CN109470747A - 湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法,其中,所述的湿度计电路包括湿度基准模块、湿度测量模块、湿度计算模块、时序控制模块及选择模块,湿度计算模块以基准信号值为基准,结合所述的基准信号值与测量信号值的比例关系,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值。采用该种结构的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法可规避了电阻变化对测量结果造成的影响,测量数值基本不会受到外界环境温度的影响,也不会受到电路中的电压电流的干扰,测量的准确性高,且电路结构简单,运行方便,成本较低,有很好的适应性。

Description

湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法
技术领域
本发明涉及检测领域,尤其涉及湿度检测领域,具体是指一种湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法。
背景技术
在许多环境下,例如实验室、仓库等环境,都会对环境湿度有较高的要求,或者有对当前的环境的湿度进行测量的要求。而目前市面上的湿度计普遍采用的均为干湿球测湿法和电子式湿度传感器测湿法进行测湿。其中,干湿球测湿法维护比较简单,实际应用中只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可,比较适合应用在高温及恶劣环境,但是这种方法不够灵活,不易集成,不易结合计算机对数据进行处理。而电子式湿度传感器测湿法采用了半导体技术,集成度高,易与计算进行通信,但是对于使用的环境的温度有要求,且内部的电阻会随着外部温度变化而变化,从而反过来影响湿度测量的数据,而且这种测湿电路结构中当电路的电压或者电流发生变化时也会影响到测湿结果。
以现有技术中的一种电子式湿度传感器测湿法进行举例说明,这种电子式湿度传感器测湿法对于湿度的测量通常选择基于电容的相对湿度测量方法,以现有技术中的NE555定时器测湿电路为例进行说明,其电路结构如图1所示,该NE555定时器测湿电路主要由湿敏电容C和几个电阻组成,其中电容C可采用HS1100湿敏电容,通过NE555定时器实现定时功能,再通过CC4060计数器电路来实现对湿敏电容振荡的计数,最后通过查表的方式计算得到环境的湿度值,利用VCC该该电路结构供电,NE555定时器内部会自动定时,定时时间为t,一个定时周期后CC4060计数器电路根据湿敏电容C的振荡周期得到湿敏电容的振荡次数,再根据查表的方式拟合出振荡次数与湿度之间的关系式,再通过软件将振荡次数代入计算得到环境的湿度值,虽然这种方法从理论上看确实可以进行湿度的测量,但却容易受到外部影响,存在如下问题:
1、这种测量方法在实际电路工作中,电路中的电阻会随着外部温度的变化而变化,导致最后的湿度测量结果不准确;
2、电路中的定时器的定时功能受到电压或者电流的影响比较大,当电压或者电流变化时,会导致定时不准确,进而计数的结果不准确,因此得到的湿度值也不准确。
发明内容
本发明的目的是克服至少一个上述现有技术的缺点,提供了一种受外界影响小,能够准确测量湿度的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法。
为了实现上述目的或其他目的,本发明的湿度计电路及相应的湿度测量方法如下:
该湿度计电路,其主要特点是,所述的电路包括:
湿度基准模块,用于输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
湿度测量模块,用于输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
湿度计算模块,用于以所述的基准信号值为基准,结合所述的基准信号值与所述的测量信号值的比例关系,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值;
时序控制模块,用于分别驱动所述的湿度基准模块和所述的湿度测量模块工作,所述的时序控制模块的第一端与所述的湿度基准模块相连接,所述的时序控制模块的第二端与所述的湿度测量模块相连接;
选择模块,用于选择导出基准信号值或测量信号值,所述的选择模块的第一输入端与所述的湿度基准模块相连接,所述的选择模块的第二输入端与所述的湿度测量模块相连接;所述的选择模块的输出端与所述的湿度计算模块相连接,用于向所述的湿度计算模块传送所述的基准信号值与所述的测量信号值。
较佳地,所述的湿度基准模块包括第一可控开关器件和基准电容;所述的基准电容的第一端与所述的第一可控开关器件的源极以及所述的选择模块的第一输入端相连接,且所述的基准电容的第一端接有一湿度基准电容驱动输出,所述的基准电容的第二端接地;所述的第一可控开关器件的控制端与所述的时序控制模块的第一端相连接,所述的第一可控开关器件的源极与电压源相连接;
所述的湿度测量模块包括第二可控开关器件和测量电容;所述的测量电容的第一端与所述的第二可控开关器件的源极以及所述的选择模块的第二输入端相连接,且所述的测量电容的第一端接有一湿度热敏电容驱动输出,所述的测量电容的第二端接地;所述的第二可控开关器件的控制端与所述的时序控制模块的第二端相连接,所述的第二可控开关器件的源极与电压源相连接;
