湿度传感器单片机检测电路
湿度传感器单片机检测电路
原理及说明
一、湿度传感器检测需要注意的问题
高分子湿度传感器chr01、02系列为新一代复合型电阻型湿度敏感部件，其复阻抗与空气相对湿度成指数关系，直流阻抗（普通数字万用表测量）几乎为无穷大，与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电，由于水分子为极性分子，在直流电存在的情况下，会电离，分解，从而影响导电与元件的寿命，所以要求采用交流电路对传感器进行供电。
对湿度传感器而言，频率与阻抗之间存在一定的关系，对于测量30%--80%rh范围，频率的变化对传感器影响并不明显，在单片机软件编程的实际应用时，需要通过将传感器置于湿度发生装置中（例如恒温恒湿箱）进行实测，通过软件对最终的误差进行修正，此项修正基本上可以弥补频率变化所产生的误差以及其他误差。
湿度传感器阻抗变化与温度的关系见规格书中的数据表，先检测温度，然后按查表法对进行湿度检测。如果湿度精度要求不是特别严格的情况，（从数据处理简易的法则来说），可以推算湿度传感器温度系数为-0.4%rh/℃，公式为：
h（t）=h (25℃) - 0.4*(t – 25)
例如，以实测阻抗按25℃的数据表读数，例如在35℃时读到的阻抗为30k，按25℃表格，相对湿度为60%rh，此时按公式计算的实际湿度应为56%rh。
最后的问题是在生产过程中，由于湿度传感器的原因或其他原因，总会遇到实际值与测量值之间存在误差的情况，在单片机功能允许的情况下，建议通过软件做最后的修正，主要采用跳线（jump）的方法对示值进行修正，安排一个io，做加/减运算符号定义，其余2-4个io，用于定义加/减的值，例如1，2，3，可以修正正负6%rh的示值偏差。
二、检测电路
单片机采集湿度传感器的方式可以采用rc阻容充放电，直接a/d法，通过模拟电路转换后再通过a/d法进行采集。以下着重讲一下第一，二种方法的原理参数设计
a、rc阻容充放电，通过计算充电或放电时间进行测量。
使用电容充放电电路如下图示，将测量湿度传感器等效为电阻rx进行充放电，通过测量充放电时间进行反推阻抗可以测量电阻阻抗，通过读表可以检测相对湿度值。
示意图如下：
首先，置rb0为输出状态，rb1和rb2为输入状态，rb0输出高电平vh（≥0.85vdd），通过湿敏电阻对c进行充电，根据电路理论，电容上的电压按一阶指数规律变化，
uc(t) = vh[1-exp(t/rxc)] (1)
在渡越时间tmr后，uc(t)由0v上升到rb2的输入高电平门槛电压vt（0.45vdd），rb2的输入状态也由低电平变为高电平，此时再将，rb0，rb2置为低电平，电容c上的电压通过rp，及rx和rb2快速放电。如此重复，进行充放电。
由式（1）知
tmr = -ln( 1-vt/vh ) rx c (2)
由(2)知，只要测量tmr，vt、vh、c 为已知，可以计算出rx，由于元件参数及温度漂移，vt、vh、c的值很难精确计算，为解决此问题，我们可置rb1为高电平，vh（≥0.85vdd），通过固定电阻r0对c进行充电，同理可知，电容上的电压uc(t)由0v上升到rb2的输入高电平门槛电压vt的时间为tcr:
tcr = -ln( 1-vt/vh ) r0 c (3)
将 (2)/ (3)可得：
rx= (tmr/ tcr) r0 (4)
由(4)可知，只要测量tmr与tcr，r0为精密固定电阻，通过运算就可以计算rx ，与其他因素无关。在rx测量后就可以查表计算相对湿度值
参数设计：
电阻r0与电容c的选择主要取决于需要的分辨率，与单片机周期等有关
电阻建议选择精密金属膜电阻，建议为60k---300k（1%）之间（取值与测量范围有关，取与rxmax的1/2左右）
电容的选择既要考虑到测量的灵敏度，又要考虑不使计数时间太长，具体考虑单片机的时钟频率等因素。
c≤-t/[rxmaxln(1-vt/vh)]
t为计数器溢出时间，与分辨率有关
rxmax 为最大阻抗值，（取200k--600k左右取值与测量范围有关）
建议电容量在0.1uf到1u间选择,材料为陶瓷或有机电容
b、a/d直接采样法
湿度传感器由于其必须的激励通过交流电来实现，及不同温度特性下阻抗不同的特性，决定了其在ad采样电路中必须采用动态采样的方法，并同时采样温度信号。具体电路示意图如下：
参数设计：
