图3.7 湿度传感器
对空气湿度测量的方式很多，相关原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面 介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。
1)湿度传感器特性
不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。图3.8为湿敏电容工作的温湿度范围。图3.9为湿度-电容响应曲线。
10075长期稳定区50250-40-2002040温度 /℃6080100正常工作区200非正常区190180170160020406080
相对湿度/%RH
图3.8 湿敏电容工作的温、湿度范围 图3.9 温湿度-电容相应曲线。
相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/℃。可见精度是较高的。
2)湿度传感器工作电路
HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常
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有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集
频率输出的555测量振荡电路如下图3.10所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3 是防止输出短路的保护电 阻，R1 用于平衡温度系数。
图3.10 频率输出的555振荡电路
该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2 向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约0.67Vs，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33Vs
此时输出，此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。其中，充放电时间为 t充电=C（R4+R2）Ln2
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t放电=CR2 Ln2 。因而，输出的方波频率为
f=1/(t放电+t充电)=1/[ C（R4+R2）Ln2]
可见，空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3.1给出了其中的一组典型测试值。
表3.1 空气湿度与电压频率的典型值
湿度%RH010203040
频率HZ735172247100697668536728 湿度%RH60708090100频率HZ6600646863306168603350
3.2 信号的转换与处理
3.2.1多路开关CD4051
由于从温度传感器和湿度传感器来的两种不同信号，在信号的采集方面就必须要选
择多路开关，这里之所以选择CD4051是因为大家比较熟悉它。 这里对CD4051的功能和作用进行详细说明：
表3.2 CD4051功能引脚 引脚号 1 2 4 5 12 13 14 15 9 10 11 3 6 7 8 16
多路检测信号的实现
符号 IN/OUT A B C OUT/IN INH VEE VSS VDD 功能 输入/输出端 地址端 公共输出/输入端 禁止端 模拟信号接地端 数字信号接地端 电源 12
1）温度信号的实现：
本设计为八路的温度信号采集，而MC14433仅为一路输入，故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如下图3.11所示
图3.11八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口
2）湿度信号的实现：
本设计为八路的湿度信号采集，故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如下图所示
图3.12 八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口
CD4051工作方式：
CD4051 系列模拟开关是用数字信号控制的多路调制/选择模拟开关，具有低导通电阻和很低的关态漏电流。通过模拟开关的模拟量幅度可高达15V，与CD系列数字电路的3V～15V 工作范围正好相对应。例如，选VDD＝5V，VSS＝0V，VEE＝-5V，那么幅度-5V～+5V 的模拟信号就可用0V～5V 的数字信号来控制传输。CD4051 系列模拟开关的静态功耗极小。
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