所述的基准电容的第一端与所述的测量电容的第一端相连接。
更佳地,所述的基准电容的第一端通过一电阻与所述的测量电容的第一端相连接。
更佳地,所述的选择模块包括选择电路单元、与门、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一施密特触发器以及第二施密特触发器;
所述的第三可控开关器件的漏极与所述的第一施密特触发器的输入端共同构成所述的选择模块的第一输入端;
所述的第四可控开关器件的漏极与所述的第二施密特触发器的输入端共同构成所述的选择模块的第二输入端;
所述的第三可控开关器件的控制端与所述的选择电路单元的第一输入端相连接,所述的第四可控开关器件的控制端与所述的选择电路单元的第二输入端相连接;
所述的第一施密特触发器的输出端与所述的第二施密特触发器的输出端分别与所述的与门的两个输入端相连接;
所述的与门的输出端构成所述的选择模块的输出端;
所述的第三可控开关器件的源极和第四可控开关器件的源极均接地;
所述的选择电路单元的输出端与所述的第二施密特触发器的输出端相连接。
进一步地,所述的选择电路单元的输出端通过一延时电路模块与所述的第二施密特触发器的输出端相连接。
该基于上述湿度计电路的实现湿度测量的方法,其主要特点是,所述的方法包括:
所述的湿度计算模块以当前环境下湿度基准模块输出的基准信号值为基准,获取一基准参数;,将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数,根据所述的测量参数计算出对应的湿度。
较佳地,所述的湿度计算模块以当前环境下湿度基准模块输出的基准信号值为基准,获取一基准参数;将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数,根据所述的测量参数计算出对应的湿度包括以下步骤:
(1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值发送至所述的湿度计算模块;
(2)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值发送至所述的湿度计算模块;
(3)所述的湿度计算模块以所述的基准信号值为基准,获取一基准参数;
(4)将所述的基准信号值除以所述的测量信号值,获取所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值;
(5)将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数;
(6)所述的湿度计算模块根据所述的测量参数计算出对应的湿度。
更佳地,所述的湿度基准模块包括第一可控开关器件和基准电容,所述的湿度测量模块包括第二可控开关器件和测量电容,所述的步骤(1)包括以下步骤:
(1.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第二可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(1.2)由与所述的基准电容连接的湿度基准电容驱动输出来输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
(1.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值导出至所述的湿度计算模块;
(1.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第二可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(1.5)所述的湿度基准电容驱动输出停止输出所述的基准信号值。
进一步地,所述的步骤(2)包括以下步骤:
(2.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第一可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(2.2)由与所述的测量电容连接的湿度热敏电容驱动输出来输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
(2.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值导出至所述的湿度计算模块;
(2.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第一可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(2.5)所述的湿度热敏电容驱动输出停止输出所述的测量信号值。
更进一步地,所述的选择模块包括选择电路单元、与门、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一施密特触发器以及第二施密特触发器,
所述的步骤(1.3)包括以下步骤:
