Śledzenie środowisk za pomocą cyfrowych czujników wilgotności

Niezależnie od tego, czy zbierasz pomiary gazów śladowych, tworzysz idealne środowisko dla wrażliwych reakcji chemicznych, czy konfigurujesz pętlę sprzężenia zwrotnego dla systemu w trudnym środowisku, czujnik wilgotności odgrywa kluczową rolę w twoim systemie. Dostępne są cyfrowe i analogowe czujniki wilgotności, chociaż cyfrowe czujniki wilgotności upraszczają komunikację z dowolnym systemem elektroniki cyfrowej.

Obecnie większość czujników wilgotności jest łączona z czujnikiem ciśnienia, czujnikiem temperatury lub oboma. Niektóre czujniki wilgotności są nawet łączone z czujnikami gazów do pomiarów atmosferycznych, ponieważ obecność pary wodnej działa jako katalizator w niektórych reakcjach chemicznych w atmosferze. Daje to projektantom systemów znaczną elastyczność w dostosowywaniu ich systemu do różnych środowisk, gdzie monitorowanie gazów jest realnym problemem.

Cyfrowe czujniki wilgotności i połączone czujniki występują w różnych formach dla różnych zastosowań. Jeśli budujesz zamknięty system środowiskowy, możesz użyć sondy temperaturowej, która łączy się z PCB lub modułem DAQ na zewnątrz komory środowiskowej. Alternatywnie, te czujniki są dostępne jako układy scalone, które można umieścić bezpośrednio na niestandardowej płytce PCB lub na płytce ewaluacyjnej.

Odpowiedź i wyjście sygnału

Cyfrowe czujniki wilgotności umieszczone na układach scalonych są generalnie dokładne do 3% wilgotności względnej, chociaż ten zakres dokładności może wzrosnąć o 1-2% przy bardzo wysokich lub niskich temperaturach. Jeśli potrzebujesz bardzo dokładnych pomiarów klasy analitycznej, zaleca się użycie czujnika wilgotności typu sonda. Te czujniki mogą mieć dłuższy czas reakcji, ponieważ wewnętrznie mierzą dużą liczbę pomiarów, aby zapewnić stabilny odczyt wilgotności.

Najprostsze czujniki wilgotności będą wyprowadzać sygnał analogowy, który można odczytać za pomocą ADC, lub sygnał cyfrowy, który jest wyprowadzany z wewnętrznego ADC. Jeśli potrzebujesz interfejsu z mikrokontrolerem, wiele układów scalonych czujników wilgotności będzie wysyłać dane za pośrednictwem I2C lub SPI. Opcja użycia SPI pozwala na łatwą integrację tych urządzeń w sieciach sensorowych, jednocześnie zapobiegając kolizjom adresów.

Zestaw czujników wilgotności, gazów, pozycji i CO2

Parametry do rozważenia przy wyborze czujnika wilgotności

Czujniki środowiskowe mogą potrzebować dotrzeć do miejsc, których inne systemy elektroniczne nigdy by nie odważyły się zbliżyć. W związku z tym musisz rozważyć kwestie takie jak temperatura i ciśnienie pracy. Czujniki wilgotności i połączone czujniki wilgotności/temperatury pakowane jako układy scalone, które są umieszczane na PCB, powinny być umieszczone w opakowaniach, które zapobiegają kondensacji na wrażliwych obszarach płytki, szczególnie jeśli ten czujnik będzie używany w bardzo wilgotnych środowiskach.

Kolejną kwestią jest obecność gazów korozyjnych w środowisku testowym. Niektóre środowiska będą zawierać gazy korozyjne, a woda może działać jako katalizator korozji na metalowych komponentach. W takim przypadku możesz chcieć użyć czujnika wilgotności typu sonda zamiast umieszczania układu scalonego na PCB, ponieważ łatwiej jest izolować sondę od płytki kontrolera lub modułu DAQ.

