HS1101程序及应用原理Word格式.docx
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在自动测试系统中，电容值随着空气湿度的变化而变化，因此将电容值的变化转换成电压或频率的变化，才能进行有效地数据采集。
用555集成电路组成振荡电路，HSl100湿度传感器充当振荡电容，从而完成湿度到频率的转换。
2．3测量方法
HSll01湿敏传感器是采用侧面开放式封装，只有两个引脚，有线性电压输出和线性频率输出两种电路。
在使用时，将2脚接地，这里选用频率输出电路。
该传感器采用电容构成材料，不允许直流方式供电。
所以我们使用555定时器电路组成单稳态电路。
具体电路分析如下。
电源电压工作范围是UCC=+3．5～+12V。
利用一片CMOS定时器TLC555．配上HSll01和电阻R2、R4构成单稳态电路，将相对湿度值变化转换成频率信号输出。
输出频率范围是7351-6033Hz，所对应的相对湿度为0～100％。
当RH=55％时，f=6660Hz。
输出的频率信号可送至数字频率计或控制系统，经整理后送显示。
R3为输出端的限流电阻，起保护作用。
通电后．电源沿着Uc→R4→R2→C对HSl101充电。
经过t1时间后湿敏电容的压降Uc就被充电到TI~C555的高触发电平（Uh=0．67Ucc），使内部比较器翻转，OUT的输出变成低电平。
然后C开始放电，放电回路为C→R2→D→内部放电管地。
经过t2时间后，Uc降到低触发电平（Ul=0．33Ucc），内部比较器再次翻转，使OUT端的输出变成高电平。
这样周而复始的进行充、放电，形成了振荡。
充电、放电时间计算公式分别为：
tl=C（R2+R4）ln2；
t2=CR21n2；
输出波形的频率（f）和占空比（D）的计算公式如下：
f=1／T=1／（t1+t2）=1／C（2R2+R4）ln2；
D=tl／T=t1／t1+t2=R2+R4／（2R2+R4）；
通常取R4《R2，使D≈50％，输出接近于方波。
例如，取人R2=567kQ，R4=49．9kΩ。
湿度传感器只是保证传感探头的精度，在实际使用中，综合精度除了与湿度传感器本身元件有关，还与外围电路的器件选择相关。
为了与HSll01温度系数相匹配，Rl数值应取为1％精度，且最大温漂不超过100ppm（ppm：
百万分之一，表示当温度变化1℃，所对应的电阻相对变化量）。
为了保证达到6660Hz／55％,R2与555电路选取参照如下表：
当RH=55％、TA=+25℃时，典型输出方波频率与相对湿度的数据对照见表3。
2．4与微处理器IPC2132接口
LPC2132是一种支持实时仿真和跟踪的16／32位基于ARM7TDMI-S内核的CPU，并带有64KB嵌入的高速FLASH存储器。
LPC2132的实时仿真和跟踪功能方便了代码调试，降低了开发成本。
并且I／O口能够接受5V容限。
整个湿度传感器由于采用频率输出电路，接口简单，可直接与LPC2132普通I／0对接，这里选用PO．6脚做为频率测量接口。
3软件设计
软件设计主要完成对HSl101在单位时间内的频率测量。
软件设计采用端口扫描方式，间隔8S开始测量，测量时间为1S。
统计单位时间内脉冲的个数，与表3对照，确定湿度值的范围，并将湿度值通过LCD显示。
为了保证测量精度，可以取3次以上测量数据，求平均值后，作为最终送显示数据。
微处理器工作晶体选用12．000MHz。
程序代码采用嵌入式C语言编写，经在ADSl．2编译环境中进行编译后，移植到微处理器内执行。
参考软件代码之一：
Do
{
IODIR0=10DIROIRO＆OXOfffffbf：
／／p0．6设置成输入
d0／／读IO口寄存器
{if（（IOPIN0&
（1<
<
0x06））==0x00000000）
break：
／／检测0电平
}while
（1）；
0x06））!