(1.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件和第四可控开关器件进行控制,选择将所述的湿度基准模块输出的基准信号值输送至所述的第一施密特触发器;
(1.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的湿度基准模块输出的基准信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(1.3.3)由所述的与门将经过整形的基准信号值导出至所述的湿度计算模块;
所述的步骤(2.3)包括以下步骤:
(2.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件和第四可控开关器件进行控制,选择将所述的湿度测量模块输出的测量信号值输送至所述的第二施密特触发器;
(2.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的测量信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(2.3.3)由所述的与门将经过整形的测量信号值导出至所述的湿度计算模块。
更进一步地,当所述的基准信号值和所述的测量信号值均为振荡频率时,所述的基准参数为预设的时长t1内所述的基准信号值对应的振荡次数的数值,将该数值定义为基准振荡数值;所述的测量参数为与当前湿度匹配的振荡数值。
采用本发明的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法,利用湿度基准模块和湿度测量模块测量值的比值,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值,规避了电阻变化对测量结果造成的影响,测量数值基本不会受到外界环境温度的影响,同时,也不会受到电路中的电压电流的干扰,测量的准确性高,且电路结构简单,运行方便,成本较低,有很好的适应性。
附图说明
图1为现有技术中的电子式湿度传感器的定时器测湿电路的电路图。
图2本发明的一实施例中的湿度计电路中的主体电路连接示意图。
图3为本发明的实现湿度测量的方法的工作原理图。
图4为本发明的实现湿度测量的方法的流程简图。
图5为本发明的实现湿度测量的方法的工作过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
该湿度计电路,包括:
湿度基准模块,用于输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
湿度测量模块,用于输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
湿度计算模块,用于以所述的基准信号值为基准,结合所述的基准信号值与所述的测量信号值的比例关系,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值;
时序控制模块,用于分别驱动所述的湿度基准模块和所述的湿度测量模块工作,所述的时序控制模块的第一端与所述的湿度基准模块相连接,所述的时序控制模块的第二端与所述的湿度测量模块相连接;
选择模块,用于选择导出基准信号值或测量信号值,所述的选择模块的第一输入端与所述的湿度基准模块相连接,所述的选择模块的第二输入端与所述的湿度测量模块相连接;所述的选择模块的输出端与所述的湿度计算模块相连接,用于向所述的湿度计算模块传送所述的基准信号值与所述的测量信号值。
在上述实施例中,所述的湿度基准模块包括第一可控开关器件P1和基准电容CRF;所述的基准电容CRF的第一端与所述的第一可控开关器件P1的源极以及所述的选择模块的第一输入端相连接,且所述的基准电容CRF的第一端接有一湿度基准电容驱动输出RF,所述的基准电容CRF的第二端接地;所述的第一可控开关器件P1的控制端与所述的时序控制模块的第一端相连接,由所述的第一可控开关器件P1的控制端作为湿度传感器控制位RS_CT,所述的第一可控开关器件P1的源极与电压源相连接;
所述的湿度测量模块包括第二可控开关器件P2和测量电容CRS;所述的测量电容CRS的第一端与所述的第二可控开关器件P2的源极以及所述的选择模块的第二输入端相连接,且所述的测量电容CRS的第一端接有一湿度热敏电容驱动输出RS,所述的测量电容CRS的第二端接地;所述的第二可控开关器件P2的控制端与所述的时序控制模块的第二端相连接,由所述的第二可控开关器件P2的控制端作为湿度计基准控制位RF_CT,所述的第二可控开关器件P2的源极与电压源相连接;
在该实施例中,所述的第一可控开关器件P1和第二可控开关器件P2均为PMOS管。
所述的基准电容CRF的第一端与所述的测量电容CRS的第一端相连接;
在该实施例中,第一可控开关器件P1和第二可控开关器件P2均采用PMOS管制成。
在上述实施例中,所述的基准电容CRF的第一端通过一电阻R与所述的测量电容CRS的第一端相连接,该电阻R在电路中起到限流的作用,该电阻R本身有压降,通过该电阻对基准电容CRF或测量电容CRS进行充放电时,在充放电的过程会呈现出对应的锯齿波的变化趋势。
在上述实施例中,所述的选择模块包括选择电路单元、与门、第三可控开关器件N1、第四可控开关器件N2、第一施密特触发器SMIT1以及第二施密特触发器SMIT2,在该实施例中,所述的第三可控开关器件N1和第四可控开关器件N2均为NMOS管;
