基礎(chǔ)知識(shí)之濕度傳感器

濕度傳感器是一種用于測(cè)量環(huán)境濕度水分含量的設(shè)備。它們通常使用一種被稱為濕度傳感器或濕度檢測(cè)器的技術(shù)來檢測(cè)大氣中的水分含量。

工作原理：

電阻式濕度傳感器的工作原理基于濕度對(duì)濕度敏感材料電阻值的影響。一般情況下，這種濕度敏感材料是一種高分子聚合物或陶瓷。

當(dāng)濕度傳感器暴露在環(huán)境中時(shí)，材料吸收或釋放水分，從而導(dǎo)致其電阻值發(fā)生變化。這是因?yàn)闈穸人值拇嬖跁?huì)改變材料內(nèi)部的電導(dǎo)性能。

通常，濕度敏感材料在干燥環(huán)境下會(huì)呈現(xiàn)較高的電阻值，而在濕度較高的環(huán)境中，材料的電阻值會(huì)降低。

電阻式濕度傳感器通過測(cè)量這種電阻值的變化來推斷環(huán)境中的濕度水分含量。它們通常與電路中的測(cè)量電橋或調(diào)諧電路結(jié)合使用，以獲取濕度的準(zhǔn)確讀數(shù)。

類型：

1.基于聚合物的傳感器：利用吸收或釋放水分的聚合物材料，從而導(dǎo)致電阻變化。

2.陶瓷型傳感器：陶瓷型濕度傳感器依靠陶瓷材料的吸濕特性來測(cè)量濕度。

優(yōu)點(diǎn)：

1.經(jīng)濟(jì)高效：與其他類型的濕度傳感器相比，電阻濕度傳感器通常更便宜，這使其成為許多應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)高效選擇。

2.簡(jiǎn)單性：傳感器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，測(cè)量原理簡(jiǎn)單，可以輕松集成到各種系統(tǒng)中。

3.可靠性：電阻濕度傳感器可以隨著時(shí)間的推移提供可靠且穩(wěn)定的測(cè)量。

4.寬測(cè)量范圍：傳感器提供寬測(cè)量范圍，涵蓋整個(gè)濕度水平范圍，使其適合各種應(yīng)用。

缺點(diǎn)：

1.對(duì)污染物的敏感性：電阻濕度傳感器可能對(duì)灰塵、油或化學(xué)品等污染物敏感。 污染物會(huì)影響傳感器的準(zhǔn)確性和性能，需要定期清潔和維護(hù)。

2.長(zhǎng)期穩(wěn)定性有限：一些電阻濕度傳感器的性能可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)長(zhǎng)期漂移或下降。 可能需要定期重新校準(zhǔn)以保持準(zhǔn)確的測(cè)量。

3.溫度依賴性：電阻濕度傳感器可能具有一定程度的溫度依賴性。 溫度波動(dòng)會(huì)影響電阻測(cè)量，需要溫度補(bǔ)償技術(shù)來獲得準(zhǔn)確的濕度讀數(shù)。

4.響應(yīng)時(shí)間：電阻濕度傳感器的響應(yīng)時(shí)間通常較慢。

電容式濕度傳感器通常由兩個(gè)電極組成，它們之間形成一個(gè)電容。其中一個(gè)電極通常是濕度敏感材料，例如一層吸濕材料或涂層。

當(dāng)環(huán)境濕度變化時(shí)，濕度敏感材料會(huì)吸濕或釋放濕氣，導(dǎo)致電容的改變。具體來說，濕度的增加會(huì)導(dǎo)致濕度敏感材料的吸濕，材料體積膨脹，使電極間的距離縮小，電容值增加。相反，濕度的減小會(huì)導(dǎo)致材料的脫水，材料體積收縮，電極間的距離增加，電容值減小。

通過測(cè)量電容的變化，可以推斷環(huán)境中的濕度水分含量。電容式濕度傳感器通常使用電路中的振蕩器或諧振電路來測(cè)量電容值。傳感器的輸出可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過相應(yīng)的信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換后，得到濕度的讀數(shù)。

類型：

1.叉指電極傳感器：這些傳感器由形成電容器的叉指電極組成。 電容隨濕度變化，傳感器測(cè)量電容的變化以確定濕度水平。

2.聚合物薄膜傳感器：這些傳感器使用對(duì)濕度敏感的聚合物薄膜，該薄膜會(huì)吸收或釋放水分，從而導(dǎo)致薄膜的介電常數(shù)和電容發(fā)生變化。 然后電容變化與濕度水平相關(guān)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.高精度和靈敏度：電容式濕度傳感器擁有高精度和對(duì)濕度水平變化的高靈敏度。

