基于傳感器和PIC微控制器的相對濕度計

　　我們周?chē)目諝馐且环N混合氣體，空氣中含有水蒸氣，空氣的干濕程度跟空氣中含有的水蒸氣的多少有關(guān)，而空氣的干濕程度又跟我們的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，因此知道并掌握這方面的一些知識很有必要.

　　(一)空氣的濕度

　　空氣的濕度可通俗地理解為空氣的潮濕程度.它有絕對濕度和相對濕度之分.

　　1、絕對濕度：空氣中水蒸氣的壓強p叫做空氣的絕對濕度.

　　空氣的濕度可以用空氣中所含水蒸汽的密度，即單位體積的空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量來(lái)表示.由于直接測量空氣中水蒸氣的密度比較困難，而水蒸氣的壓強隨水蒸氣密度的增大而增大，所以通常用空氣中水蒸氣的壓強來(lái)表示空氣的濕度，這就是空氣的絕對濕度.

　　2、相對濕度

　　(1)概念的引入：為了表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠近而引入相對濕度的概念.

　　(2)相對濕度B：某溫度時(shí)空氣的絕對濕度p跟同一溫度下水的飽和汽壓ps的百分比叫做這時(shí)空氣的相對濕度.

　?、俨煌瑴囟认滤娘柡推麎嚎梢圆楸淼玫?/P>

　?、谠诮^對濕度p不變而降低溫度時(shí)，由于水的飽和汽壓減小而使空氣的相對濕度增大.

　?、劬邮业南鄬穸纫?0%～70%較適宜.

　　(二)露點(diǎn)

　　1、露點(diǎn)：使空氣里的水蒸氣剛好達到飽和時(shí)的溫度叫做露點(diǎn).

　　(1)露點(diǎn)溫度時(shí)水的飽和汽壓就是空氣的絕對濕度.

　　(2)根據露點(diǎn)和氣溫的差值，可大致判斷出相對濕度大小，差值越大，相對濕度越小.

　　2、露點(diǎn)可以測定.

　　3、根據測定的露點(diǎn)可確定空氣的相對濕度.從水的飽和汽壓表中查出露點(diǎn)時(shí)的飽和汽壓(等于空氣在原來(lái)溫度時(shí)的絕對濕度)再查出原來(lái)溫度下飽和汽壓，就可求出.

　　(三)濕度計

　　1、濕度計的構成：濕度計由兩只完全相同的溫度計構成.其中一只溫度計為干泡溫度計，另一只為濕泡溫度計.

　　2、濕度計測量完全相對濕度的原理：由于濕泡溫度計的感溫泡包著(zhù)棉紗，棉紗的下端浸在水中，水的蒸發(fā)而使濕泡溫度計的溫度示數總是低于干泡溫度計的溫度示數(氣溫)這一溫度差值跟水蒸發(fā)快慢(即當時(shí)的相對濕度)有關(guān).根據兩溫度計的讀數，從表或曲線(xiàn)上可查出空氣的相對濕度.
二.如圖所示，用一個(gè)具有容性響應的傳感器和一只PIC微控制器(MCU)就可以構成一個(gè)相對濕度計。

　　其中Humirel公司提供的HS1101型傳感器的電容取值范圍為162 ~202pF。

　　使用一個(gè)TLC555 CMOS 定時(shí)器作為振蕩器，完成從電容到頻率的轉換，定時(shí)器的頻率等式如下：F = 1.44/(RA + 2RB)×CX這里電阻RA和RB分別等于421 kΩ和42.4 kΩ，CX為傳感器電容。接到定時(shí)器控制電壓輸入端的1MΩ電阻用來(lái)使與傳感器溫度系數相匹配的定時(shí)器內部溫度系數失衡。

　　MCU測量輸入信號周期，并將其轉換為相對濕度數字讀數。這通過(guò)MCU內部計數器(TMR1)和捕獲/比較/脈寬調制模塊(CCP)來(lái)實(shí)現的。

　　因為傳感器的電容范圍非常窄，信號的周期范圍也會(huì )非常小，因此使用一個(gè)8.000MHz的晶振來(lái)獲得0.5μs的指令周期。

　　另外，CCP模塊被配置成將輸入電壓分為4部分，這樣就可以在由TLC555提供的不同周期中增加計數脈沖范圍。PIC的CCP模塊可以檢測每4個(gè)或16個(gè)脈沖的上升或下降沿。

　　在這種情況下，CCP模塊是按4個(gè)上升沿配置的。此檢測事件存儲在寄存器PIR1的CCP1IF標志位。當檢測到第一個(gè)上升沿時(shí)此標志位被置位，通過(guò)軟件使能TMR1開(kāi)始計數。

　　隨后該標志位必須被清除，等待檢測第四個(gè)上升沿，然后停止定時(shí)器?，F在必須將代表一個(gè)周期的總計數從存儲器TMR1L和TMR1H分別轉存到存儲器CCPR1L和CCPR1H。

　　利用該數據，我們進(jìn)一步從結果周期數中減去對應于濕度0%的周期數(在本例中，取十進(jìn)制數62(3EH)) 以完成從周期數到相對濕度的轉換。對應于濕度0%的周期數可以由制造商提供的等式和TLC555定時(shí)器產(chǎn)生的頻率計算確定。

　　16位減法是通過(guò)首先對上述數值進(jìn)行二進(jìn)制補運算，然后將結果加到由TMR1得到的數據而實(shí)現的，這個(gè)算術(shù)運算的結果即對應于相對濕度。最后由MCU完成從二進(jìn)制數到BCD碼的轉換。

　　二進(jìn)制到BCD的轉換使用三個(gè)外存儲器：個(gè)、十、百位存儲器，相對濕度(濕度百分比)被送到個(gè)位存儲器，然后減10，由累加器W保存此運算結果。

　　通過(guò)測試狀態(tài)寄存器的進(jìn)位，我們可以知道運算結果是否大于10。如果小于10，則運算結果只有個(gè)位，不需要繼續進(jìn)行更多的比較運算，這樣轉換就僅限于于個(gè)位存儲器。

　　如果運算結果大于10，十位存儲器加1，十位存儲器加1時(shí)個(gè)位存儲器必須進(jìn)行同樣的減10運算。

　　當十位存儲器等于10時(shí)，百位存儲器加1。同樣的運算處理一直進(jìn)行下去，直到個(gè)位存儲器的數小于10。轉換結束時(shí)，每個(gè)存儲器的結果便是BCD碼，BCD碼到七段數碼的轉換由子程序OPTABLE完成。

　　轉換電路有一個(gè)四位多路共陰極LED顯示器，要求采用一個(gè)多路轉換程序來(lái)正確地顯示讀數。多路轉換通過(guò)以200Hz的頻率切換三個(gè)2N2222晶體管，一次激發(fā)一個(gè)顯示單元的方式來(lái)實(shí)現。