所述的第三可控开关器件N1的漏极与所述的第一施密特触发器SMIT1的输入端共同构成所述的选择模块的第一输入端;
所述的第四可控开关器件N2的漏极与所述的第二施密特触发器SMIT2的输入端共同构成所述的选择模块的第二输入端;
所述的第三可控开关器件N1的控制端与所述的选择电路单元的第一输入端相连接,所述的第四可控开关器件N2的控制端与所述的选择电路单元的第二输入端相连接;
所述的第一施密特触发器SMIT1的输出端与所述的第二施密特触发器SMIT2的输出端分别与所述的与门的两个输入端相连接;
所述的与门的输出端构成所述的选择模块的输出端;
所述的第三可控开关器件N1的源极和第四可控开关器件N2的源极均接地;
所述的选择电路单元的输出端与所述的第二施密特触发器SMIT2的输出端相连接。
在上述实施例中,所述的选择电路单元的输出端通过一延时电路模块与所述的第二施密特触发器SMIT2的输出端相连接,该延时电路模块起到保证第三可控开关器件N1和第四可控开关器件N2由充足的时间放电到地的作用。
其中,第一施密特触发器SMIT1以及第二施密特触发器SMIT2用于将接收到的锯齿波整形为相应的方波信号。
上述实施例中的湿度计电路可参阅图2所示,图2本发明的一实施例中的湿度计电路中的主体电路连接示意图,图2中绘制了该湿度计电路中的主体电路部分,但并未绘制时序控制模块的结构以及湿度计算模块的结构,所述的时序控制模块可由现有技术中的可编程传感器检测电路来构成,电路运行时,将时序控制模块接于电路中实现时序控制,而湿度计算模块可由上位机构成,上位机中可内置测量信号值与湿度的对应关系表,或者相应的计算公式,可根据测量值计算出相应的湿度。
一种基于上述实施例中的湿度计电路实现湿度测量的方法为:所述的湿度计算模块以当前环境下湿度基准模块输出的基准信号值为基准,获取一基准参数;将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数,根据所述的测量参数计算出对应的湿度,具体包括以下操作步骤:
(1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值发送至所述的湿度计算模块,具体包括以下步骤:
(1.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第二可控开关器件P2的控制端发送高电平信号;
(1.2)由与所述的基准电容CRF连接的湿度基准电容驱动输出RF来输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
(1.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值导出至所述的湿度计算模块,具体包括以下步骤:
(1.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件N1和第四可控开关器件N2进行控制,选择将所述的湿度基准模块输出的基准信号值输送至所述的第一施密特触发器;
(1.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的湿度基准模块输出的基准信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(1.3.3)由所述的与门将经过整形的基准信号值导出至所述的湿度计算模块;
(1.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第二可控开关器件P2的控制端发送高电平信号;
(1.5)所述的湿度基准电容驱动输出RF停止输出所述的基准信号值;
(2)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值发送至所述的湿度计算模块,具体包括以下步骤:
(2.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第一可控开关器件P1的控制端发送高电平信号;
(2.2)由与所述的测量电容CRS连接的湿度热敏电容驱动输出RS来输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
(2.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值导出至所述的湿度计算模块,具体包括以下步骤:
(2.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件N1和第四可控开关器件N2进行控制,选择将所述的湿度测量模块输出的测量信号值输送至所述的第二施密特触发器;
(2.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的测量信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(2.3.3)由所述的与门将经过整形的测量信号值导出至所述的湿度计算模块;
(2.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第一可控开关器件P1的控制端发送高电平信号;
