HS1101程序及应用原理.doc
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HS1101程序及应用原理
HSll01是法国Humirel公司推出的一款电容式相对湿度传感器。
该传感器可广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室、和工业过程控制系统等,对空气湿度进行检测。
与其他产品相比,有着显著的优点:
◆无需校准的完全互换性:
◆长期饱和状态,瞬间脱湿:
◆适应自动装配过程,包括波峰焊接、回流焊接等;
◆具有高可靠性和长期稳定性:
◆特有的固态聚合物结构:
◆适用于线性电压输出和线性频率输出两种电路;
◆响应时间快。
1.1基本参数
基本参数如表l所示。
默认测量温度rct=25~C,测量时HSll01工作频率为10Khzo
1.2特性曲线
如图1。
测量温度Tα=25。
C,测量时HSll01工作频率为10Khzo
从特性曲线曲线图上我们可以看出,HSll01具有极好的线性输出。
可以近似看成相对湿度值与电容值成比例。
因此在测量过程中,采集电容值即可。
2测量电路
2.1湿度定义
湿度指的是相对湿度。
用%RH表示。
即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气在相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。
2.2测量原理
HSll00湿度传感器是一种基于电容原理的湿度传感器,相对湿度的变化和电容值呈线性规律。
在自动测试系统中,电容值随着空气湿度的变化而变化,因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化,才能进行有效地数据采集。
用555集成电路组成振荡电路,HSl100湿度传感器充当振荡电容,从而完成湿度到频率的转换。
2.3测量方法
HSll01湿敏传感器是采用侧面开放式封装,只有两个引脚,有线性电压输出和线性频率输出两种电路。
在使用时,将2脚接地,这里选用频率输出电路。
该传感器采用电容构成材料,不允许直流方式供电。
所以我们使用555定时器电路组成单稳态电路。
具体电路分析如下。
电源电压工作范围是UCC=+3.5~+12V。
利用一片CMOS定时器TLC555.配上HSll01和电阻R2、R4构成单稳态电路,将相对湿度值变化转换成频率信号输出。
输出频率范围是7351-6033Hz,所对应的相对湿度为0~100%。
当RH=55%时,f=6660Hz。
输出的频率信号可送至数字频率计或控制系统,经整理后送显示。
R3为输出端的限流电阻,起保护作用。
通电后.电源沿着Uc→R4→R2→C对HSl101充电。
经过t1时间后湿敏电容的压降Uc就被充电到TI~C555的高触发电平(Uh=0.67Ucc),使内部比较器翻转,OUT的输出变成低电平。
然后C开始放电,放电回路为C→R2→D→内部放电管地。
经过t2时间后,Uc降到低触发电平(Ul=0.33Ucc),内部比较器再次翻转,使OUT端的输出变成高电平。
这样周而复始的进行充、放电,形成了振荡。
充电、放电时间计算公式分别为:
tl=C(R2+R4)ln2;t2=CR21n2;输出波形的频率(f)和占空比(D)的计算公式如下:
f=1/T=1/(t1+t2)=1/C(2R2+R4)ln2;D=tl/T=t1/t1+t2=R2+R4/(2R2+R4);通常取R4《R2,使D≈50%,输出接近于方波。
例如,取人R2=567kQ,R4=49.9kΩ。
湿度传感器只是保证传感探头的精度,在实际使用中,综合精度除了与湿度传感器本身元件有关,还与外围电路的器件选择相关。
为了与HSll01温度系数相匹配,Rl数值应取为1%精度,且最大温漂不超过100ppm(ppm:
百万分之一,表示当温度变化1℃,所对应的电阻相对变化量)。
为了保证达到6660Hz/55%,R2与555电路选取参照如下表:
当RH=55%、TA=+25℃时,典型输出方波频率与相对湿度的数据对照见表3。
2.4与微处理器IPC2132接口
LPC2132是一种支持实时仿真和跟踪的16/32位基于ARM7TDMI-S内核的CPU,并带有64KB嵌入的高速FLASH存储器。
LPC2132的实时仿真和跟踪功能方便了代码调试,降低了开发成本。
并且I/O口能够接受5V容限。
整个湿度传感器由于采用频率输出电路,接口简单,可直接与LPC2132普通I/0对接,这里选用PO.6脚做为频率测量接口。
3软件设计
软件设计主要完成对HSl101在单位时间内的频率测量。
软件设计采用端口扫描方式,间隔8S开始测量,测量时间为1S。
统计单位时间内脉冲的个数,与表3对照,确定湿度值的范围,并将湿度值通过LCD显示。
为了保证测量精度,可以取3次以上测量数据,求平均值后,作为最终送显示数据。
微处理器工作晶体选用12.000MHz。
程序代码采用嵌入式C语言编写,经在ADSl.2编译环境中进行编译后,移植到微处理器内执行。
参考软件代码之一:
Do
{
IODIR0=10DIROIRO&OXOfffffbf:
//p0.6设置成输入
d0//读IO口寄存器
{if((IOPIN0&(1<<0x06))==0x00000000)
break:
//检测0电平
}while
(1);
Do
{if((IOPIN0&(1<<0x06))!