2.寬測(cè)量范圍：這些傳感器提供寬測(cè)量范圍，使其適用于需要濕度監(jiān)測(cè)和控制的廣泛應(yīng)用。

3.快速響應(yīng)時(shí)間：電容式濕度傳感器通常具有快速響應(yīng)時(shí)間，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速檢測(cè)濕度變化。

4.低功耗：電容式濕度傳感器通常具有較低的功耗要求，使其節(jié)能且適合電池供電的設(shè)備或系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

1.對(duì)污染物的敏感性：電容式濕度傳感器對(duì)灰塵、油或化學(xué)品等污染物很敏感。 污染物會(huì)影響傳感器的準(zhǔn)確性和性能，因此需要定期清潔和維護(hù)。

2.溫度依賴性：一些電容式濕度傳感器可能表現(xiàn)出溫度依賴性。 溫度波動(dòng)會(huì)影響電容測(cè)量，需要溫度補(bǔ)償技術(shù)來獲得準(zhǔn)確的濕度讀數(shù)。

3.成本：電容式濕度傳感器與其他類型的濕度傳感器相比可能更昂貴，盡管其精度和性能證明了許多應(yīng)用的成本合理。

4.脆弱性：電容式濕度傳感器可能很脆弱，機(jī)械應(yīng)力或操作不當(dāng)可能會(huì)影響其性能。 安裝和使用過程中應(yīng)小心謹(jǐn)慎，避免損壞。

熱導(dǎo)濕度傳感器的工作原理是基于測(cè)量由于濕度變化而導(dǎo)致的氣體或材料的熱導(dǎo)率變化。

熱導(dǎo)式濕度傳感器的傳感元件由兩個(gè)溫度敏感元件組成，通常由金屬或陶瓷制成，加熱至恒溫。

當(dāng)空氣中存在濕氣時(shí)，它比干燥空氣更有效地將熱量從傳感元件傳導(dǎo)走。 因此，與參考元件相比，暴露于濕度的傳感元件的溫度降低。

傳感器測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感元件之間的溫差。 該溫差與濕度水平成正比。 傳感器的電子器件精確測(cè)量和處理該溫差。

熱導(dǎo)濕度傳感器需要校準(zhǔn)，將溫差轉(zhuǎn)換為濕度讀數(shù)。 校準(zhǔn)通常是通過將傳感器置于已知的濕度水平下并確定溫差與相應(yīng)濕度值之間的關(guān)系來完成的。

濕度傳感器提供輸出信號(hào)，通常以電壓或數(shù)字信號(hào)的形式，代表濕度水平。 該信號(hào)可以與其他設(shè)備連接以進(jìn)行顯示、數(shù)據(jù)記錄或進(jìn)一步處理。

熱導(dǎo)濕度傳感器的工作原理是測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感元件之間的溫度變化，一個(gè)傳感元件暴露在濕度下，另一個(gè)保持在干燥的參考環(huán)境中。 通過分析這個(gè)溫差，可以確定濕度水平。 這些傳感器具有良好的精度、線性度和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和 HVAC 系統(tǒng)中的各種應(yīng)用。

類型：

1.傳熱傳感器：這些傳感器測(cè)量由于濕度變化而導(dǎo)致的氣體或材料的熱導(dǎo)率變化。 他們通常使用加熱元件并測(cè)量干燥參考元件和暴露于濕氣的元件之間的溫差。

2.薄膜傳感器：這些傳感器采用吸收或釋放水分、改變熱導(dǎo)率的薄膜材料。 熱導(dǎo)率的變化與濕度水平相關(guān)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.測(cè)量范圍寬：熱導(dǎo)濕度傳感器提供寬測(cè)量范圍，使其適合需要在整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行濕度監(jiān)測(cè)的各種應(yīng)用。

2.高靈敏度：這些傳感器對(duì)濕度水平的變化表現(xiàn)出高靈敏度，可以實(shí)現(xiàn)精確且靈敏的濕度測(cè)量。

3.穩(wěn)定性：熱導(dǎo)濕度傳感器往往能夠提供長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在長(zhǎng)期使用過程中保持一致的性能。