(2.5)所述的湿度热敏电容驱动输出RS停止输出所述的测量信号值;
(3)所述的湿度计算模块以所述的基准信号值为基准,获取一基准参数;
(4)将所述的基准信号值除以所述的测量信号值,获取所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值;
(5)将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数;
(6)所述的湿度计算模块根据所述的测量参数计算出对应的湿度,如果所述的基准信号值和所述的测量信号值均为振荡频率时,所述的基准参数为预设的时长t1内所述的基准信号值对应的振荡次数的数值,将该数值定义为基准振荡数值;所述的测量参数为与当前湿度匹配的振荡数值。
除了可以采用振荡频率作为所述的基准信号值和所述的测量信号值的测量值外,也可采用现有技术中一些其他的物理量作为测量值,如,也可以直接采用振荡次数作为所述的基准信号值和所述的测量信号值的测量值,但相应的当所选用的基准信号值和所述的测量信号值的测量值改变后,相应的基准参数所对应的测量值也需要做适应性的调整。
下面,进一步分析一下图2中的湿度计电路的工作原理及工作时的电路状态:
图中的RF是湿度基准电容驱动输出,RF_CT是湿度计基准控制位(即湿度基准模块的控制位),CRF是基准电容,SC1_IN是湿度基准模块输出的基准振荡波形输出(即基准信号值),RF_CTN代表湿度基准模块选择位;
图中RS是湿度热敏电容驱动输出,RS_CT湿度传感器控制位(即湿度测量模块的控制位),CRS是测量电容(也可将该电容称为传感器电容sensor),RS_CTN代表湿度测量模块振荡选择位;SC2_IN是湿度传感器振荡波形输出(即测量信号值),与门的输出信号SC3_IN是湿度基准模块输出的基准振荡波形输出SC1_IN和湿度传感器振荡波形输出SC2_IN两个信号做逻辑与处理之后的信号,R为电路中的工作电阻。
该电路的工作原理:当湿度计基准控制位RF_CT=1(即所述的时序控制模块持续向所述的第二可控开关器件的控制端发送高电平信号),湿度测量模块振荡选择位RF_CTN=SC_CT,其中SC_CT为放电脉冲信号,此时,该放电脉冲信号的作用是可以让湿度基准电容驱动输出经过第一施密特触发器整形电路整形之后产生可以下拉到地的信号,即使得最后第一施密特触发器输出的是一组方波信号,湿度传感器控制位RS_CT=0,湿度测量模块振荡选择位RS_CTN=0,此时通过电阻R对基准电容CRF进行充放电,此时,由湿度基准电容驱动输出RF充当湿度计电路振荡输入端SC,振荡信号RF经过第一施密特触发器SMIT1整形产生信号SC1_IN,此时第二施密特触发器输出信号SC2_IN=1,将第一施密特触发器输出信号SC1_IN与第二施密特触发器输出信号SC2_IN进行逻辑与处理得到与门的输出信号SC3_IN,实际上此时的与门的输出信号SC3_IN就是第一施密特触发器输出信号SC1_IN的值;
同样,当湿度传感器控制位RS_CT=1(即所述的时序控制模块持续向所述的第一可控开关器件的控制端发送高电平信号),湿度测量模块振荡选择位RS_CTN=SC_CT,其中SC_CT为放电脉冲信号,此时,该放电脉冲信号的作用是可以让湿度热敏电容驱动输出经过第二施密特触发器整形电路整形之后产生可以下拉到地的信号,即使得最后第二施密特触发器输出的是一组方波信号,湿度计基准控制位RF_CT=0,湿度测量模块振荡选择位RF_CTN=0,此时通过电阻R对测量电容CRS进行充放电,此时,由湿度热敏电容驱动输出RS充当湿度计电路振荡输入端SC,振荡信号RS经过第二施密特触发器输出信号SMIT2整形产生SC2_IN,此时的第一施密特触发器输出信号SC1_IN=1,第一施密特触发器输出信号SC1_IN与第二施密特触发器输出信号SC2_IN进行逻辑与处理得到与门的输出信号SC3_IN,实际上此时的与门的输出信号SC3_IN就是第二施密特触发器输出信号SC2_IN的值。
为了更好的对本发明进行说明,下面以所述的基准信号值和所述的测量信号值均为振荡频率的情况为例,结合图2中的实施例,利用图3对上述实施例中的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法的原理进行说明及论证:
如图2所示,上述实施例中的湿度计电路包括了湿度基准电容驱动输出RF和湿度热敏电容驱动输出RS,这两个输出分别与基准电容CRF以及测量电容CRS相连接,也就是说这两个输出分别受到基准电容CRF以及测量电容CRS的影响,此时,假设基准电容在t1时段内的振荡频率为X2,那么,t1时段内所得到的计数值就与振荡频率相同,也为X2次(X2的具体取值由所选的电容的实际振荡次数所决定),如图3所示,图3为本发明的实现湿度测量的方法的工作原理图:
图中,先由湿度基准电容驱动输出RF输出基准信号值,然后间隔一端时间后,再由湿度热敏电容驱动输出RS输出测量信号值,在这个过程中分别通过计数器对基准信号值以及测量信号值进行计数。由于,湿度基准电容驱动输出RF打开的时间与湿度热敏电容驱动输出RS打开的时间相等,可知:
TRF×XRF=tRS×XRS (式1);
