湿度传感器单片机检测电路

raymondmok

一、        湿度传感器检测需要注意的问题
高分子湿度传感器CHR01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
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。
       单片机MCU
示意图
                  RB0  RB1     RB2

               RX     R0        RP



                     C
                                
GND

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

三、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


四、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
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