一种湿度检测电路的设计

摘要：湿度是工农业生产和人民日常生活非常重要的环境因素，为了达到稳定、高亮度和快速的显示，采用电容式湿度传感器和单片机结合的方法设计了湿度检测电路，给出了传感器、单片机、A/D转换、显示等元器件和单元电路选择和设计的依据。检测时，湿度传感器HM1500感受湿度变换成电信号送ADC0809转换后经单片机C51处理，由MAX7219控制显示。检测电路具有原理清楚、结构简单、灵敏度高、稳定性好以及高亮度数码显示等特点。

关键词：湿度； 传感器； 检测电路； ADC0809

中图分类号：TN71034文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)23020403

Design of Humidity Detection Circuit

LIU Zhuqin, BAI Zesheng

(College of Physics and Electronic Information, Yan’an University, Yan’an 716000, China)

Abstract： Humidity is an important environmental factor for industrial and agricultural production and people′s daily life, in order to achieve fast and stable high brightness display, the method of combining capacitive humidity sensor and microcontroller was used to design humidity detection circuit. The sensor, microcontroller, A / D conversion, display circuit components and modules based on selection and design are proposed. In the process of detecting, the humidity sensor HM1500 converted the humidity signal into electrical signals, which were sent to ADC0809 and processed by C51, then displayed by MAX7219. Detection circuit has characteristics of clear principle, simple structure, high sensitivity, good stability, high brightness digital display and so on.

Keywords： humidity; sensor; detection circuit; ADC0809

收稿日期：20110713

基金项目：延安市科学技术研究发展计划项目(2010kn19);陕西省教育厅2011年科学研究计划项目(11JK0915)0引言

随着现代工农业技术发展以及人们对生活环境和质量要求的提高，湿度的测量和控制显得日益重要起来。如在具有粉尘作业和电子产品生产的车间里当湿度小而产生静电时，常会发生爆炸事故；在大规模集成电路生产过程中，当湿度低于30%时，容易产生静电而影响生产；仓库湿度过大，会使存放的物资变质或变坏；在农业的育苗、栽培、生产、保鲜等方面也都需要对湿度进行测量与控制。另外，为了使人们的生活环境舒适，必须对湿度进行检测和控制。

湿度常用相对湿度来表示。它是指空气中实际所含水蒸气的分压PW和同温度下饱和水蒸气的分压PN的百分比［1］，即:HT=PWPNT×100%(1)1电路组成及工作原理

湿度检测电路由湿度传感器、A/D转换电路、主机电路、显示电路组成，原理框图如图1所示。

图1湿度检测电路原理图湿度传感器HM1500将检测到的湿度信号转换成电压信号，经放大后送入A/D转换器，并通过A/D转换器将模拟信号转换成单片机需要的数字信号，经单片机处理后，通过显示电路显示。

2单元电路选择与设计

2.1湿度传感器

这里，湿度传感器采用美国Humirel公司生产的HM1500［23］，它是电压输出式集成传感器,有GND，UCC(+5 V电源端)、Uo(电压输出端)3个引脚。内部包含由HS1101型湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器,能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号。输出阻抗为70 Ω，适合与ADC单片机相连。测量范围的0~100%RH，输出电压范围为1~4 V，精度为±3%RH,灵敏度为25 mV/RH,温度系数为0.1 RH/℃。

输出电压的计算公式［4］：Uo=1.079+0.256 8 RH(2)2.2A/D转换电路

A/D转换器采用ADC0809,它是8位8通道逐次逼近式转换器，由一个8路模拟开关,一个地址锁存与译码器,一个8位转换器和一个三态输出锁存器组成。它有八路模拟量输入端，在多路开关的控制下，任一瞬间只能由一路模拟量经模拟通道输入到A/D转换器中的比较器。对输入电压范围要求为0~5 V，HM1500的电压输出范围在1~4 V，因此电路中不需要设置放大电路。

ADC0809与AT89C51的连接［4］如图2所示，连接时需要地址锁存器74LS373。

2.3单片机

单片机选用MCS51系列单片机AT89C51［56］。AT89C51是一种带4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器、高性能的CMOS 8位微处理器，具有软件编程灵活、自由度大、性价比高的特点。AT89C51芯片时钟可达12 MHz，运算速度快，控制功能完善。