其中,TRF为湿度基准电容驱动输出RF输出的振荡周期,XRF为湿度基准电容驱动输出RF振荡时,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数,假设此时的振荡次数为X2,tRS为湿度热敏电容驱动输出RS振荡的周期,XRS为湿度热敏电容驱动输出RS振荡时,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数。在该电路中湿度计基准控制位RF_CT打开时,由湿度基准电容驱动输出RF就作为湿度计基准振荡输入端SC;在该电路中湿度传感器控制位RS_CT打开时,湿度热敏电容驱动输出RS就作为湿度传感器振荡输入端SC。
常规的湿度计电路振荡输入端SC的充电公式如下:
其中,VIN=VDD=1.5V;VOUT=翻转点的电压,就是湿度计电路振荡输入端SC充电波形中的峰值点;
由上述式2中的湿度计电路振荡输入端SC的充电公式,可以解出基准电容/湿度传感器的振荡周期t:
上述式3为基准电容/湿度传感器的振荡周期与电容电阻的一般性公式。
将式3代入式1,由于电路放电的时间很短,因此电路中可以忽略放电时对电路产生的影响,把t代入之后可得:
简化式4可得:
CRF×XRF=CRS×XRS (式5)
将式5作为湿度计计算公式,从式5中可以看出:湿度热敏电容驱动输出RS振荡时,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数XRS只与湿度基准电容驱动输出RF振荡时,湿度计电路振荡输入端SC测到的振荡的次数XRF、基准电容CRF和测量电容CRS有关系。这样就排除了电阻R的随外部温度变化而变化对电路产生的影响,保证了湿度热敏电容驱动输出RS振荡时,湿度计电路振荡输入端SC振荡的次数XRS测量的准确性。
由图3可看出,湿度基准电容驱动输出RF打开工作一段时间再关闭之后,隔了很短的时间就立刻打开湿度热敏电容驱动输出RS,这样使得2次测量计数是在90ms到110ms内的进行的,外部环境变化非常小,可忽略不计,这样湿度基准电容驱动输出RF打开的时间给到湿度热敏电容驱动输出RS的时间也是比较准确的,保证了湿度热敏电容驱动输出RS振荡时,湿度计电路振荡输入端SC振荡的次数XRS测量的准确性。
其大致的工作过程可参阅图4所示,图4为本发明的实现湿度测量的方法的流程简图,图4中展示了当所述的基准信号值和所述的测量信号值均为振荡频率时的工作流程及原理:
当电路开始工作后,湿度基准电容驱动输出RF先打开t1时间,这时计数器可得到测量到的具体计数X2(不同环境下测量到的计数X2的值是不同的),接着将湿度基准电容驱动输出RF关掉t0时间段(t0时间段一般而言是非常短的),然后将湿度热敏电容驱动输出RS打开同样的t1时间段;通过基准电容和测量电容的比值去乘以湿度基准电容驱动输出RF打开时间段内得到的计数X2,就可以得到与当前测量到的环境湿度对应的振荡次数的数值;由湿度计算模块根据该振荡次数的数值计算出当前湿度值。
上述实施例中的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法就是基于上述原理实现的。
图5为本发明的实现湿度测量的方法的工作过程示意图,从图5中可看出上述实施例中的电路的工作过程,当湿度基准电容驱动输出RF打开t1时间过程中,由第一施密特触发器SMIT1输出的信号SC1_IN输出产生方波信号,而该过程中的第二施密特触发器SMIT2输出的信号SC2_IN为1,最后与门输出的信号SC3_IN为由第一施密特触发器SMIT1输出的信号SC1_IN输出产生方波信号,可通过与与门连接的计数器计出SC3_IN的振荡次数X2(这个计数可由湿度计算模块完成);
关掉湿度基准电容驱动输出RF并在t0时间后打开湿度热敏电容驱动输出RS保持t1的时间,该期间第一施密特触发器SMIT1输出的信号SC1_IN为1,第二施密特触发器SMIT2输出的信号SC2_IN为方波信号,最后与门输出的信号SC3_IN为第二施密特触发器SMIT2输出的信号SC2_IN为方波信号。
根据湿度计基准控制位RF_CT=1时,得到与门输出的信号SC3_IN的振荡频率为湿度基准电容驱动输出RF振荡时,湿度计电路振荡输入端SC测到的振荡的次数,根据前面的假设,可知此时的振荡次数为X2;在已知湿度基准电容驱动输出RF振荡时,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数XRF=X2的情况下,可知湿度热敏电容驱动输出RS振荡时,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数其中,湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数XRF指的就是基准振荡数值,由测得的基准信号值所对应的振荡次数的数值可知基准电容CRF的电容值,由测得的测量信号值所对应的振荡次数的数值可知测量电容CRS的电容值,求得的湿度计电路振荡输入端SC输出的振荡的次数XRS即为与当前湿度匹配的振荡数值;以此为依据,最终由湿度计算模块通过以下方式计算判断当前测量到的湿度:
湿度计算模块根据测量到的基准信号值、测量信号值以及二者之间的比例关系拟合出一个多维回归公式,得知湿度值与测量值(该拟合公式适用于测量值为振荡频率的情况下使用)之间的关系,多维回归公式如下式6和式7所示:
