3 電路設計

3.1 系統(tǒng)電路設計

電路系統(tǒng)主要由控制電路、濕度測量電路、接口電路、顯示電路和鍵盤組成，如圖2所示。其中，控制電路采用AT89C51單片機以及外圍元件構(gòu)成，主要完成定時、濕度頻率數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示等任務。濕度測量電路實現(xiàn)環(huán)境濕度與頻率的轉(zhuǎn)換，其輸出信號的頻率與濕度單值對應。接口電路主要完成輸出頻率信號的整形、電平匹配等，送入單片機的定時／計數(shù)器T1。T1工作于計數(shù)器方式，定時記錄脈沖數(shù)并存入內(nèi)存緩沖區(qū)。

為了使占空比接近50％，R4與R2相比，應該非常小，但是不能低于最小值，它受HS1100／1101起始充電電流的限制。一般要求起始充電電流不大于5 mA。當外界濕度變化時引起HS1100／1101電容值的改變，從而改變回路的輸出頻率值。其輸出端Fout與51單片機的T1腳相連接。

555電路的非平衡電阻R1作為內(nèi)部溫度補償用，應具有1％的精度，目的是為了引入溫度效應，使它與HS1100／1101的溫度效應相匹配。由于不同型號的555的內(nèi)部溫度補償有所不同，所以R1的值必須與特定的芯片相匹配。此電路所用的電阻阻值及元件如圖3所示。

基于圖3所示電路參數(shù)，在溫度為25℃，典型的環(huán)境濕度下測量其對應的頻率值，通過多次反復實驗，得到幾種典型相對濕度值所對應的頻率值，如表1所示。RH為百分比相對濕度；F為輸出頻率，單位是Hz。

根據(jù)表1所示的典型參數(shù)值，這里以溫度25℃，頻率F0=6 600 Hz，F(xiàn)單位為Hz，相對濕度RH=55為參考點，經(jīng)過實驗分析，繪制出所測相對濕度與輸出頻率之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。其曲線方程式如下：

4 數(shù)據(jù)處理

本文中數(shù)據(jù)處理的主要任務是確定測定的頻率與相對濕度值之間的計算關(guān)系。文中將555振蕩電路的輸出端Fout與MCS-51單片機的T1腳相連，計數(shù)出1 s的脈沖個數(shù)，即振蕩器的輸出頻率，然后進行頻率與濕度之間的轉(zhuǎn)換。但由于頻率與相對濕度的關(guān)系曲線是非線性的，單片機對它的處理能力較差，為了使其處理過程簡化，將RH-F曲線分段線性化處理。頻率6 667 Hz(50％)與6 409 Hz(70％)將該曲線分為3段近似直線，使單片機在不同的頻率范圍內(nèi)進行不同的線性轉(zhuǎn)換。其頻率-濕度對應的線性關(guān)系如下：

根據(jù)以上3種線性關(guān)系可編寫出用51單片機顯示所測濕度值的程序。

5 結(jié) 語

相對濕度傳感器HS1100／1101應用廣泛，利用它與555定時器構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)電路可測出周圍環(huán)境下的相對濕度，通過調(diào)試，該設計已應用于“林區(qū)溫度濕度監(jiān)測系統(tǒng)”中。此設計具有硬件電路相對簡單、體積小、可靠性高、穩(wěn)定性好、反應時間快等特點，但由于在實際操作過程中條件所限，所測的濕度值與真實值存在一定的誤差，需做進一步完善