디지털 습도 센서로 환경 추적하기

미량 가스 측정을 수집하거나, 이상적인 환경을 만들거나, 민감한 화학 반응을 위한 환경을 조성하거나, 가혹한 환경에서 시스템의 피드백 루프를 구성하는 경우, 습도 센서는 시스템에서 중요한 역할을 할 것입니다. 디지털 및 아날로그 습도 센서가 모두 사용 가능하지만, 디지털 습도 센서는 디지털 전자 시스템과의 통신을 단순화합니다.

요즘 대부분의 습도 센서는 압력 센서, 온도 센서 또는 둘 다와 결합되어 있습니다. 일부 습도 센서는 대기 측정을 위해 가스 센서와 결합되기도 하는데, 이는 수증기의 존재가 특정 대기 화학 반응에서 촉매 역할을 하기 때문입니다. 이는 시스템 설계자들에게 가스 모니터링이 실제로 우려되는 다양한 환경에 시스템을 적응시킬 수 있는 상당한 유연성을 제공합니다.

디지털 습도 및 결합 센서는 다양한 어플리케이션을 위한 다양한 형태로 제공됩니다. 만약 당신이 제한된 환경 시스템을 구축하고 있다면, 환경 챔버 외부의 PCB나 DAQ 모듈에 연결되는 온도 프로브를 사용할 수 있습니다. 또는, 이러한 센서들은 사용자 정의 PCB나 평가 보드에 직접 배치할 수 있는 IC로 제공됩니다.

응답 및 신호 출력

IC에 패키지된 디지털 습도 센서는 일반적으로 상대 습도 내에서 3%의 정확도를 가지고 있으며, 이 정확도 범위는 매우 높거나 낮은 온도에서 1-2% 증가할 수 있습니다. 만약 극도로 정확한, 분석 등급의 측정이 필요하다면, 프로브 타입의 습도 센서 사용이 권장됩니다. 이러한 센서는 안정적인 습도 읽기를 제공하기 위해 내부적으로 많은 수의 측정을 수행하기 때문에 응답 시간이 더 길 수 있습니다.

가장 간단한 습도 센서는 ADC와 함께 읽을 수 있는 아날로그 신호를 출력하거나, 내부 ADC에서 출력되는 디지털 신호를 출력할 것입니다. 만약 마이크로컨트롤러와 인터페이스해야 한다면, 많은 습도 센서 IC는 I2C나 SPI를 통해 데이터를 전송할 것입니다. SPI 사용 옵션은 이러한 장치를 센서 네트워크에 쉽게 통합하면서 주소 충돌을 방지할 수 있게 합니다.

습도, 가스, 위치 및 CO2 센서 세트

습도 센서 선택 시 고려할 파라미터

환경 센서는 다른 전자 시스템이 결코 감히 가지 않을 곳에 갈 수도 있습니다. 따라서, 운영 온도와 압력과 같은 문제를 고려해야 합니다. PCB에 배치된 IC로 패키지된 습도 및 결합 습도/온도 센서는 특히 이 센서가 매우 습한 환경에서 사용될 경우, 보드의 민감한 부분에 응결을 방지하는 포장재에 배치되어야 합니다.

또 다른 문제는 테스트 환경에서 부식성 가스의 존재입니다. 일부 환경에는 부식성 가스가 존재하며, 물은 금속 부품의 부식에 대한 촉매 역할을 할 수 있습니다. 이 경우, PCB에 IC를 배치하는 대신 프로브 타입의 습도 센서를 사용하는 것이 좋을 수 있습니다. 이는 프로브를 컨트롤러 보드나 DAQ 모듈로부터 쉽게 격리할 수 있기 때문입니다.

여러 전자 부품이나 센서로 작동하는 시스템을 구축하는 경우, 별도의 마이크로컨트롤러가 데이터 처리를 요구하지 않아 LabVIEW와 통합하기 쉬운 올바른 프로브 타입 디지털 습도 센서가 더 적합합니다. 이러한 센서의 출력은 일반적으로 특정 습도 범위에 대해 선형 응답을 가진 ADC에서 나오는 DC 전압이므로, 출력 신호와 실제 습도 값 사이의 변환을 쉽게 할 수 있습니다.

