1、基于 AT89C51 单片机湿度测量电路的设计应用 2009-07-28 15:17:08 作者： 来源：互联网 浏览次数：57 文字大小：【大】【中】【小】简介： 引 言在工农业生产、气象、环保、科研等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制，快速、准确地测量出环境湿度有着重要作用。电容式相对湿度传感 .关键字：AT89C51 湿度测量 引 言在工农业生产、气象、环保、科研等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制，快速、准确地测量出环境湿度有着重要作用。电容式相对湿度传感器 HS11001101 是基于独特工艺设计的电容元件，具有可靠性高、稳定性好、反应时间快等优点，可用于线性电压或频率输出回
2、路当中。本设计采用 HS11001101 的频率输出特性，来实现对环境相对湿度的测量。2 HS11001101 的特点及输出特性HS11001101 采用具有专利权的固态聚合物结构，它具有全互换性，在标准环境下不需要校正，长时间饱和下快速脱湿，高可靠性等特点，可用于作业环境湿度自动化及工业控制系统，同时在需要湿度补偿的地方它也可以得到很大的应用。其输出电容与相对湿度特征曲线如图 1 所示，该曲线中的数据是在工作频率为 10 kHz，工作温度为 25下测定的数据。此曲线的方程如下：式中， C0 为工作频率等于 10 kHz，相对湿度 RH 为 55 时 HS11001101 表现的电容值，C 单
3、位为 pF。由于该电容的测量是在 10 kHz 条件下测得的，而传感器 HS11001101 可工作于 5100 kHz 范围内，并没有限制必须工作于 10 kHz 上，因此当工作于其他频率时，必须对该曲线进行校正，其校正公式如下所示：式中 C1 为工作频率为 10 kHz 时传感器的典型电容值；f 为电路工作频率，单位为 kHz。在利用传感器进行测量时为了达到更好的互换性，回路中需要把传感器的第 2 脚接地。该脚已经标记在传感器头的背面的标签上。3 电路设计3.1 系统电路设计电路系统主要由控制电路、湿度测量电路、接口电路、显示电路和键盘组成，如图 2 所示。其中，控制电路采用 AT89C5
4、1 单片机以及外围元件构成，主要完成定时、湿度频率数据采集、数据处理和结果显示等任务。湿度测量电路实现环境湿度与频率的转换，其输出信号的频率与湿度单值对应。接口电路主要完成输出频率信号的整形、电平匹配等，送入单片机的定时计数器 T1。T1 工作于计数器方式，定时记录脉冲数并存入内存缓冲区。为了使占空比接近 50，R4 与 R2 相比，应该非常小，但是不能低于最小值，它受 HS11001101 起始充电电流的限制。一般要求起始充电电流不大于 5 mA。当外界湿度变化时引起 HS11001101 电容值的改变，从而改变回路的输出频率值。其输出端 Fout与 51 单片机的 T1 脚相连接。555
5、电路的非平衡电阻 R1 作为内部温度补偿用，应具有 1的精度，目的是为了引入温度效应，使它与 HS1100 1101 的温度效应相匹配。由于不同型号的 555 的内部温度补偿有所不同，所以 R1 的值必须与特定的芯片相匹配。此电路所用的电阻阻值及元件如图3 所示。基于图 3 所示电路参数，在温度为 25，典型的环境湿度下测量其对应的频率值，通过多次反复实验，得到几种典型相对湿度值所对应的频率值，如表 1 所示。RH 为百分比相对湿度；F 为输出频率，单位是 Hz。根据表 1 所示的典型参数值，这里以温度 25，频率 F0=6 600 Hz，F 单位为 Hz，相对湿度 RH=55 为参考点，经过
6、实验分析，绘制出所测相对湿度与输出频率之间的关系曲线，如图 4 所示。其曲线方程式如下：4 数据处理本文中数据处理的主要任务是确定测定的频率与相对湿度值之间的计算关系。文中将 555振荡电路的输出端 Fout 与 MCS-51 单片机的 T1 脚相连，计数出 1 s 的脉冲个数，即振荡器的输出频率，然后进行频率与湿度之间的转换。但由于频率与相对湿度的关系曲线是非线性的，单片机对它的处理能力较差，为了使其处理过程简化，将 RH-F 曲线分段线性化处理。频率 6 667 Hz(50) 与 6 409 Hz(70)将该曲线分为 3 段近似直线，使单片机在不同的频率范围内进行不同的线性转换。其频率-湿度对应的线性关系如下：根据以上 3 种线性关系可编写出用 51 单片机显示所测湿度值的程序。5 结 语相对湿度传感器 HS1100 1101 应用广泛，利用它与 555 定时器构成非稳态电路可测出周围环境下的相对湿度，通过调试，该设计已应用于“林区温度湿度监测系统”中。此设计具有硬件电路相对简单、体积小、可靠性高、稳定性好、反应时间快等特点，但由于在实际操作过程中条件所限，所测的湿度值与真实值存在一定的误差，需做进一步完善
