濕度傳感器單片機檢測電路原理及說明

一.濕度傳感器檢測需要注意的問題

高分子濕度傳感器HR01、02系列為新一代復合型電阻型濕度敏感部件，其復阻抗與空氣相對濕度成指數關系，直流阻抗（普通數字萬用表測量）幾乎為無窮大，與傳統意義上的電阻有空氣中水分子參與膜感濕中的離子導電，由于水分子為極性分子，在直流電存在的情況下，會電離，分解，從而影響導電與元件的壽命，所以要求采用交流電路對傳感器進行供電。

對濕度傳感器而言，頻率與阻抗之間存在一定的關系，對于測量30%--80%RH范圍，頻率的變化對傳感器影響并不明顯，在單片機軟件編程的實際應用時，需要通過將傳感器置于濕度發生裝置中（例如恒溫恒濕箱）進行實測，通過軟件對*終的誤差進行修正，此項修正基本上可以彌補頻率變化所產生的誤差以及其他誤差。

濕度傳感器阻抗變化與溫度的關系見規格書中的數據表，先檢測溫度，然后按查表法對進行濕度檢測。如果濕度精度要求不是特別嚴格的情況，（從數據處理簡易的法則來說），可以推算濕度傳感器溫度系數為-0.4%RH/℃，公式為：

 H（t）=H (25℃) - 0.4*(t – 25)

例如，以實測阻抗按25℃的數據表讀數，例如在35℃時讀到的阻抗為30K，按25℃表格，相對濕度為60%RH，此時按公式計算的實際濕度應為56%RH。

*后的問題是在生產過程中，由于濕度傳感器的原因或其他原因，總會遇到實際值與測量值之間存在誤差的情況，在單片機功能允許的情況下，建議通過軟件做*后的修正，主要采用跳線（JUMP）的方法對示值進行修正，安排一個IO，做加/減運算符號定義，其余2-4個IO，用于定義加/減的值，例如1，2，3，可以修正正負6%RH的示值偏差。

二、檢測電路

 單片機采集濕度傳感器的方式可以采用RC阻容充放電，直接A/D法，通過模擬電路轉換后再通過A/D法進行采集。以下著重講一下**，二種方法的原理參數設計

A、RC阻容充放電，通過計算充電或放電時間進行測量。

使用電容充放電電路如下圖示，將測量濕度傳感器等效為電阻RX進行充放電，通過測量充放電時間進行反推阻抗可以測量電阻阻抗，通過讀表可以檢測相對濕度值。

示意圖如下：

                  RB0  RB1     RB2

               RX     R0        RP

                     C

 GND

首先，置RB0為輸出狀態，RB1和RB2為輸入狀態，RB0輸出高電平Vh（≥0.85VDD），通過濕敏電阻對C進行充電，根據電路理論，電容上的電壓按一階指數規律變化，

Uc(t) =Vh[1-exp(t/RxC)]        (1)

在渡越時間Tmr后，Uc(t)由0V上升到RB2的輸入高電平門檻電壓VT（0.45VDD），RB2的輸入狀態也由低電平變為高電平，此時再將，RB0，RB2置為低電平，電容C上的電壓通過RP，及RX和RB2快速放電。如此重復，進行充放電。

由式（1）知

Tmr =-Ln( 1-VT/Vh ) Rx C     (2)

由(2)知，只要測量Tmr，VT、Vh、C 為已知，可以計算出Rx，由于元件參數及溫度漂移，VT、Vh、C的值很難**計算，為解決此問題，我們可置RB1為高電平，Vh（≥0.85VDD），通過固定電阻R0對C進行充電，同理可知，電容上的電壓Uc(t)由0V上升到RB2的輸入高電平門檻電壓VT的時間為Tcr:

Tcr = -Ln( 1-VT/Vh ) R0C      (3)

將 (2)/(3)可得：

Rx= (Tmr/ Tcr)R0             (4)

由(4)可知，只要測量Tmr與Tcr，R0為精密固定電阻，通過運算就可以計算Rx ，與其他因素無關。在RX測量后就可以查表計算相對濕度值

參數設計：

電阻R0與電容C的選擇主要取決于需要的分辨率，與單片機周期等有關

電阻建議選擇精密金屬膜電阻，建議為60K---300K（1%）之間（取值與測量范圍有關，取與Rxmax的1/2左右）

電容的選擇既要考慮到測量的靈敏度，又要考慮不使計數時間太長，具體考慮單片機的時鐘頻率等因素。

C≤-T/[RxmaxLn(1-VT/Vh)]

                            T為計數器溢出時間，與分辨率有關

  Rxmax 為*大阻抗值，（取200K--600K左右取值與測量范圍有關）

建議電容量在0.1UF到1U間選擇,材料為陶瓷或有機電容

B、 A/D直接采樣法

濕度傳感器由于其必須的激勵通過交流電來實現，及不同溫度特性下阻抗不同的特性，決定了其在AD采樣電路中必須采用動態采樣的方法，并同時采樣溫度信號。具體電路示意圖如下：

參數設計：

     R0采樣電阻的阻值通常建議在30－50KΩ，側重高濕測量，采樣電阻阻值可降低到20KΩ，低濕阻值可提高到100KΩ。

     在信號的正周期內的中間段進行采樣，直接通過分壓法采集，注意采樣時間，通過電壓采樣后得到V0，計算如下：

RX=R0*(V-V0)/V0

同時檢測當前溫度T，通過查閱濕度傳感器Z/RH/T數據表，在不同溫度下RX的值推算出當前的相對濕度RH%。

不同單片機可能得到的數據會有所不同，建議通過軟件進行矯正。

三、有關其他問題

1、濕度傳感器一致性問題請與供應廠聯系，在送樣與生產時務必確定具體型號與阻值大小，范圍，以及詳細的數據表（Z/RH/T）。

2、溫度檢測的準確性相當重要。溫度傳感器與濕度傳感器布線位置盡量靠近

3、檢測時需在焊接后1小時測量為*好，焊接方式與防止污染與高溫保護有關，不可直接將傳感器本體置于溫度大于120℃的環境或污染氣氛中

4、如采用模擬電路通過轉換為電壓進行測量，請與我司聯系，可提供相關電路