基于VHDL的數字濕度計研究

摘要：濕度計是一種常用的檢測儀器，文中利用FPGA器件與HS1101濕度傳感器設計實(shí)現了一種簡(jiǎn)易的數字濕度計，用于檢測室內濕度。該濕度計具有結構簡(jiǎn)單、測量準確性高、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：濕度；濕度傳感器；VHDL；FPGA

0 引言
濕度與人類(lèi)的生存和社會(huì )活動(dòng)密切相關(guān)。濕度檢測、控制、報警等被廣泛應用于各種場(chǎng)合，如軍事、氣象、農業(yè)、工業(yè)、醫療、建筑以及家用電器等方面。
本文利用FPGA器件與HS1101濕度傳感器設計實(shí)現了一種簡(jiǎn)易的數字濕度計，用于檢測室內濕度，它具有結構簡(jiǎn)單、測量準確性高、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件電路設計
數字濕度計硬件電路圖如圖1所示，由濕度檢測電路、AD轉換電路、FPGA電路板等組成。其中濕度檢測電路采用HS1101濕度傳感器用于檢測室內濕度。該傳感器具有性?xún)r(jià)比高、體積小、精度高、響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于儀表、空調、除濕機、加濕機、倉儲、氣象以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。HS1101濕度傳感器是一種利用電容原理檢測的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線(xiàn)性規律，在檢測中，電容值隨著(zhù)空氣濕度的變化而變化。

因此，本文利用將電容值的變化轉換成電壓的變化，然后利用AD轉換芯片ADC0804和FPGA器件進(jìn)行數據采集。

2 軟件程序設計
根據系統的設計要求，將程序部分設計分為四個(gè)模塊，包括分頻模塊、AD轉換模塊、數據轉換模塊、顯示譯碼模塊。采用OuartusII開(kāi)發(fā)平臺和VHDL語(yǔ)言完成程序設計。
2．1 分頻模塊
分頻電路是FPGA設計中使用頻率非常高的基本單元之一。本設計的分頻電路簡(jiǎn)單方便、節約資源、可移置性強、便于系統升級，同時(shí)在以后的FPGA設計中也有很大的應用空間。圖2分頻模塊中是將50MHz時(shí)鐘信號分頻為2kHz的頻率。

2．2 AD轉換模塊
AD轉換模塊如圖3所示。從分頻模塊的輸出端口clk 2k輸出2kHz到AD轉換模塊的clock端口作為時(shí)鐘頻率信號；intr為中斷信號；input data[7．．0]為濕度數據輸入端口，由濕度傳感器檢測的模擬信號，通過(guò)AD電路轉換為數字信號傳給inputdata[7．．0]端口；cs是片選輸出端口，writeout是寫(xiě)輸出端口，readout是讀輸出端口，分別對應ADC0804的片選／CS、讀控制／RD、寫(xiě)控制／WR的引腳；dataout[7．．0]為數據輸出端口。

圖4為AD轉換模塊仿真圖，當復位鍵reset為0時(shí)，輸入數據為62時(shí)，輸出數據為0；當復位鍵reset為1時(shí)，輸入數據為28時(shí)，輸出數據為28。