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携芯网-教你如何使用数字湿度传感器跟踪环境

Auth:【携芯网】 Date:2020/9/2 Source:原创 Visit:180 Related Key Words: MOS场效应管

携芯网-教你如何使用数字湿度传感器跟踪环境


水凝结在表面上

无论是采集痕量气体测量,创建理想环境还是敏感化学反应,或在恶劣环境中为系统配置反馈回路,湿度传感器都将在您的系统中发挥关键作用。尽管数字湿度传感器可简化与任何数字电子系统的通信,但仍可使用数字和模拟湿度传感器

如今,大多数湿度传感器与压力传感器,温度传感器或两者结合。一些湿度传感器甚至与气体传感器结合用于大气测量,因为水蒸气的存在在某些大气化学反应中充当催化剂。这为系统设计人员提供了极大的灵活性,使他们的系统能够适应气体监测真正需要的不同环境。

数字湿度和组合传感器具有多种形状因子,适用于不同的应用。如果您正在构建受限环境系统,则可以使用连接到环境室外的PCB或DAQ模块的温度探头。或者,这些传感器可作为IC使用,可直接放置在定制PCB或评估板上。

响应和信号输出

封装在IC上的数字湿度传感器通常精确到3%的相对湿度,尽管在非常高或低的温度下这个精度范围可以增加1-2%。如果您需要极其精确的分析级测量,建议您使用探头式湿度传感器。这些传感器可以具有更长的响应时间,因为它们在内部测量大量测量值以提供稳定的湿度读数。

最简单的湿度传感器将输出一个模拟信号,该模拟信号可通过ADC或从内部ADC输出的数字信号准备就绪。如果需要与微控制器连接,许多湿度传感器IC将通过I2C或SPI发送数据。使用SPI的选项允许这些设备轻松集成到传感器网络中,同时防止地址冲突。

蓝色PCB上的各种传感器一组湿度,气体,位置和CO2传感器

选择湿度传感器时要考虑的参数

环境传感器可能需要去其他电子系统永远不敢去的地方。因此,您需要考虑操作温度和压力等问题。作为放置在PCB上的IC封装的湿度和组合湿度/温度传感器应放置在防止电路板敏感区域冷凝的包装中,特别是如果此传感器将用于极端潮湿的环境中。

另一个问题是测试环境中存在腐蚀性气体。有些环境会含有腐蚀性气体,水可以作为金属部件腐蚀的催化剂。如果是这种情况,您可能需要使用探头型湿度传感器,而不是将IC放在PCB上,因为更容易将探头与控制器板或DAQ模块隔离。

如果您正在构建一个使用多个电子元件或传感器运行的系统,那么正确的探头型数字湿度传感器更易于与LabVIEW集成,因为它不需要单独的微控制器来处理数据。这些传感器的输出通常只是来自ADC的直流电压,在特定湿度范围内具有线性响应,允许在输出信号和湿度的实际值之间轻松转换。

Sensiron,SHTC1

所述SHTC1是组合湿度/温度传感器来包装作为表面安装的IC具有紧凑占地面积。虽然它不是非常精确的湿度测量的正确选择,但它的价格足够低,以至于它可以出现在大批量消费者应用中。该传感器支持高达400 kHz SCL时钟频率的快速I2C数字通信。确保使用100 nF电容将电源和接地引脚去耦。Sensiron还出售该组件的评估板

SHTC1 ...是严格旨在克服,以满足当前和未来要求的尺寸,功耗和性能,价格比常规限制。Sensirion的CMOSens®技术在单芯片上提供完整的传感器系统,包括电容式湿度传感器,带隙温度传感器,模拟和数字信号处理,A / D转换器,校准数据存储器以及支持I2C快速模式的数字通信接口。

Sensiron SHTC1湿度/温度传感器的应用电路Sensiron SHTC1数据表第6页的典型应用电路

德州仪器,HDC1080

所述HDC1080提供高度精确的湿度和温度测量与在6引脚IC封装低功耗。如果系统中的功耗受到关注,则此传感器在激活时将以大约100 uA的速度运行,在睡眠模式下将以100至200 nA的速度运行。通过I2C进行8,11或14位串行通信,该传感器可提供高分辨率测量。但是,如果将此传感器集成到大型网络中,则存在地址冲突的风险。

HDC1080的一个关键特性是其低功耗,使该器件适用于电池或电力收集应用。在这些应用中,HDC1080大部分时间都处于睡眠模式:睡眠模式下典型的100nA电流消耗,平均电流消耗最小。它在测量模式下的低功耗可最大限度地减少任何自热。

框图显示了HDC1080的典型实现在HDC1080数据表的第9页上找到

Adafruit Industries,BME680

一种极其通用的组合传感器是Adafruit BME680,它将湿度,温度,VOC气体和气压传感结合在一块板上。该板具有内置I2C和SPI通信选项,外形小巧,可连接到任何微控制器,包括Arduino。您可以使用高达3.4 MHz的I2C通信或高达10 MHz的SPI(3或4线),以避免在具有大量传感器的系统中发生地址冲突。

Adafruit使用Python或CircuitPython BME680模块轻松控制该主板。该模块允许您轻松编写Python代码,以读取传感器的湿度,温度,VOC浓度和压力。您甚至可以通过将测量的压力与海平面的压力进行比较来使用压力读数来计算高度。该传感器可与任何CircuitPython微控制器板一起使用。

BME680 ...包含一个小MOX传感器。加热的金属氧化物根据空气中的挥发性有机化合物(VOC)改变电阻,因此可用于检测气体和醇类,如乙醇,酒精和一氧化碳,并进行空气质量测量。注意它会给你一个电阻值,总VOC含量,它不能区分气体或醇类。

BME680和Feather M0微控制器之间的SPI接线,用于与Python连接在2652数据表的第16页上找到

使用与其他功能相结合的数字湿度传感器可以以最小的占地面积提供精确的温度和气体测量。无论您是在分线板上集成小型数字传感器,还是想要使用单个封装提供多种测量的环境探头,您都可以携芯网上找到很多选择。

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