式6中,H为湿度值,K为常系数,C为常系数,fH湿度电容频率值(湿度电容是指基准电容);
式7中,fT温度电容频率值(温度电容是指测量电容),i=0,1,2,3…K,,可将湿度计电路输出的振荡频率代入到式6、7中计算出当前的湿度值。
上述实施例中的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法和现有技术相比,具有如下优势:
(1)在一定程度上规避了因外界温度变化造成内部电阻变化导致湿度测量不准确的问题,保证最后湿度测试准确性。
(2)这种基准电容式双路测湿电路可以在很短时间内切换基准电容与湿敏电容之间的工作,可忽略这期间环境变化造成的影响,保证基准电容打开的时间等于湿敏电容打开的时间,保证了湿度测量的准确性。
采用本发明的湿度计电路及相应的实现湿度测量的方法,利用湿度基准模块和湿度测量模块测量值的比值,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值,规避了电阻变化对测量结果造成的影响,测量数值基本不会受到外界环境温度的影响,同时,也不会受到电路中的电压电流的干扰,测量的准确性高,且电路结构简单,运行方便,成本较低,有很好的适应性。
在此说明书中,本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是,很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此,说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (11)

1.一种湿度计电路,其特征在于,所述的电路包括:
湿度基准模块,用于输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
湿度测量模块,用于输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
湿度计算模块,用于以所述的基准信号值为基准,结合所述的基准信号值与所述的测量信号值的比例关系,计算出与所述的测量信号值对应的湿度值;
时序控制模块,用于分别驱动所述的湿度基准模块和所述的湿度测量模块工作,所述的时序控制模块的第一端与所述的湿度基准模块相连接,所述的时序控制模块的第二端与所述的湿度测量模块相连接;
选择模块,用于选择导出基准信号值或测量信号值,所述的选择模块的第一输入端与所述的湿度基准模块相连接,所述的选择模块的第二输入端与所述的湿度测量模块相连接;所述的选择模块的输出端与所述的湿度计算模块相连接,用于向所述的湿度计算模块传送所述的基准信号值与所述的测量信号值。
2.根据权利要求1所述的湿度计电路,其特征在于,
所述的湿度基准模块包括第一可控开关器件和基准电容;所述的基准电容的第一端与所述的第一可控开关器件的源极以及所述的选择模块的第一输入端相连接,且所述的基准电容的第一端接有一湿度基准电容驱动输出,所述的基准电容的第二端接地;所述的第一可控开关器件的控制端与所述的时序控制模块的第一端相连接,所述的第一可控开关器件的源极与电压源相连接;
所述的湿度测量模块包括第二可控开关器件和测量电容;所述的测量电容的第一端与所述的第二可控开关器件的源极以及所述的选择模块的第二输入端相连接,且所述的测量电容的第一端接有一湿度热敏电容驱动输出,所述的测量电容的第二端接地;所述的第二可控开关器件的控制端与所述的时序控制模块的第二端相连接,所述的第二可控开关器件的源极与电压源相连接;
所述的基准电容的第一端与所述的测量电容的第一端相连接。
3.根据权利要求2所述的湿度计电路,其特征在于,所述的基准电容的第一端通过一电阻与所述的测量电容的第一端相连接。
4.根据权利要求2所述的湿度计电路,其特征在于,所述的选择模块包括选择电路单元、与门、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一施密特触发器以及第二施密特触发器;
所述的第三可控开关器件的漏极与所述的第一施密特触发器的输入端共同构成所述的选择模块的第一输入端;
所述的第四可控开关器件的漏极与所述的第二施密特触发器的输入端共同构成所述的选择模块的第二输入端;
所述的第三可控开关器件的控制端与所述的选择电路单元的第一输入端相连接,所述的第四可控开关器件的控制端与所述的选择电路单元的第二输入端相连接;
所述的第一施密特触发器的输出端与所述的第二施密特触发器的输出端分别与所述的与门的两个输入端相连接;
所述的与门的输出端构成所述的选择模块的输出端;
所述的第三可控开关器件的源极和第四可控开关器件的源极均接地;
所述的选择电路单元的输出端与所述的第二施密特触发器的输出端相连接。
5.根据权利要求4所述的湿度计电路,其特征在于,所述的选择电路单元的输出端通过一延时电路模块与所述的第二施密特触发器的输出端相连接。
6.一种基于权利要求1~5中任一项所述的湿度计电路的实现湿度测量的方法,其特征在于,所述的方法包括:
所述的湿度计算模块以当前环境下湿度基准模块输出的基准信号值为基准,获取一基准参数;将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数,根据所述的测量参数计算出对应的湿度。