Sensiron, SHTC1

SHTC1은 표면 장착 IC로 포장된 결합된 습도/온도 센서로, 컴팩트한 발자국을 가집니다. 매우 정확한 습도 측정에는 적합하지 않지만, 가격이 충분히 저렴하여 대량 소비자 응용 프로그램에 등장할 수 있습니다. 이 센서는 최대 400 kHz SCL 클록 주파수로 빠른 I2C 디지털 통신을 지원합니다. 전원 공급 및 접지 핀을 100 nF 커패시터로 분리하는 것이 중요합니다. Sensiron은 또한 이 구성 요소에 대한 평가 보드를 판매합니다.

SHTC1은...크기, 전력 소비 및 가격 대비 성능의 전통적인 한계를 극복하도록 엄격하게 설계되었으며, 현재 및 미래 요구 사항을 충족시키기 위해 제작되었습니다. Sensirion의 CMOSens^® 기술은 단일 칩에 완전한 센서 시스템을 제공하며, 이는 커패시티브 습도 센서, 밴드갭 온도 센서, 아날로그 및 디지털 신호 처리, A/D 변환기, 교정 데이터 메모리 및 I2C 고속 모드를 지원하는 디지털 통신 인터페이스로 구성됩니다.

Sensiron SHTC1 데이터시트의 6페이지에서 가져온 전형적인 응용 회로

Texas Instruments, HDC1080

HDC1080은 6핀 IC 패키지에서 낮은 전력 소비로 매우 정확한 습도 및 온도 측정을 제공합니다. 시스템의 전력 소비가 우려된다면, 이 센서는 활성 상태에서 약 100 uA를 소비하고 수면 모드에서는 100에서 200 nA를 소비합니다. I2C를 통한 8, 11, 14비트 직렬 통신으로, 이 센서는 고해상도 측정을 제공합니다. 그러나, 이 센서가 대규모 네트워크에 통합될 경우 주소 충돌의 위험이 있습니다.

HDC1080의 주요 특징 중 하나는 배터리 또는 전력 수확 응용 프로그램에서 적합한 낮은 전력 소비입니다. 이러한 응용 프로그램에서 HDC1080은 대부분의 시간을 수면 모드에서 보내며: 수면 모드에서의 전형적인 100nA의 전류 소비로, 평균 전류 소비는 최소화됩니다. 측정 모드에서의 낮은 소비는 자체 발열을 최소화합니다.

HDC1080 데이터시트의 9페이지에서 찾을 수 있습니다

Adafruit Industries, BME680

매우 다재다능한 조합 센서 중 하나는 Adafruit BME680로, 단일 보드에서 습도, 온도, VOC 가스 및 기압 감지를 결합합니다. 이 보드는 내장된 I2C 및 SPI 통신 옵션, 작은 폼 팩터를 가지고 있으며, 아두이노를 포함한 모든 마이크로컨트롤러에 연결할 수 있습니다. 시스템에 많은 센서가 있는 경우 주소 충돌을 피하기 위해 최대 3.4 MHz의 I2C 통신 또는 최대 10 MHz의 SPI(3선식 또는 4선식)를 사용할 수 있습니다.

Adafruit는 이 보드를 Python이나 CircuitPython BME680 모듈로 쉽게 제어할 수 있게 만들었습니다. 이 모듈을 사용하면 센서에서 습도, 온도, VOC 농도 및 압력을 쉽게 읽는 Python 코드를 작성할 수 있습니다. 심지어 해수면에서의 압력과 비교하여 측정된 압력을 사용해 고도를 계산할 수도 있습니다. 이 센서는 CircuitPython 마이크로컨트롤러 보드와 함께 사용할 수 있습니다.

BME680은 작은 MOX 센서를 포함하고 있습니다. 가열된 금속 산화물은 공기 중의 휘발성 유기 화합물(VOC)에 따라 저항이 변하므로 에탄올, 알코올 및 일산화탄소와 같은 가스 및 알코올을 감지하고 공기 질 측정을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 주의할 점은 전체 VOC 함량에 대한 하나의 저항 값을 제공하며, 가스나 알코올을 구별할 수는 없다는 것입니다.

2652 데이터시트의 16페이지에서 발견됨

디지털 습도 센서를 다른 기능과 결합하면 최소한의 발자국으로 정확한 온도 및 가스 측정을 제공할 수 있습니다. 작은 디지털 센서를 브레이크아웃 보드에 통합하고자 하거나 단일 패키지로 많은 측정을 제공하는 환경 프로브를 사용하고자 하는 경우, Octopart에서 다양한 옵션을 찾을 수 있습니다.

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