关于湿度传感器HS1101的设计.doc

word文档可编辑 PAGE 8 关于湿度传感器HS1101的设计 本课题的设计方案 本课题所设计的系统有三个原则：1、操作维护方便，为了利于系统的推广，在设计时应该充分采用操作内置或简化的方法，以尽量减少对操作人员专用知识的要求，也便于进行维修。2、可靠性，本系统所有的环节中，都应该有着可靠性的思想，从选用可靠性高的元器件；供电电源采用抗干扰措施；进行多向滤波等作为出发点。3、性价比，本课题所设计的系统的核心是单片机，它本身有着多个优势，要使得系统能够广泛地应用，在充分考虑可靠性的同时，尽可能降低成本，提高系统的性价比。 本文将从以下几个方面展开工作：一是确定测湿电路的设计方案；二是进行单片机核心电路的设计；三是对单片机及通信接口进行简单的概述；四是对所有的工作进行总结。 本次课题的设计系统的示意图如图1-1。 湿敏元件 湿敏元件 HS1101 振荡电路 NE555 模数转换 ADC0809 核心处理器 MCU-51 个人PC电脑 终端 图1-1：系统示意图 湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。它有以下几个显著的特点： 全互换性，在标准环境下不需校正 长时间饱和下快速脱湿 可以自动化焊接，包括波峰或水浸 高可靠性与长时间稳定性 专利的固态聚合物结构 可用于线性电压或频率输出回路 快速反应时间 HS1101的简单物照图如图2-1[5]。 图2-1：HS1101实物照 相对湿度在0%～100%RH范围内；电容量由162pF变到200pF,其误差不大于2%RH；响应时间小于5s；温度系统为0.04pF/℃。可见其精度是较高的。其湿度－电容响应曲线如图2-2： 20 40 60 80 100 相对湿度% 20 40 60 80 100 相对湿度% 200 190 180 170 电容F 图2-2：HS1101湿度－电容响应曲线 HS1101的一些常用参数如表2-1： 表2-1：HS1101常用参数 参数 符号 参数值 单位 工作温度 Ta -40～100 ℃ 储存温度 Tstg -40～125 ℃ 供电电压 Vs 10 Vac 湿度范围 RH 0～100 %RH 焊接时间@=260℃ t 10 S 湿度测量电路 HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法:一是将HS1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。 NE555时基电路 NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200mA.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5V16V。NE555的框图如图2-3所示[5]。 图2-3：NE555框图 基于555振荡电路的湿度测量电路设计 图2-4：测湿电路图 把HS1101和NE555同时接入电路中的电路设计原理图如图2-4所示。NE555电路功能的简单概括为:当6端和2端同时输入为“1”时,3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时,3端输出为“1”。在此电路中,555定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。 当电源接通时,由于6和2端的输入为“0”,则定时器3脚输出为“1”；又由于C1 两端电压为0,故 通过R2 和R3 对C1充电,当C1 两端电压达到2/3 时,定时电路翻转,输出变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基极电压为“1”,放电BJT导通,从而使电容C1 通过R3 和内部放电BJT 进行放电,当C1 两端电压降低到/3 时,定时器又翻转,使输出变为“1”,内部放电BJT 截止,VCC 又开始通过R2 和R3 对C1 充电,如此周而复始,形成振荡。其工作循环中的充电时间为=0.7(R2+R3)C1；放电时间为 = 0.7R3*C1； 输出脉冲占空比为q ＝(R2+R3)/(R2+2R3),为了使输出脉冲占空比接近50％,R2应远远小于