7.根据权利要求6所述的湿度测量的方法,其特征在于,所述的湿度计算模块以当前环境下湿度基准模块输出的基准信号值为基准,获取一基准参数;将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数,根据所述的测量参数计算出对应的湿度包括以下步骤:
(1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值发送至所述的湿度计算模块;
(2)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作预设的时长t1,所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值发送至所述的湿度计算模块;
(3)所述的湿度计算模块以所述的基准信号值为基准,获取一基准参数;
(4)将所述的基准信号值除以所述的测量信号值,获取所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值;
(5)将所述的基准参数乘以所述的基准信号值与所述的测量信号值的比值,得到一与当前环境下的湿度匹配的测量参数;
(6)所述的湿度计算模块根据所述的测量参数计算出对应的湿度。
8.根据权利要求7所述的湿度测量的方法,其特征在于,所述的湿度基准模块包括第一可控开关器件和基准电容,所述的湿度测量模块包括第二可控开关器件和测量电容,所述的步骤(1)包括以下步骤:
(1.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第二可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(1.2)由与所述的基准电容连接的湿度基准电容驱动输出来输出当前环境下的与基准湿度匹配的基准信号值;
(1.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度基准模块输出的基准信号值导出至所述的湿度计算模块;
(1.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度基准模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第二可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(1.5)所述的湿度基准电容驱动输出停止输出所述的基准信号值。
9.根据权利要求8所述的湿度测量的方法,其特征在于,所述的步骤(2)包括以下步骤:
(2.1)所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块工作,且所述的时序控制模块持续向所述的第一可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(2.2)由与所述的测量电容连接的湿度热敏电容驱动输出来输出当前环境下的与测量到的湿度匹配的测量信号值;
(2.3)所述的选择模块将t1时长内所述的湿度测量模块输出的测量信号值导出至所述的湿度计算模块;
(2.4)预设的时长t1后,所述的时序控制模块驱动所述的湿度测量模块停止工作,所述的时序控制模块停止向所述的第一可控开关器件的控制端发送高电平信号;
(2.5)所述的湿度热敏电容驱动输出停止输出所述的测量信号值。
10.根据权利要求9所述的湿度测量的方法,其特征在于,所述的选择模块包括选择电路单元、与门、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一施密特触发器以及第二施密特触发器,
所述的步骤(1.3)包括以下步骤:
(1.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件和第四可控开关器件进行控制,选择将所述的湿度基准模块输出的基准信号值输送至所述的第一施密特触发器;
(1.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的湿度基准模块输出的基准信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(1.3.3)由所述的与门将经过整形的基准信号值导出至所述的湿度计算模块;
所述的步骤(2.3)包括以下步骤:
(2.3.1)所述的选择电路单元通过对所述的第三可控开关器件和第四可控开关器件进行控制,选择将所述的湿度测量模块输出的测量信号值输送至所述的第二施密特触发器;
(2.3.2)所述的第一施密特触发器将接收到的所述的测量信号值进行整形处理,然后发送至所述的与门;
(2.3.3)由所述的与门将经过整形的测量信号值导出至所述的湿度计算模块。
11.根据权利要求9所述的湿度测量的方法,其特征在于,当所述的基准信号值和所述的测量信号值均为振荡频率时,所述的基准参数为预设的时长t1内所述的基准信号值对应的振荡次数的数值,将该数值定义为基准振荡数值;所述的测量参数为与当前湿度匹配的振荡数值。
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