本實(shí)用新型涉及一種濕度檢測電路，具體是一種利用HS1101的濕度傳感器實(shí)現(xiàn)濕度檢測的電路，屬于硬件電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

濕度檢測在各種工業(yè)領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用需求，例如在倉儲(chǔ)領(lǐng)域，濕度參數(shù)必須得到準(zhǔn)確采集以保證貨物避免受潮變質(zhì)。在濕度檢測中濕度傳感器的應(yīng)用是必不可少的。

HS1101濕度傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長期穩(wěn)定性特點(diǎn)，不需要校準(zhǔn)的特點(diǎn)。HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器C，其電容隨所測空氣的濕度增大而增大，在相對濕度為0％-100％RH的范圍內(nèi)，電容的容量由160pF變化到200pF，其濕度檢測誤差不大于±2％RH，響應(yīng)時(shí)間小于5s，溫度系數(shù)為0.04pF/℃。具體電路設(shè)計(jì)時(shí)通常將HS1101濕度傳感器置于555振蕩電路(一種定時(shí)器芯片)之中，其電容的變化將轉(zhuǎn)換為與之成反比的方波信號S，該信號的頻率被采集處理后經(jīng)換算即可根據(jù)HS1101濕度傳感器等效電容與相對濕度之間的關(guān)系得出被測環(huán)境相對濕度。上述檢測過程可簡單總結(jié)為：環(huán)境相對濕度-HS1101濕度傳感器等效電容-555振蕩電路輸出信號頻率-計(jì)算出環(huán)境相對濕度。

具體關(guān)注到對上述方波信號S的頻率進(jìn)行測量時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中往往存在兩種方案：(1)利用單片機(jī)進(jìn)行頻率測量，單片機(jī)測量頻率往往依靠集成在芯片內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，依靠軟件設(shè)置的方式來控制單片機(jī)芯片內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)測量，這種方式由于需要依靠軟件往往存在精度不高，穩(wěn)定性不強(qiáng)，增加軟件設(shè)計(jì)難度等缺點(diǎn)。(2)利用單片機(jī)采集信號頻率然后上傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對具體的分段測量，顯然由于測量必須依賴上位機(jī)，這必然導(dǎo)致設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是：怎樣提供一種測量不依賴軟件，測量精度高，測量穩(wěn)定性高并且容易實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)計(jì)的CPLD濕度檢測電路。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。

一種CPLD濕度檢測電路，其特征在于：包括濕度傳感器，濕度采集模塊，單片機(jī)和CPLD控制器；

所述濕度傳感器為HS1101傳感器，所述濕度采集模塊為定時(shí)器芯片，所述定時(shí)器芯片具有閾值輸入端、觸發(fā)輸入端、放電端、復(fù)位端和輸出端；

所述定時(shí)器芯片的閾值輸入端和定時(shí)器芯片的觸發(fā)輸入端連接在一起構(gòu)成濕度采集模塊的輸入端IN，所述定時(shí)器芯片的輸出端為濕度采集模塊的輸出端OUT；

濕度采集模塊的輸入端IN與HS1101傳感器的一端相連接，HS1101傳感器的另一端接地；

濕度采集模塊的輸入端IN還與第二充電電阻R2的一端相連接，第二充電電阻R2的另一端與定時(shí)器芯片的放電端相連接，定時(shí)器芯片的放電端通過第一充電電阻R1與電源VCC相連接；

所述CPLD控制器內(nèi)部設(shè)置有數(shù)字頻率計(jì)模塊，所述數(shù)字頻率計(jì)模塊具有被測信號輸入端；

所述定時(shí)器芯片的輸出端與所述數(shù)字頻率計(jì)模塊的被測信號輸入端相連接；

所述單片機(jī)通過SPI串行通信接口與CPLD控制器實(shí)現(xiàn)電連接。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)還與鍵盤輸入電路和LCD顯示屏相連接。

更進(jìn)一步的，所述單片機(jī)通過串口與計(jì)算機(jī)相連接。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型中，通過純硬件的CPLD控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)對定時(shí)器芯片輸出信號的頻率測量，頻率的測量不再依靠軟件方式實(shí)現(xiàn)，并且由于CPLD控制器本身內(nèi)部包含強(qiáng)大的數(shù)字邏輯資源以及其靈活的設(shè)計(jì)方式，使得CPLD控制器內(nèi)部設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)模塊可以具有很高的測量靈活性和測量精確性，因此本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)中通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測量的方式相比具有不依賴軟件、測量精度高以及穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種CPLD濕度檢測電路，包括濕度傳感器，濕度采集模塊，單片機(jī)和CPLD控制器；

濕度傳感器為HS1101傳感器，HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器C，其電容隨所測空氣的濕度增大而增大，它是2腳封裝，靠器件側(cè)面來接觸空氣。

濕度采集模塊為定時(shí)器芯片(可以采用最為常見的NE555型電路)，定時(shí)器芯片通常具有閾值輸入端、觸發(fā)輸入端、放電端、復(fù)位端和輸出端，當(dāng)然還具有電源端，地端和電壓控制端；

