基于傳感器和PIC微控制器的相對(duì)濕度計(jì)

　　我們周圍的空氣是一種混合氣體，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(shí)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(duì)濕度和相對(duì)濕度之分.

　　1、絕對(duì)濕度：空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)p叫做空氣的絕對(duì)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(cè)量空氣中水蒸氣的密度比較困難，而水蒸氣的壓強(qiáng)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(qiáng)來(lái)表示空氣的濕度，這就是空氣的絕對(duì)濕度.

　　2、相對(duì)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(yuǎn)近而引入相對(duì)濕度的概念.

　　(2)相對(duì)濕度B：某溫度時(shí)空氣的絕對(duì)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(duì)濕度.

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　　②在絕對(duì)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(duì)濕度增大.

　?、劬邮业南鄬?duì)濕度以60%～70%較適宜.

　　(二)露點(diǎn)

　　1、露點(diǎn)：使空氣里的水蒸氣剛好達(dá)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(duì)濕度.

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

　　2、露點(diǎn)可以測(cè)定.

　　3、根據(jù)測(cè)定的露點(diǎn)可確定空氣的相對(duì)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(duì)濕度)再查出原來(lái)溫度下飽和汽壓，就可求出.

　　(三)濕度計(jì)

　　1、濕度計(jì)的構(gòu)成：濕度計(jì)由兩只完全相同的溫度計(jì)構(gòu)成.其中一只溫度計(jì)為干泡溫度計(jì)，另一只為濕泡溫度計(jì).

　　2、濕度計(jì)測(cè)量完全相對(duì)濕度的原理：由于濕泡溫度計(jì)的感溫泡包著棉紗，棉紗的下端浸在水中，水的蒸發(fā)而使?jié)衽轀囟扔?jì)的溫度示數(shù)總是低于干泡溫度計(jì)的溫度示數(shù)(氣溫)這一溫度差值跟水蒸發(fā)快慢(即當(dāng)時(shí)的相對(duì)濕度)有關(guān).根據(jù)兩溫度計(jì)的讀數(shù)，從表或曲線上可查出空氣的相對(duì)濕度.
二.如圖所示，用一個(gè)具有容性響應(yīng)的傳感器和一只PIC微控制器(MCU)就可以構(gòu)成一個(gè)相對(duì)濕度計(jì)。

　　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(zhuǎn)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(shù)相匹配的定時(shí)器內(nèi)部溫度系數(shù)失衡。

　　MCU測(cè)量輸入信號(hào)周期，并將其轉(zhuǎn)換為相對(duì)濕度數(shù)字讀數(shù)。這通過(guò)MCU內(nèi)部計(jì)數(shù)器(TMR1)和捕獲/比較/脈寬調(diào)制模塊(CCP)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　因?yàn)閭鞲衅鞯碾娙莘秶浅Ｕ?，信?hào)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(jì)數(shù)脈沖范圍。PIC的CCP模塊可以檢測(cè)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(cè)事件存儲(chǔ)在寄存器PIR1的CCP1IF標(biāo)志位。當(dāng)檢測(cè)到第一個(gè)上升沿時(shí)此標(biāo)志位被置位，通過(guò)軟件使能TMR1開始計(jì)數(shù)。

　　隨后該標(biāo)志位必須被清除，等待檢測(cè)第四個(gè)上升沿，然后停止定時(shí)器?，F(xiàn)在必須將代表一個(gè)周期的總計(jì)數(shù)從存儲(chǔ)器TMR1L和TMR1H分別轉(zhuǎn)存到存儲(chǔ)器CCPR1L和CCPR1H。

　　利用該數(shù)據(jù)，我們進(jìn)一步從結(jié)果周期數(shù)中減去對(duì)應(yīng)于濕度0%的周期數(shù)(在本例中，取十進(jìn)制數(shù)62(3EH)) 以完成從周期數(shù)到相對(duì)濕度的轉(zhuǎn)換。對(duì)應(yīng)于濕度0%的周期數(shù)可以由制造商提供的等式和TLC555定時(shí)器產(chǎn)生的頻率計(jì)算確定。

　　16位減法是通過(guò)首先對(duì)上述數(shù)值進(jìn)行二進(jìn)制補(bǔ)運(yùn)算，然后將結(jié)果加到由TMR1得到的數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果即對(duì)應(yīng)于相對(duì)濕度。最后由MCU完成從二進(jìn)制數(shù)到BCD碼的轉(zhuǎn)換。

　　二進(jìn)制到BCD的轉(zhuǎn)換使用三個(gè)外存儲(chǔ)器：個(gè)、十、百位存儲(chǔ)器，相對(duì)濕度(濕度百分比)被送到個(gè)位存儲(chǔ)器，然后減10，由累加器W保存此運(yùn)算結(jié)果。

　　通過(guò)測(cè)試狀態(tài)寄存器的進(jìn)位，我們可以知道運(yùn)算結(jié)果是否大于10。如果小于10，則運(yùn)算結(jié)果只有個(gè)位，不需要繼續(xù)進(jìn)行更多的比較運(yùn)算，這樣轉(zhuǎn)換就僅限于于個(gè)位存儲(chǔ)器。

　　如果運(yùn)算結(jié)果大于10，十位存儲(chǔ)器加1，十位存儲(chǔ)器加1時(shí)個(gè)位存儲(chǔ)器必須進(jìn)行同樣的減10運(yùn)算。

　　當(dāng)十位存儲(chǔ)器等于10時(shí)，百位存儲(chǔ)器加1。同樣的運(yùn)算處理一直進(jìn)行下去，直到個(gè)位存儲(chǔ)器的數(shù)小于10。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)器的結(jié)果便是BCD碼，BCD碼到七段數(shù)碼的轉(zhuǎn)換由子程序OPTABLE完成。

　　轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換程序來(lái)正確地顯示讀數(shù)。多路轉(zhuǎn)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(xiàn)。