基于555定时器的数字化测湿方法的研究

　　1 引言

　　在办公自动化、机舱空气控制、家庭应用及工业自动控制等诸多方面经常需要对湿度进行控制,因此,湿度测量和湿度控制已经成为一个必须解决的问题。对于传统的具有模拟电压输出的湿度传感器,通常其相对湿度与输出电压之间的比例系数较大,即相对湿度变化一个很大的量,其输出电压才发生很微小的变化,因此电压输出线路上的电压变化成了湿度测量中的主要误差。经过反复调研,系统选用了电容式相对湿度传感器HS1101来对环境湿度进行测量。HS1101具有可靠性高、长期稳定性好、反应速度快等优点,可用于555定时器频率输出回路中,实现对环境湿度的测量。

　　2 系统硬件电路的设计

　　为了减小系统体积, 简化设计, 采用了 A T M E L 公司的AT89C2051 作为该系统的单片机。AT89C2051 的指令与INTEL公司的MCS-51系列单片机指令完全兼容,内部集成了2K字节的FLASH,具有 15 根可编程的 I/O 线,且其 I/O 输出能直接驱动LED 数码管。由于该系统程序量不大,不需要扩展A/D 转换器,且555定时器电路与AT89C2051的接口电路非常简单[1],因此采用AT89C2051作为该系统的单片机完全满足设计要求。图1为系统硬件组成原理图,如下图所示。

　　数码管是用来对测量湿度进行显示的,由于HS1101测湿的范围是10%～90%RH,且最大测量误差为±2%RH,因此采用两个数码管对测量湿度进行显示已经满足要求。

　　键盘包括两个按键“,测湿”和“清除”按键。当单片机检测到“测湿”按键按下时,就将检测的湿度值在数码管上显示出来;当单片机检测到“清除”按键按下时,就将数码管上显示的湿度值清除,全部显示为0。电源模块的输入为9V、1A 的直流电源,经过LM317 稳压之后输出5V电压给整个系统提供电源。在系统的硬件设计中,测湿电路的设计是一个至关重要的环节,它直接影响着测量湿度的准确性。下面对测湿电路进行较为详细的分析。

　　图2即为测湿电路图[2],从图中可以看出测湿电路主要是由555定时芯片和一些阻容元件组成。555定时器有着非常广泛的应用,根据用户需要,555定时器可以用作单稳态触发器、多稳态触发器或者施密特触发器。F555定时器具有如下功能:当6和2端同时输入为“1”时,3端输出为“0”;当6和2端同时输入为“0”时,3端输出为“1”。在此电路中,555定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。

　　当电源接通时,由于6和2端的输入为“0”,则定时器3脚输出为“1”;又由于C7 两端电压为0,故VCC 通过R17和 R18 对C7充电,当 C7 两端电压达到2VCC/3 时,定时电路翻转,输出变为“0”。此时555定时器内部的放电BJT的基极电压为“1”,放电BJT导通,从而使电容C7通过R18和内部放电BJT进行放电,当C7两端电压降低到VCC/3时,定时器又翻转,使输出变为“1”,内部放电 BJT 截止,VCC 又开始通过R17 和 R18 对 C7 充电,如此周而复始,形成振荡。其工作循环中的充电时间为Th=0.7(R17+R18)C 7 ; 放电时间为 T l = 0 . 7 R 1 8 C 7 ;输出脉冲占空比为 q =(R17+R18)/(R17+2R18),为了使输出脉冲占空比接近50%,R17应远远小于R18。当外界湿度变化时,HS1101两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度。