=Ox00000000)
break:
//检测l电平
}while
(1);
fdat++:
//累积1S时间内脉冲个数
}while(pt8s%8==0);//间隔8S测量一次
fdat--;
time
(1);//延时必须保留
if((fdat>6033)&(fdat<6187))rhb=90;
//将测量数值转换为对应百分比,1%一100%
if((fdat>6186)&(fdat<6331))rhb=80;
if((fdat>6330)&(fdat<6469))rhb=70;
if((fdat>6468)&(fdat<6601))rhb=60;
if((fdat>6600)&(fdat<6729))rhb=50;
if((fdat>6728)&(fdat<6854))rhb=40;
if((fdat>6853)&(fdat<6977))rhb=30;
if((fdat>6976)&(fdat<7101))rhb=20;
if((fdat>7100)&(fdat<7225))rhb=10;
if(fdat>7224)rhb=00:
lhb=fdat%100:
//对测量数值取低两位
time
(1);//处理需要等待一段时间,否则lhb=0
if((rhb==60)\(rhb==70)\(rhb==90))lhb=lhb/
13:
//对低两位数值取个位,
elseif(rhb==80)lhb=lhb/14;
elselhb=lhb/12;
time
(1);
rhb=rhb+lhb;//将数据合成一起,送显示
fdat=Ox00000000;//清0,为下次准备
}
参考软件代码之二:
#include"reg51.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuint unsignedint
uchar tem0,tem1;
uchar temp0,temp1;
uint f=0; //初值
/****************************************************************************
*名称:
timer0()
*功能:
定时器1,每50000us中断一次。
*入口参数:
****************************************************************************/
voidtimer0()interrupt1
{
EA=0;
TR0=0;
TR1=0;
TL0=0xFF; //重装值 定时50000us OX4BFFH
TH0=0x4B;
tem0=TL1; //读数
tem1=TH1;
TL1=0x00; //定时器1清零
TH1=0x00;
f=1; //作标注位
TR0=1;
TR1=1;
EA=1;
}
/****************************************************************************
*名称:
timer1()
*功能:
计数器,用于计数将555输出的频率,以计数相对湿度。
*入口参数:
****************************************************************************/
voidtimer1()interrupt3 //T1中断,表示计数的频率溢出,超出了可测量的频率范围,显然在这里不可能。
所以重新启动。
{
EA=0;
TR0=0;
TR1=0;
TL0=0x00; //重装值 定时50000us
TH0=0x4C;
TL1=0x00; //定时器1清零
TH1=0x00;
TR0=1;
TR1=1;
EA=1;
}
voidInit_timer()
{
TMOD=0x51; //01010001定时器0在模式1下工作16位定时器,定时方式 定时器1在模式1下工作16位计数器,T1负跳变加1
TL0=0x00; //定时器0初值定时50000us
TH0=0x4C;
TL1=0x00; //定时器1清零
TH1=0x00;
ET0=1; //使能定时器0中断
ET1=1; //使能定时器1中断
EA=1; //使能总中断
TR0=1; //开始计时
TR1=1;
}
voidtran()
{
f=tem1;
f=(f<<8)|t
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