基于HS1101 的濕度傳感器及其變送器的設(shè)計(jì)

3.1 振蕩電路

振蕩電路的作用是將電容的變化量轉(zhuǎn)化為頻率可變的方波。由圖3 可知，這是一個(gè)非對稱多諧振蕩器。或非門G1 工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，把它的輸出電壓直接連接到或非門G2 的輸入端。G2即可得到一個(gè)介于高低電平之間的靜態(tài)偏置電壓，從而使G2 的靜態(tài)工作點(diǎn)也處于電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)上。反饋環(huán)路中電容使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩。

由于電容充放電的時(shí)間T為2.2RC，所以輸出的方波頻率：

可見輸出頻率和電容值成反比。通過這個(gè)電路使濕度信號變?yōu)殡娙葜?，最后變?yōu)轭l率信號輸出。

3.2 消除零點(diǎn)電容

需要指出的是，圖3 所示的濕度傳感器零點(diǎn)電容比較大，靈敏度不夠高，濕度從0%～100%RH，電容的變化量不超過30～50PF。為此，最好將零點(diǎn)電容消除掉，在實(shí)際設(shè)計(jì)中我們用兩片CMOS4001 集成電路對圖3 進(jìn)行改造，具體見圖4。

A、B、C、D 四個(gè)點(diǎn)的波形如圖5 所示。由圖4 中U1 的4 個(gè)或非門組合邏輯可知：

只要調(diào)整C 的脈沖寬度，就可以得到D 的脈沖寬度，從而可以消除零點(diǎn)電容，經(jīng)過調(diào)制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內(nèi)的門電路U2A、U2B、U2C、U2D 并聯(lián)使用，可以擴(kuò)大CMOS 門電路輸出低電平時(shí)吸收負(fù)載電流的能力。

3.3 線性輸出信號調(diào)理

電路濕度的脈沖信號再經(jīng)過后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號比較微弱，再經(jīng)過一個(gè)同向比例放大器把信號放大，最終把信號調(diào)理為0～3V的輸出。