HS1101程序及应用原理.doc

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。11基本参数 基本参数如表l所示。默认测量温度rct=25C，测量时HSll01工作频率为10Khzo12特性曲线 如图1。测量温度T=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21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。22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，HSl 100湿度传感器充当振荡电容，从而完成湿度到频率的转换。23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=+35+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0100。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UcR4R2C对HSl 101充电。经过t1时间后湿敏电容的压降Uc就被充电到TIC555的高触发电平(Uh=067Ucc)，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CR2D内部放电管地。经过t2时间后，Uc降到低触发电平(Ul=033Ucc)，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=1T=1(t1+t2)=1C(2R2+R4)ln2；D=tlT=t1t1+t2=R2+R4(2R2+R4)；通常取R4R2，使D50，输出接近于方波。例如，取人R2=567kQ，R4=499k。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6660Hz55,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。24与微处理器IPC2132接口 LPC2132是一种支持实时仿真和跟踪的1632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IO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I0对接，这里选用PO6脚做为频率测量接口。3软件设计 软件设计主要完成对HSl 101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12000MHz。程序代码采用嵌入式C语言编写，经在ADSl2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：DoIODIR0=10DIROIROOXOfffffbf：p06设置成输入d0 读IO口寄存器 if(IOPIN0&(10x06)=0x00000000)break： 检测0电平 while(1)；Do if(IOPIN0&(16033)&(fdat6186)&(fdat6330)&(fdat6468)&(fdat6600)&(fdat6728)&(fdat6853)&(fdat6976)&(fdat7100)&(fdat7224)rhb=00：lhb=fdat100： 对测量数值取低两位time(1)； 处理需要等待一段时间，否则lhb=0if(rhb=60)(rhb=70)(rhb=90)lhb=lhb13： 对低两位数值取个位，else if(rhb=80)lhb=lhb1 4；else lhb=lhb12；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#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar 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：*/void timer0() interrupt 1 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：*/void timer1() interrupt 3 /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;void Init_timer() TMOD=0x51; /0101 0001 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;void tran() f = tem1; f = ( f8 ) | tem0; f = f * 20; /这里f的值是最终读到的频率，不同频率对于不同相对湿度。if( 5623 = f) & ( f= 6852) ) /相对湿度在有效范围内（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+); /延时 tran(); temp0 &= 0x0F; temp1 &= 0x0F; temp0 = temp0 4; count=temp0 | temp1; Ddisp(count); 说明：将555 定时器的输出引脚与单片机AT89C2051 的定时输入引脚相连,计数出1秒钟内输入的脉冲个数,此脉冲个数即为555定时器的振荡频率。对于CMOS 工艺的555 定时器,其测得的相对湿度与输出的脉冲频率具有如下关系式:Fmes(Hz) = F55(Hz)(1.1038-1.936810-3*RH+3.011410-6*RH2-3.440310-8*RH3),其中的F55(Hz)表示相对湿度为55时的频率值,在25C 下F55(Hz)6660 Hz。因此,根据测得的脉冲频率即可求出湿度值。从上式可以看出,F与RH之间是一种比较复杂的曲线关系,为了简化计算,必须寻求更为简单的求解方法。在25C 下,如果以F55(Hz) 6660 Hz 为参考点,555 定时器频率输出电路具有如下对应关系表。测湿电路为了使计算简单,可以将频率与湿度之间的非线性关系按照上表分为10段进行处理,每一小段内按线性关系处理,从而大大简化了计算过程。系统程序分为两大部分:系统主程序和T0 中断服务程序。T0的中断服务程序主要是实现555定时器输出频率的计算,而由频率计算湿度则是在主程序中实现的。对于555定时器输出频率的计算,采用单片机AT89C2051的定时器中断的方式实现:单片机AT89C2051内部集成了两个16位的定时器T0 和T1,设置单片机定时器T0 定时20ms,并允许T0 中断;定时器T1 则用来对555 的输出脉冲进行计数。每当T0 发生20ms 定时中断时,就读取T1 中的计数脉冲个数,T1 50 即为此时555定时器的输出频率,并设置T0的中断标志变量flagT0为1。初始化主要包括定时器T0和T1的初始化、中断逻辑初始化等。然后判断“FlagT0=1?”,当FlagT0=1时,表示又发生了一次新的T0定时中断,并且在T0的中断服务程序中已经求出了此时555定时器的输出频率;然后主程序执行求湿度子程序,根据频率求出此时湿度。如果FlagT0=0,则表示没有新的T0定时中断发生,主程序直接往下执行,扫描“测湿”键和“清除”键,