CPLD控制器內(nèi)部設(shè)置有數(shù)字頻率計(jì)模塊，數(shù)字頻率計(jì)模塊具有被測信號輸入端；

電路具體連接關(guān)系為：

定時(shí)器芯片的閾值輸入端和定時(shí)器芯片的觸發(fā)輸入端連接在一起構(gòu)成濕度采集模塊的輸入端IN，所述定時(shí)器芯片的輸出端為濕度采集模塊的輸出端OUT；

濕度采集模塊的輸入端IN與HS1101傳感器的一端相連接，HS1101傳感器的另一端接地；

濕度采集模塊的輸入端IN還與第二充電電阻R2的一端相連接，第二充電電阻R2的另一端與定時(shí)器芯片的放電端相連接，定時(shí)器芯片的放電端通過第一充電電阻R1與電源VCC相連接；

定時(shí)器芯片的輸出端與數(shù)字頻率計(jì)模塊的被測信號輸入端相連接；

單片機(jī)通過SPI串行通信接口與CPLD控制器實(shí)現(xiàn)電連接。

為了實(shí)現(xiàn)電路控制和數(shù)據(jù)顯示，單片機(jī)還與鍵盤輸入電路和LCD顯示屏相連接。

為了能將數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，單片機(jī)通過串口與計(jì)算機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)能夠上傳給計(jì)算機(jī)。

此外，設(shè)置在CPLD控制內(nèi)部的數(shù)字頻率計(jì)模塊可以采用周期測量法實(shí)現(xiàn)，也即是該數(shù)字頻率計(jì)模塊主要由一個(gè)計(jì)數(shù)容量可調(diào)的可控計(jì)數(shù)器單元組成，可控計(jì)數(shù)器單元具有計(jì)數(shù)使能端，計(jì)數(shù)時(shí)鐘端和計(jì)數(shù)輸出端；可控計(jì)數(shù)器單元的計(jì)數(shù)使能端與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的閘門時(shí)間信號相連接(例如高電平持續(xù)時(shí)間1ms)，可控計(jì)數(shù)器單元的計(jì)數(shù)時(shí)鐘端為數(shù)字頻率計(jì)模塊的被測信號輸入端，可控計(jì)數(shù)器單元的計(jì)數(shù)輸出即是計(jì)數(shù)值，該計(jì)數(shù)值經(jīng)過處理換算后便可以得到被測信號的頻率，進(jìn)而經(jīng)一系列換算得到環(huán)境相對濕度，上述換算工作可以由單片機(jī)完成，當(dāng)然這就要求單片機(jī)和CPLD之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如前所述，本實(shí)用新型中單片機(jī)通過SPI串行通信接口與CPLD控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。以上也是本實(shí)用新型中CPLD控制器內(nèi)部數(shù)字邏輯以及單片機(jī)的工作原理，下面我們闡述濕度采集模塊(定時(shí)器芯片NE555電路)以及濕度傳感器HS1101的工作原理：

如圖1所示，NE555電路外接第一充電電阻R1和第二充電電阻R2，構(gòu)成對濕度傳感器HS1101的充電回路；NE555電路放電端通過第二充電電阻R2以及NE555電路芯片內(nèi)部的晶體管對地短路實(shí)現(xiàn)對濕度傳感器HS1101的放電回路，此外，閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相連構(gòu)成的濕度采集模塊的輸入端IN的信號會(huì)引入到NE555電路片內(nèi)比較器，這實(shí)際上是多諧振蕩器的電路連接。

根據(jù)多諧振蕩器工作原理，接通電源后濕度傳感器HS1101作為電容器被充電，當(dāng)濕度采集模塊的輸入端IN(也即是濕度傳感器HS1101的一端)的電位上升到2/3VCC時(shí)，NE555電路內(nèi)部的觸發(fā)器復(fù)位，同時(shí)NE555電路內(nèi)的晶體管導(dǎo)通，NE555電路輸出端(濕度采集模塊的輸出端OUT)為低電平，此時(shí)濕度傳感器HS1101通過第二充電電阻R2和NE555電路內(nèi)的晶體管放電，使?jié)穸炔杉K的輸入端IN電壓下降，當(dāng)濕度采集模塊的輸入端IN電壓下降到1/3VCC時(shí)，NE555電路內(nèi)部的觸發(fā)器又被置位，NE555電路輸出端(濕度采集模塊的輸出端OUT)翻轉(zhuǎn)為高電平，傳感器的不停充放電，產(chǎn)生方波信號。

并且濕度傳感器HS1101放電所需要時(shí)間為T1＝R2C ln2≈0.7CR2，濕度傳感器HS1101充電所需要時(shí)間為T2＝(R1+R2)C ln2≈0.7(R1+R2)C，由多諧振蕩器工作原理可知：NE555電路輸出端輸出方波信號的頻率f＝1/T1+T2≈1.43(R1+2R2)C。

因此只要測算出NE555電路輸出端輸出信號的頻率即可計(jì)算濕度傳感器HS1101等效電容值，而濕度傳感器HS1101等效電容值與環(huán)境相對濕度之間存在對應(yīng)數(shù)值關(guān)系(在濕度傳感器HS1101產(chǎn)品說明書中可以查詢)，根據(jù)上述數(shù)值對應(yīng)關(guān)系便可計(jì)算出環(huán)境相對濕度。NE555電路輸出端輸出信號的頻率測量如前所述，此處不再重復(fù)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。