r0采样电阻的阻值通常建议在30－50kω，侧重高湿测量，采样电阻阻值可降低到20kω，低湿阻值可提高到100kω。
在信号的正周期内的中间段进行采样，直接通过分压法采集，注意采样时间，通过电压采样后得到v0，计算如下：
rx=r0*(v-v0)/v0
同时检测当前温度t，通过查阅湿度传感器z/rh/t数据表，在不同温度下rx的值推算出当前的相对湿度rh%。
不同单片机可能得到的数据会有所不同，建议通过软件进行矫正。
三、有关其他问题
1、湿度传感器一致性问题请与供应厂联系，在送样与生产时务必确定具体型号与阻值大小，范围，以及详细的数据表（z/rh/t）。
2、温度检测的准确性相当重要。温度传感器与湿度传感器布线位置尽量靠近
3、检测时需在焊接后1小时测量为最好，焊接方式与防止污染与高温保护有关，不可直接将传感器本体置于温度大于120℃的环境或污染气氛中
4、如采用模拟电路通过转换为电压进行测量，请与我司联系，可提供相关电路。
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对湿度传感器而言，频率与阻抗之间存在一定的关系，对于测量30%--80%rh范围，频率的变化对传感器影响并不明显，在单片机软件编程的实际应用时，需要通过将传感器置于湿度发生装置中（例如恒温恒湿箱）进行实测，通过软件对最终的误差进行修正，此项修正基本上可以弥补频率变化所产生的误差以及其他误差。
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h（t）=h (25℃) - 0.4*(t – 25)
例如，以实测阻抗按25℃的数据表读数，例如在35℃时读到的阻抗为30k，按25℃表格，相对湿度为60%rh，此时按公式计算的实际湿度应为56%rh。
最后的问题是在生产过程中，由于湿度传感器的原因或其他原因，总会遇到实际值与测量值之间存在误差的情况，在单片机功能允许的情况下，建议通过软件做最后的修正，主要采用跳线（jump）的方法对示值进行修正，安排一个io，做加/减运算符号定义，其余2-4个io，用于定义加/减的值，例如1，2，3，可以修正正负6%rh的示值偏差。
二、检测电路
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a、rc阻容充放电，通过计算充电或放电时间进行测量。
使用电容充放电电路如下图示，将测量湿度传感器等效为电阻rx进行充放电，通过测量充放电时间进行反推阻抗可以测量电阻阻抗，通过读表可以检测相对湿度值。
示意图如下：
首先，置rb0为输出状态，rb1和rb2为输入状态，rb0输出高电平vh（≥0.85vdd），通过湿敏电阻对c进行充电，根据电路理论，电容上的电压按一阶指数规律变化，
uc(t) = vh[1-exp(t/rxc)] (1)
在渡越时间tmr后，uc(t)由0v上升到rb2的输入高电平门槛电压vt（0.45vdd），rb2的输入状态也由低电平变为高电平，此时再将，rb0，rb2置为低电平，电容c上的电压通过rp，及rx和rb2快速放电。如此重复，进行充放电。
由式（1）知
tmr = -ln( 1-vt/vh ) rx c (2)
由(2)知，只要测量tmr，vt、vh、c 为已知，可以计算出rx，由于元件参数及温度漂移，vt、vh、c的值很难精确计算，为解决此问题，我们可置rb1为高电平，vh（≥0.85vdd），通过固定电阻r0对c进行充电，同理可知，电容上的电压uc(t)由0v上升到rb2的输入高电平门槛电压vt的时间为tcr:
tcr = -ln( 1-vt/vh ) r0 c (3)
将 (2)/ (3)可得：
rx= (tmr/ tcr) r0 (4)
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rx=r0*(v-v0)/v0
同时检测当前温度t，通过查阅湿度传感器z/rh/t数据表，在不同温度下rx的值推算出当前的相对湿度rh%。
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4、如采用模拟电路通过转换为电压进行测量，请与我司联系，可提供相关电路。
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