[发明专利]一种低功耗空气湿度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是一种微控制器与湿敏电容测量空气湿度的方法。

背景技术

在现实生活中，湿度的测量与工业生产、人们生活有着密切的关系。通常需要在各种环境下对湿度进行检测与分析，以便科学的研究、气象的监测、工业的控制与生产等等。通常湿度测量与记录装置需可随意放在任何环境中工作，对设备的功耗有很高的要求，如需设备在电池状态下能够正常工作数月或数年。

目前市场上的湿度测量与记录装置，主要是用微控制器与集成的传感器SHT1X，DHT1X进行湿度的测量。虽然SHT1X，DHT1X传感器可以数字化输出测量结果，精度也可达2%～5%，但是价格昂贵，一次测量时间需要几毫秒至几十毫秒，不进行测量工作时传感器也需要消耗功耗，并且每个具体型号的传感器测量湿度分辨率固定。

发明内容

针对现有的空气湿度测量与记录装置中湿度测量方法存在的不足与缺陷，本发明的目的是提供一种空气湿度测量新方法，即采用湿敏电容与微控制器相结合的空气湿度测量方法，该方法不仅可以提高测量与记录装置湿度测量精度，并可根据应用调整湿度分辨率，在不进行测量时无任何功耗，而且具有测量时间很短一般只需几百个微秒，测量功耗极低，测量方法简单、成本低的优点。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现：

一种低功耗空气湿度测量方法，该方法包括以下步骤：

1）将湿敏电容与电阻串联成一个RC电路，湿敏电容的一端接地，另一端与电阻的一端相连，电阻的另一端接微控制器的一个引脚P1，用于给RC电路供电； 

2）微控制器的一个引脚P2与RC电路中湿敏电容非接地的一端相连，利用微控制器片内的比较器来设置湿敏电容充电的电压值V_c，通过微控制器控制RC电路中湿敏电容的充放电，微控制器与RC电路相连的引脚P1输出高电平实现对湿敏电容进行充电，微控制器与RC电路相连的引脚P1输出低电平实现对湿敏电容进行放电；

3）测量RC电路中湿敏电容的充电时间

i、RC电路充电前，配置微控制器片内比较器的输出触发定时器输入捕获中断，设置微控制器中比较器输出端相连的定时器时钟频率为f_TIMx，初始计数值0，同时充电前需要对湿敏电容进行完全的放电；

ii、RC电路充电时，通过微控制器片内比较器设置充电阀值电压，由于电容中的电量不可能完全放光，先设置湿敏电容一次充电过程中的一个较小的调零阀值电压V₀，当湿敏电容充电到V₀时，微控制器片内比较器会产生一次输入捕获中断，读取微控制器片内定时器的计数值Count₀，同时在中断处理函数里面修改微控制器片内比较器的阀值电压V_c，当湿敏电容继续充电到V_c时，微控制器片内比较器会再次产生输入捕获中断，读取微控制器片内定时器的计数值Count_c，电容充电到V_c时定时器的真实计数值Count=Count_c-Count₀；

iii、通过ii中的测量值计算出电容一次充电到V_c所需要的时间t，

t=Count/f_TIMx                                                    （1）

4）根据RC电路原理充电的关系式

C=-t/(R*ln(1-V_c/V))                                            （2）

以及采用电容值与湿度值成线性关系的湿敏电容的关系式

RH=K₀*C+D                                                      （3）

所以由式（1）、式（2）、式（3）可得湿度值表达为

RH =Count*（-K₀）/（(R*ln(1-V_c/V))*f_TIMx）+D                 （4）                                                

在式中，各物理量的意义为：

R为RC电路中的连接的电阻的阻值；

C为RC电路中的连接的湿敏电容的电容值；