4.低漂移：這些傳感器通常具有低漂移，確保長(zhǎng)期可靠且準(zhǔn)確的測(cè)量。

缺點(diǎn)：

1.功耗：與其他濕度傳感器類型相比，熱導(dǎo)濕度傳感器的功耗較高。

2.響應(yīng)時(shí)間：與其他一些傳感器類型相比，熱導(dǎo)濕度傳感器的響應(yīng)時(shí)間可能更慢。

3.溫度依賴性：熱導(dǎo)濕度傳感器可能表現(xiàn)出一定程度的溫度依賴性。 溫度波動(dòng)會(huì)影響熱導(dǎo)率測(cè)量，需要溫度補(bǔ)償技術(shù)來獲得準(zhǔn)確的濕度讀數(shù)。

4.耐污染物能力有限：這些傳感器可能對(duì)灰塵或油等污染物敏感，可能會(huì)影響其準(zhǔn)確性和性能。 可能需要定期清潔和維護(hù)。

1.天氣預(yù)報(bào)：濕度傳感器在天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 通過提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的濕度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有助于了解大氣狀況，幫助預(yù)測(cè)降水、霧和其他天氣模式。

2.室內(nèi)環(huán)境控制：濕度傳感器用于HVAC（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)和智能家居自動(dòng)化，以保持最佳的室內(nèi)舒適度和空氣質(zhì)量。 通過監(jiān)測(cè)和控制濕度水平，這些傳感器有助于防止霉菌生長(zhǎng)、冷凝和不適等問題。 它們有助于提高能源效率、居住者健康和整體舒適度。

3.工業(yè)過程：濕度傳感器用于工業(yè)應(yīng)用，例如制造、食品加工、藥品生產(chǎn)和儲(chǔ)存設(shè)施。 它們確保產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化和保存所需的適當(dāng)濕度條件。 保持適當(dāng)?shù)臐穸人娇梢苑乐垢瘮?、保持產(chǎn)品完整性并提高工業(yè)運(yùn)營(yíng)效率。

4.農(nóng)業(yè)和園藝：濕度傳感器在農(nóng)業(yè)環(huán)境中用于監(jiān)測(cè)和控制溫室環(huán)境。 它們有助于優(yōu)化植物生長(zhǎng)的濕度、防止疾病爆發(fā)并確保高效用水。 濕度傳感器有助于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，使農(nóng)民能夠優(yōu)化灌溉、控制與濕度相關(guān)的作物病害，并提高總體產(chǎn)量和質(zhì)量。

5.博物館和檔案館：濕度傳感器用于文化遺產(chǎn)保護(hù)，以保持文物、藝術(shù)品和檔案材料的最佳濕度水平。 通過確保穩(wěn)定的濕度條件，這些傳感器可以防止在濕度過高的環(huán)境中發(fā)生退化、霉菌生長(zhǎng)和其他形式的損壞。

6.醫(yī)療和保健：濕度傳感器應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、呼吸設(shè)備和培養(yǎng)箱，其中精確的濕度控制至關(guān)重要。 它們有助于患者舒適、準(zhǔn)確的藥物輸送和無菌環(huán)境的維護(hù)。 濕度傳感器還用于藥品和實(shí)驗(yàn)室樣品的濕度控制存儲(chǔ)系統(tǒng)。

7.能源效率：濕度傳感器被納入節(jié)能系統(tǒng)中，例如能量回收通風(fēng)機(jī)和除濕系統(tǒng)。 通過根據(jù)濕度水平智能調(diào)節(jié)通風(fēng)和除濕，這些傳感器有助于節(jié)約能源、降低能源成本并改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

1.Sensirion (瑞士賽塞爾公司)

2.Honeywell (霍尼韋爾)

3.TE Connectivity (泰科電子)

4.Amphenol Advanced Sensors (安費(fèi)諾先進(jìn)傳感器)

5.Vaisala (威賽拉)

6.STMicroelectronics (意法半導(dǎo)體)

7.Texas Instruments (德州儀器)

HIH-4030

介紹：

HIH-4030濕度傳感器由霍尼韋爾制造，是一款廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用的電阻式濕度傳感器。其中濕度敏感聚合物薄膜的電阻變化與濕度水平相關(guān)。 它提供準(zhǔn)確可靠的濕度測(cè)量。

