HS1101程序及應用原理.doc

HS1101 程序及應用原理 HSll01是法國Humirel公司推出的一款電容式相對濕度傳感器。該傳感器可廣泛應用于辦公室、家庭、汽車駕駛室、和工業(yè)過程控制系統等，對空氣濕度進行檢測。與其他產品相比，有著顯著的優(yōu)點：無需校準的完全互換性：長期飽和狀態(tài)，瞬間脫濕：適應自動裝配過程，包括波峰焊接、回流焊接等；具有高可靠性和長期穩(wěn)定性：特有的固態(tài)聚合物結構：適用于線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路；響應時間快。11基本參數 基本參數如表l所示。默認測量溫度rct=25C，測量時HSll01工作頻率為10Khzo12特性曲線 如圖1。測量溫度T=25。C，測量時HSll01工作頻率為10Khzo 從特性曲線曲線圖上我們可以看出，HSll01具有極好的線性輸出?？梢越瓶闯上鄬穸戎蹬c電容值成比例。因此在測量過程中，采集電容值即可。2測量電路21濕度定義 濕度指的是相對濕度。用RH表示。即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣在相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。22測量原理 HSll00濕度傳感器是一種基于電容原理的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。在自動測試系統中，電容值隨著空氣濕度的變化而變化，因此將電容值的變化轉換成電壓或頻率的變化，才能進行有效地數據采集。用555集成電路組成振蕩電路，HSl 100濕度傳感器充當振蕩電容，從而完成濕度到頻率的轉換。23測量方法 HSll01濕敏傳感器是采用側面開放式封裝，只有兩個引腳，有線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路。在使用時，將2腳接地，這里選用頻率輸出電路。該傳感器采用電容構成材料，不允許直流方式供電。所以我們使用555定時器電路組成單穩(wěn)態(tài)電路。具體電路分析如下。 電源電壓工作范圍是UCC=+35+12V。利用一片CMOS定時器TLC555配上HSll01和電阻R2、R4構成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度值變化轉換成頻率信號輸出。輸出頻率范圍是7351-6033Hz，所對應的相對濕度為0100。當RH=55時，f=6660Hz。輸出的頻率信號可送至數字頻率計或控制系統，經整理后送顯示。R3為輸出端的限流電阻，起保護作用。通電后電源沿著UcR4R2C對HSl 101充電。經過t1時間后濕敏電容的壓降Uc就被充電到TIC555的高觸發(fā)電平(Uh=067Ucc)，使內部比較器翻轉，OUT的輸出變成低電平。然后C開始放電，放電回路為CR2D內部放電管地。經過t2時間后，Uc降到低觸發(fā)電平(Ul=033Ucc)，內部比較器再次翻轉，使OUT端的輸出變成高電平。這樣周而復始的進行充、放電，形成了振蕩。充電、放電時間計算公式分別為：tl=C(R2+R4)ln2；t2=CR21n2；輸出波形的頻率(f)和占空比(D)的計算公式如下：f=1T=1(t1+t2)=1C(2R2+R4)ln2；D=tlT=t1t1+t2=R2+R4(2R2+R4)；通常取R4R2，使D50，輸出接近于方波。例如，取人R2=567kQ，R4=499k。濕度傳感器只是保證傳感探頭的精度，在實際使用中，綜合精度除了與濕度傳感器本身元件有關，還與外圍電路的器件選擇相關。為了與HSll01溫度系數相匹配，Rl數值應取為1精度，且最大溫漂不超過100ppm(ppm：百萬分之一，表示當溫度變化1，所對應的電阻相對變化量)。為了保證達到6660Hz55,R2與555電路選取參照如下表： 當RH=55、TA=+25時，典型輸出方波頻率與相對濕度的數據對照見表3。24與微處理器IPC2132接口 LPC2132是一種支持實時仿真和跟蹤的1632位基于ARM7TDMI-S內核的CPU，并帶有64KB嵌入的高速FLASH存儲器。LPC2132的實時仿真和跟蹤功能方便了代碼調試，降低了開發(fā)成本。并且IO口能夠接受5V容限。整個濕度傳感器由于采用頻率輸出電路，接口簡單，可直接與LPC2132普通I0對接，這里選用PO6腳做為頻率測量接口。3軟件設計 軟件設計主要完成對HSl 101在單位時間內的頻率測量。軟件設計采用端口掃描方式，間隔8S開始測量，測量時間為1S。統計單位時間內脈沖的個數，與表3對照，確定濕度值的范圍，并將濕度值通過LCD顯示。為了保證測量精度，可以取3次以上測量數據，求平均值后，作為最終送顯示數據。微處理器工作晶體選用12000MHz。程序代碼采用嵌入式C語言編寫，經在ADSl2編譯環(huán)境中進行編譯后，移植到微處理器內執(zhí)行。參考軟件代碼之一：DoIODIR0=10DIROIROOXOfffffbf：p06設置成輸入d0 讀IO口寄存器 if(IOPIN0&(10x06)=0x00000000)break： 檢測0電平 while(1)；Do if(IOPIN0&(16033)&(fdat6186)&(fdat6330)&(fdat6468)&(fdat6600)&(fdat6728)&(fdat6853)&(fdat6976)&(fdat7100)&(fdat7224)rhb=00：lhb=fdat100： 對測量數值取低兩位time(1)； 處理需要等待一段時間，否則lhb=0if(rhb=60)(rhb=70)(rhb=90)lhb=lhb13： 對低兩位數值取個位，else if(rhb=80)lhb=lhb1 4；else lhb=lhb12；time(1)；rhb=rhb+lhb； 將數據合成一起，送顯示fdat=Ox00000000；清0，為下次準備參考軟件代碼之二：#include reg51.