=Ox00000000）
／／检测l电平
}while
（1）；
fdat++：
／／累积1S时间内脉冲个数
}while（pt8s％8==0）；
／／间隔8S测量一次
fdat--；
time
（1）；
／／延时必须保留
if（（fdat>
6033）&
（fdat<
6187））rhb=90；
／／将测量数值转换为对应百分比，1％一100％
6186）&
6331））rhb=80；
6330）&
6469））rhb=70；
6468）&
6601））rhb=60；
6600）&
6729））rhb=50；
6728）&
6854））rhb=40；
6853）&
6977））rhb=30；
6976）&
7101））rhb=20；
7100）&
7225））rhb=10；
if（fdat>
7224）rhb=00：
lhb=fdat％100：
／／对测量数值取低两位
／／处理需要等待一段时间，否则lhb=0
if（（rhb==60）\（rhb==70）\（rhb==90））lhb=lhb／
13：
／／对低两位数值取个位，
elseif（rhb==80）lhb=lhb／14；
elselhb=lhb／12；
rhb=rhb+lhb；
／／将数据合成一起，送显示
fdat=Ox00000000；
／／清0，为下次准备
}
参考软件代码之二：
#include"
reg51.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuint
unsignedint
uchar
tem0,tem1;
temp0,temp1;
uint
f=0;
//初值
/****************************************************************************
*名称：
timer0（）
*功能：
定时器1，每50000us中断一次。
*入口参数：
****************************************************************************/
voidtimer0（）interrupt1
EA=0;
TR0=0;
TR1=0;
TL0=0xFF;
//重装值
定时50000us
OX4BFFH
TH0=0x4B;
tem0=TL1;
//读数
tem1=TH1;
TL1=0x00;
//定时器1清零
TH1=0x00;
f=1;
//作标注位
TR0=1;
TR1=1;
EA=1;
timer1（）
计数器，用于计数将555输出的频率，以计数相对湿度。
voidtimer1（）interrupt3
//T1中断，表示计数的频率溢出，超出了可测量的频率范围，显然在这里不可能。
所以重新启动。
TL0=0x00;
定时50000us
TH0=0x4C;
voidInit_timer（）
TMOD=0x51;
//01010001定时器0在模式1下工作16位定时器,定时方式
定时器1在模式1下工作16位计数器，T1负跳变加1
//定时器0初值定时50000us
ET0=1;
//使能定时器0中断
ET1=1;
//使能定时器1中断
//使能总中断
//开始计时
voidtran（）
f=tem1;
f=（f<
8）|tem0;
f=f*20;
//这里f的值是最终读到的频率，不同频率对于不同相对湿度。
if（（5623<
=f）&
&
（f<
=6852））
//相对湿度在有效范围内（0％－－100%）
{
if（（6734<
f）&
（f<
=6852））
{temp0=0;
temp1=（6852-f）*10/118;
}
if（（6618<
=6734））
{temp0=1;
temp1=（6734-f）*10/116;
}
if（（6503<
=6618））
{temp0=2;
temp1=（6618-f）*10/115;
}
if（（6388<
=6503））
{temp0=3;
temp1=（6503-f）*10/115;
if（（6271<
=6388））
{temp0=4;
temp1=（6388-f）*10/117;
if（（6152<
=6271））
{temp0=5;
temp1=（6271-f）*10/119;
if（（6029<
=6152））
{temp0=6;
temp1=（6152-f）*10/123;
if（（5901<
=6029））
{temp0=7;
temp1=（6029-f）*10/128;
if（（5766<
=5901））
{temp0=8;
temp1=（5901-f）*10/135;
if（（5623<
（f<
=5766））
{temp0=9;
temp1=（5766-f）*10/143;
else
temp0=0;
temp1=0;
voidmain（）
uchar
i,k;
count;
Init_timer（）;
count=0;
while
（1）
for（i=0;
i<
200;
i++）
for（k=0;
k<
k++）;
//延时
tran（）;
temp0&
=0x0F;
temp1&
temp0=temp0<
4;
count=temp0|temp1;
Ddisp（count）;
说明：
将555定时器的输出引脚与单片机AT89C2051的定时输入引脚相连,计数出1秒钟内输入的脉冲个数,此脉冲个数即为555定时器的振荡频率。
对于CMOS工艺的555定时器,其测得的相对湿度与输出的脉冲频率具有如下关系式:
Fmes（Hz）=F55（Hz）（1.1038-1.936810-3*RH+3.011410-6*RH2-3.440310-8*RH3）,其中的F55（Hz）表示相对湿度为55％时的频率值,在25°
C下F55（Hz）＝6660Hz。
因此,根据测得的脉冲频率即可求出湿度值。
从上式可以看出,F与RH之间是一种比较复杂的曲线关系,为了简化计算,必须寻求更为简单的求解方法。
在25°
C下,如果以F55（Hz）＝6660Hz为参考点,555定时器频率输出电路具有如下对应关系表。
测湿电路为了使计算简单,可以将频率与湿度之间的非线性关系按照上表分为10段进行处理,每一小段内按线性关系处理,从而大大简化了计算过程。
系统程序分为两大部分:
系统主程序和T0中断服务程序。
T0的中断服务程序主要是实现555定时器输出频率的计算,而由频率计算湿度则是在主程序中实现的。
对于555定时器输出频率的计算,采用单片机AT89C2051的定时器中断的方式实现:
单片机AT89C2051内部集成了两个16位的定时器T0和T1,设置单片机定时器T0定时20ms,并允许T0中断;
定时器T1则用来对555的输出脉冲进行计数。
每当T0发生20ms定时中断时,就读取T1中的计数脉冲个数,T1×
50即为此时555定时器的输出频率,并设置T0的中断标志变量flagT0为1。
初始化主要包括定时器T0和T1的初始化、中断逻辑初始化等。
然后判断“FlagT0=1?
”,当FlagT0=1时,表示又发生了一次新的T0定时中断,并且在T0的中断服务程序中已经求出了此时555定时器的输出频率;
然后主程序执行求湿度子程序,根据频率求出此时湿度。
如果FlagT0=0,则表示没有新的T0定时中断发生,主程序直接往下执行,扫描“测湿”键和“清除”键,当“测湿”键按下时,就将测得的湿度在数码管上显示出来;
当“清除”键按下时,就执行清除显示子程序,将数码管的显示全部变为0。
然后再判断“FlagT0=1?
”,如此往复循环。
4结语
由于HSll01采用独特的电容式单元设计，具有响应速度快、体积小、线性度好、较稳定等优点，我们将HSll01用在智能家居控制系统中，完成对空气湿度的测量，经长期应用，性能达到了稳定可靠，同时也实现了对低成本的要求。
本文来源：
《电子测试》
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