測(cè)量范圍：

測(cè)量范圍通常為 0% 至 100% 相對(duì)濕度 (RH)。

測(cè)量精度：

通常在 ±3.5% RH 以內(nèi) 輸出接口：

模擬輸出，通常采用與測(cè)量的相對(duì)濕度水平成正比的電壓信號(hào)形式

HIH-5030

介紹：

HIH-5030濕度傳感器由霍尼韋爾制造，是一款電容式濕度傳感器，通過檢測(cè)濕度變化引起的電容變化來測(cè)量濕度。 它提供準(zhǔn)確可靠的濕度測(cè)量。

測(cè)量范圍：

0% 至 100% 相對(duì)濕度 (RH)

測(cè)量精度：

±3% RH 以內(nèi)的精度

輸出接口：

模擬輸出，通常采用與測(cè)量的相對(duì)濕度水平成正比的電壓信號(hào)形式

DHT11

介紹：

DHT11是一款數(shù)字溫濕度傳感器。它是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、簡(jiǎn)單易用的環(huán)境傳感器，廣泛應(yīng)用于各種電子項(xiàng)目和設(shè)備中。DHT11傳感器可以同時(shí)測(cè)量環(huán)境的溫度和濕度。

測(cè)量范圍：

DHT11傳感器可以測(cè)量的溫度范圍為攝氏0度至50度。測(cè)量相對(duì)濕度范圍為20%到90%。這些范圍通常適用于室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

測(cè)量精度：

溫度測(cè)量，DHT11的精度約為±2攝氏度。濕度測(cè)量，其精度約為±5%。

輸出接口：

DHT11傳感器使用數(shù)字單線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。它只需要一根數(shù)據(jù)線與主控設(shè)備相連，通過該線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸采用一種簡(jiǎn)單的協(xié)議，傳感器將溫度和濕度數(shù)據(jù)編碼后發(fā)送給主控設(shè)備，主控設(shè)備再解析數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

DHT11測(cè)量溫濕度

import machine
from oled import oled
from ssd1306 import SSD1306_SPI
from board import pin_cfg
import time
import framebuf

# 定義連接到 DHT11 數(shù)據(jù)線的引腳
data_pin=machine.Pin(17, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)

def readdata():
    # 向 DHT11 傳感器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)
    data_pin.init(machine.Pin.OUT)
    data_pin.low()
    time.sleep_ms(20)#微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于18ms（最大不得超過30ms）
    data_pin.high()
    data_pin.init(machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)
    # 等待 DHT11 傳感器響應(yīng)
    while data_pin.value() == 1:
        pass
    while data_pin.value() == 0:
        pass
    while data_pin.value() == 1:
        pass
    data_pro = []
    j=0
    k=0
    while j < 40:
        k = 0
        while data_pin.value() == 0:
            pass
        while data_pin.value() == 1:
            k += 1
            if k > 100:
                break
        if k < 3:
            data_pro.append(0)
        else:
            data_pro.append(1)
        j += 1
    return data_pro

def read():
    # 讀取傳感器數(shù)據(jù)并驗(yàn)證校驗(yàn)和
    data=[]
    data = readdata()
    humidity_bit=data[0:8]
    humidity_point_bit=data[8:16]
    temperature_bit=data[16:24]
    temperature_point_bit=data[24:32]
    check_bit=data[32:40]
    humidity=0
    humidity_point=0
    temperature=0
    temperature_point=0
    check=0
    #溫度、濕度、校驗(yàn)位計(jì)算
    for i in range(8):
        #濕度計(jì)算
        humidity+=humidity_bit[i]*2**(7-i)
        humidity_point+=humidity_point_bit[i]*2**(7-i)
        #溫度計(jì)算
        temperature+=temperature_bit[i]*2**(7-i)
        temperature_point+=temperature_point_bit[i]*2**(7-i)
        #校驗(yàn)位計(jì)算
        check+=check_bit[i]*2**(7-i)
    tmp=humidity+humidity_point+temperature+temperature_point
    return temperature, humidity

while True:
    # 嘗試從DHT11傳感器讀取溫度和濕度數(shù)據(jù)
    temperature, humidity = read()
    print("Temperature:", temperature, "°C")
    print("Humidity:", humidity, "%")
    oled.fill(0)
    oled.show()
    oled.text("Humidity:"+str(humidity)+"%",16,20)
    oled.text("Temperature:"+str(temperature)+"C",5,30)
    oled.show()
    time.sleep(2)  # 等待 2 秒，然后進(jìn)行下一次讀數(shù)