[发明专利]一种低功耗空气湿度测量方法

摘要

本发明公开了一种低功耗空气湿度测量方法，该方法由固定电阻与湿敏电容构成RC电路与微控制器片内的比较器以及定时器模块组成测量电路，在标准湿度环境中，分别测量在两种湿度状态下，湿敏电容充电到某个电压，微控制器片内比较器输出端产生定时器输入捕获中断时，定时器的计数值；再将湿度值与对应的计数值保存在设备的存储器中，有效的确立湿度与计数值的线性关系，从而在实际的使用中，根据所测的计数值准确的计算出测量的实际湿度值。本发明测量方法简单，成本低，功耗低，测量精度高且可根据应用需要调整精度值，能够自校正，方便温湿度仪表的工业化批量生成。

主权项

一种低功耗空气湿度测量方法，其特征在于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Vc，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fTIMx，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Vc，当湿敏电容继续充电到Vc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Countc，电容充电到Vc时定时器的真实计数值Count=Countc‑Count0；iii、通过ii中的测量值计算出电容一次充电到Vc所需要的时间t，t=Count/fTIMx                                                    （1）4）根据RC电路原理充电的关系式C=‑t/(R*ln(1‑Vc/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‑Vc/V))*fTIMx）+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；Vc为湿敏电容两端的电压值；V为RC电路两端的电压值，微控制器的输出电压值；t为对湿敏电容充电到Vc时需要的时间；fTIMx为定时器的时钟频率；Count0为湿敏电容两端电压在调零电压值V0时，定时器的计数值；Countc为湿敏电容两端电压达到比较器设置的比较电压时，定时器的计数值；Count为定时器真实计数值，Count=Countc‑Count0；RH为空气湿度值；K0为电容与湿度线性关系的斜率；D为电容与湿度线性关系的截距；5) 湿度测量值的自校正与计算根据步骤4）中得出的关系式，可知空气湿度值RH与微控制器片内定时器真实计数值Count成线性关系， 利用微控制器设置在标准湿度环境下分别测量湿敏电容在两种湿度RH1、RH2条件下对应的计数值Count1，Count2，并对其结果保存在微控制器内部，用RH1、Count1与RH2、Count2确定湿度值RH与计数值Count的线性方程式，再根据应用过程中实际测量的计数值Count，利用式(4)计算得到实际测量的湿度值RH。