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar tem0 , tem1; uchar temp0 , temp1; uint f=0; /初值 /* 名稱： timer0() * 功能： 定時器1，每50000us中斷一次。* 入口參數：*/void timer0() interrupt 1 EA =0; TR0=0; TR1=0; TL0=0xFF; /重裝值 定時50000us OX4BFFH TH0=0x4B; tem0 = TL1; /讀數 tem1 = TH1; TL1=0x00; /定時器1清零 TH1=0x00; f=1; /作標注位 TR0=1; TR1=1; EA=1;/* 名稱： timer1() * 功能： 計數器，用于計數將555輸出的頻率，以計數相對濕度。* 入口參數：*/void timer1() interrupt 3 /T1中斷，表示計數的頻率溢出，超出了可測量的頻率范圍，顯然在這里不可能。所以重新啟動。 EA =0; TR0=0; TR1=0; TL0=0x00; /重裝值 定時50000us TH0=0x4C; TL1=0x00; /定時器1清零 TH1=0x00; TR0=1; TR1=1; EA=1;void Init_timer() TMOD=0x51; /0101 0001 定時器0在模式1下工作16位定時器,定時方式 定時器1在模式1下工作16位計數器，T1負跳變加1 TL0=0x00; /定時器0初值 定時50000us TH0=0x4C; TL1=0x00; /定時器1清零 TH1=0x00; ET0=1; /使能定時器0中斷 ET1=1; /使能定時器1中斷 EA=1; /使能總中斷 TR0=1; /開始計時 TR1=1;void tran() f = tem1; f = ( f8 ) | tem0; f = f * 20; /這里f的值是最終讀到的頻率，不同頻率對于不同相對濕度。if( 5623 = f) & ( f= 6852) ) /相對濕度在有效范圍內（0100%） if( 6734 f) & ( f = 6852) ) temp0 = 0; temp1 =(6852 - f)*10/118; if( (6618 f) & ( f = 6734) ) temp0 = 1; temp1 =(6734 - f)*10/116; if( (6503 f) & ( f = 6618 ) ) temp0 = 2; temp1 =(6618 - f)*10/115; if( (6388 f) & ( f = 6503 ) ) temp0 = 3; temp1 =(6503 - f)*10/115; if( (6271 f) & ( f = 6388 ) ) temp0 = 4; temp1 =(6388 - f)*10/117; if( (6152 f) & ( f = 6271 ) ) temp0 = 5; temp1 =(6271 - f)*10/119; if( (6029 f) & ( f = 6152 ) ) temp0 = 6; temp1 =(6152 - f)*10/123; if( (5901 f) & ( f = 6029 ) ) temp0 = 7;temp1 =(6029 - f)*10/128; if( (5766 f) & ( f = 5901 ) temp0 = 8; temp1 =(5901 - f)*10/135; if( (5623 f) & (f = 5766) temp0 = 9; temp1 =(5766 - f)*10/143; else temp0 = 0; temp1 = 0; void main() uchar i,k; uchar count; Init_timer(); count = 0; while(1) for (i=0;i200;i+) for (k=0;k200;k+); /延時 tran(); temp0 &= 0x0F; temp1 &= 0x0F; temp0 = temp0 4; count=temp0 | temp1; Ddisp(count); 說明：將555 定時器的輸出引腳與單片機AT89C2051 的定時輸入引腳相連,計數出1秒鐘內輸入的脈沖個數,此脈沖個數即為555定時器的振蕩頻率。對于CMOS 工藝的555 定時器,其測得的相對濕度與輸出的脈沖頻率具有如下關系式:Fmes(Hz) = F55(Hz)(1.1038-1.936810-3*RH+3.011410-6*RH2-3.440310-8*RH3),其中的F55(Hz)表示相對濕度為55時的頻率值,在25C 下F55(Hz)6660 Hz。因此,根據測得的脈沖頻率即可求出濕度值。從上式可以看出,F與RH之間是一種比較復雜的曲線關系,為了簡化計算,必須尋求更為簡單的求解方法。在25C 下,如果以F55(Hz) 6660 Hz 為參考點,555 定時器頻率輸出電路具有如下對應關系表。測濕電路為了使計算簡單,可以將頻率與濕度之間的非線性關系按照上表分為10段進行處理,每一小段內按線性關系處理,從而大大簡化了計算過程。系統程序分為兩大部分:系統主程序和T0 中斷服務程序。T0的中斷服務程序主要是實現555定時器輸出頻率的計算,而由頻率計算濕度則是在主程序中實現的。對于555定時器輸出頻率的計算,采用單片機AT89C2051的定時器中斷的方式實現:單片機AT89C2051內部集成了兩個16位的定時器T0 和T1,設置單片機定時器T0 定時20ms,并允許T0 中斷;定時器T1 則用來對555 的輸出脈沖進行計數。每當T0 發(fā)生20ms 定時中斷時,就讀取T1 中的計數脈沖個數,T1 50 即為此時555定時器的輸出頻率,并設置T0的中斷標志變量flagT0為1。初始化主要包括定時器T0和T1的初始化、中斷邏輯初始化等。然后判斷“FlagT0=1?”,當FlagT0=1時,表示又發(fā)生了一次新的T0定時中斷,并且在T0的中斷服務程序中已經求出了此時555定時器的輸出頻率;然后主程序執(zhí)行求濕度子程序,根據頻率求出此時濕度。如果FlagT0=0,則表示沒有新的T0定時中斷發(fā)生,主程序直接往下執(zhí)行,掃描“測濕”鍵和“清除”鍵,