一种基于HF3223湿度传感器的数字显示湿度计设计

1　引　言

在工农业生产、气象、环保等部门,经常要对环境湿度进行测量与控制,准确的测量对于人们的生活至关重要,因此对湿度的测量是工作中必须解决的问题。由于湿度受大气压强、温度等因素的影响,所以湿度是最难准确测量的一个参数。传统的湿度测量采用的是干湿球温度计查表算法,这种方法存在着误差大、操作使用不便等问题。随着湿度传感器朝着集成化、智能化、系统化的方向发展,湿度测量技术也在不断进步。该设计是采用湿度传感器为核心的一种数字显示湿度计。

2　湿度测量原理

(1)湿度定义。在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。常常用相对湿度、绝对湿度、露点来表示。日常生活中所指的湿度为相对湿度,用RH%表示。即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量与其空气相同情况下饱和水蒸气量的百分比。简单的讲,在一定的气压和温度下当空气中的水蒸气多到不能再多时,水蒸气饱和,湿度为100%,当一点水蒸气都没有的时候,湿度为0%。

(2)湿度测量方法。现代湿度测量的方法最主要的有两种:干湿球测湿法,电子式湿度传感器测湿法。干湿球测湿法是传统的测量方法,最简单的湿度计正是干湿型的,由两个温度计组成,一个测出空气温度,另一个的球体部分包着微湿的棉布,湿度越低,棉布上的水分蒸发越快,与干球的温差越大。这样我们可以通过干湿球的温差及当时的温度,用速查表来知道相对湿度。其它湿度计一般也是采用干湿温差的原理。电子式湿度传感器是近几十年,特别是近20年才迅速发展起来的。在湿度的测量电路中,一般是将湿度传感器分为电容式和电阻式两类。但在实际测量中,对湿度传感器的电容值或电阻值进行直接测量并不方便,尤其对它的变化量的测量就显得更为困难,所以在实际的测量中一般不采用直接的测量方式,而是将电容或电阻信号转换为易于测量的电流、电压或频率信号。该设计中所采用的是HF3223湿度传感器,它将相对湿度转换为频率信号,然后利用LM331组成的F/V电路将频率信号转化为电压信号,并通过ICL7107驱动LED显示出来。

3　数字显示湿度计的组成框图

数字显示湿度计由传感器、信号处理模块、LED显示模块、电源等几部分组成,其组成框图见图1。

其传感器采用的是由美国Humirel公司生产的HF3223型。它采用模块式结构,属于频率输出式集成湿度传感器,在55%RH时的输出频率为8750 Hz(型值),当湿度从10%变化到95%时,输出频率就从9650Hz减少到8030Hz。这种传感器具有线性度好,抗干扰能力强,便于配数字电路或单片机,价格低等优点。HF3223的主要技术指标为:①湿度测量范围:10%RH~95% RH;②相对湿度精度: -5% RH ~+5%RH;③电源电压: 5 V;④损耗电流: 100μA;⑤输出范围: 9650 Hz~8030 Hz;⑥标准输出@ RH=55%: 8750HZ;⑦储存温度范围: -40℃~+85℃。