2.4显示电路

显示电路采用LED显示器动态显示。动态显示采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。但由于点亮的时间短暂和人的视觉及二极管的余辉效应，给人视觉是一组稳定的显示数据。同时动态显示还具有节省I/O口、硬件电路简单等优点。

显示电路由MAX7219芯片控制实现［7］，它是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器，每位可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，与微处理器连接只需3根线。

图2ADC0809与C51连接图MAX7219与51单片机串行接口连接图如图3所示。MCS51单片机串行口工作于方式0，通过RXD(P3.0)引脚发送/接收串行数据，通过TXD(P3.1)引脚发送移位时钟脉冲。发送顺序为低位在前高位在后，与MAX7219的接收相反。3总体检测电路

湿度检测总体电路图如图4所示。湿度传感器HM1500接收到湿度信号，将其转化成电压信号，经内部放大器放大后，通过模拟通道IN1送入A/D转换器ADC0809［89］。

要使ADC0809工作，先对其进行初始化，使ST，OE信号全部为低电平。把模拟通道IN1的地址送入A，B，LabVIEWC端口上。ADC0809通道选择引脚A，B，C 的地址由地址锁存器74LS373提供。将单片机P2.7作片选信号，只有P2.7为低电平时，才能对ADC0809进行操作。启动A/D转换时，由单片机的写信号WR和P2.7共同控制ADC地址锁存和转换启动，ALE和START连在一起，ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。A/D转换后得到的数字量需单片机读取并进行处理，单片机读取结果时采用中断方式。转换结束信号EOC经非门与89C51的INT1相连。A/D转换结果的读取需要对A/D转换是否完成进行确认，确认完成才可读取数据。用单片机的读信号RD和P2.7经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用于打开三态输出锁存器，就能读出模拟通道IN1的转换结果。A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。中断服务程序中，将转换好的数据送入指定的存储单元。

图3MAX7219与C51连接图图4湿度检测总体电路图单片机把A/D转换的数据通过RXD(P3.0)引脚送入MAX7219的串行数据输入端DIN，当CLK为上升沿时，数据被载入16位移位寄存器。LOAD为片选端，当LOAD为低电平时，芯片接收送来的数据，当LOAD为高电平时，接收的数据被锁定，然后通过数码管显示出来。

4软件设计

检测电路的软件部分采用模块化程序设计，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的，主要包括数据采集子程序、显示子程序等模块，主程序流程图如图5所示。

图5主程序流程图系统的初始化包括对A/D转换器的初始化、MAX7219的初始化等。ADC0809的初始化使ST和OE全部为低电平。MAX7219初始化时将5个工作状态寄存器，即译码方式选择、亮度调节、扫描位数设定、待机开关和显示器检测全部为零。

数据采集部分的子程序设计是单片机对A/D转换器ADC0809的操作。驱动ADC0809的IN1进行A/D转换，单片机接收转换好的数据，存入指定内存单元，由INT1中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。

显示子程序是指单片机通过中断方式对MAX7219的控制，传送16位数据的地址位和数据位。它还包括对串行方式的设置、显示缓冲单元和各控制寄存器的地址码及数据单元的分配等。

5结语

本设计创新地利用电容式湿度传感器和单片机结合,使设计的湿度检测电路结构简单、灵敏度高、稳定性好以及数码显示亮度高。

参考文献

［1］陈艾.敏感材料与传感器［M］.北京:化学工业出版社,2004.

［2］高美珍.基于PIC16单片机和HM1500的湿度测量［J］.电子工程师,2004(10):2223.

［3］刘洋，金太动.基于CAN总线的智能型温湿度采集系统设计［J］.现代电子技术，2010,33(1)：126128.

［4］沙占有.集成传感器应用［M］.北京:中国电力出版社,2005.

［5］彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计［M］.北京:电子工业出版社,2006.

［6］马光.单片机原理与应用［M］.北京:机械工业出版社,2006.

［7］王文成，常发亮.温室大棚温湿度无线测控系统［J］.仪表技术与传感器，2011(3)：98100.

［8］夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制［J］.现代电子技术，2005,28(24)：117119.

［9］肖志红.仓库温度与湿度自动控制系统设计［J］.电子设计工程,2010(10)：9092.

作者简介： 刘竹琴女，1968年出生，陕西佳县人，副教授。主要研究方向为信号检测与数据处理。

白泽生男，1964年出生，陕西清涧人，教授，硕士生导师。主要研究方向为信号传感与检测。