Jeśli budujesz system, który działa z kilkoma komponentami elektronicznymi lub czujnikami, odpowiedni cyfrowy czujnik wilgotności typu sonda jest łatwiejszy do zintegrowania z LabVIEW, ponieważ nie wymaga oddzielnego mikrokontrolera do przetwarzania danych. Wyjście z tych czujników to zazwyczaj tylko napięcie stałe z przetwornika ADC o liniowej odpowiedzi w określonym zakresie wilgotności, co umożliwia łatwą konwersję między sygnałem wyjściowym a rzeczywistą wartością wilgotności.

Sensiron, SHTC1

SHTC1 to połączony czujnik wilgotności/temperatury zapakowany jako układ montowany powierzchniowo z kompaktowymi wymiarami. Chociaż nie jest to najlepszy wybór dla bardzo dokładnych pomiarów wilgotności, jego cena jest na tyle niska, że może znaleźć zastosowanie w aplikacjach konsumenckich o dużym wolumenie. Ten czujnik obsługuje szybką komunikację cyfrową I2C z częstotliwością zegara SCL do 400 kHz. Upewnij się, że odłączysz zasilanie i piny uziemienia za pomocą kondensatora 100 nF. Sensiron sprzedaje również płytę ewaluacyjną dla tego komponentu.

SHTC1...jest ściśle zaprojektowany, aby przezwyciężyć konwencjonalne ograniczenia rozmiaru, zużycia energii oraz stosunku wydajności do ceny, aby spełnić obecne i przyszłe wymagania. Technologia CMOSens^® firmy Sensirion oferuje kompletny system czujników na jednym chipie, składający się z pojemnościowego czujnika wilgotności, czujnika temperatury typu bandgap, analogowego i cyfrowego przetwarzania sygnałów, przetwornika A/D, pamięci danych kalibracyjnych oraz cyfrowego interfejsu komunikacyjnego obsługującego tryb szybki I2C.

Typowy schemat aplikacyjny z strony 6 karty katalogowej Sensiron SHTC1

Texas Instruments, HDC1080

HDC1080 zapewnia bardzo dokładne pomiary wilgotności i temperatury przy niskim zużyciu energii w 6-pinowej obudowie IC. Jeśli zużycie energii w twoim systemie jest problemem, ten czujnik będzie działał przy około 100 uA w trybie aktywnym i od 100 do 200 nA w trybie uśpienia. Dzięki 8, 11 lub 14-bitowej komunikacji szeregowej przez I2C, ten czujnik zapewnia pomiary o wysokiej rozdzielczości. Istnieje jednak ryzyko kolizji adresów, jeśli ten czujnik zostanie zintegrowany w dużą sieć.

Jedną z kluczowych cech HDC1080 jest jego niskie zużycie energii, co czyni urządzenie odpowiednim w aplikacjach zasilanych z baterii lub zbierających energię. W tych aplikacjach HDC1080 spędza większość czasu w trybie uśpienia: przy typowym zużyciu prądu 100nA w trybie uśpienia, średnie zużycie prądu jest minimalne. Jego niskie zużycie w trybie pomiaru minimalizuje samoogrzewanie się.

Znalezione na stronie 9 karty katalogowej HDC1080

Adafruit Industries, BME680

Jednym z niezwykle wszechstronnych czujników kombinowanych jest Adafruit BME680, który łączy w sobie czujniki wilgotności, temperatury, gazów lotnych (VOC) oraz ciśnienia barometrycznego na pojedynczej płytce. Ta płytka posiada wbudowane opcje komunikacji I2C i SPI, małą formę oraz może być podłączona do dowolnego mikrokontrolera, w tym Arduino. Możesz używać komunikacji I2C do 3,4 MHz lub SPI (3 lub 4 przewody) do 10 MHz, aby uniknąć kolizji adresów w systemach z dużą liczbą czujników.

Adafruit ułatwiło sterowanie tą płytą w Pythonie lub za pomocą modułu CircuitPython BME680. Ten moduł pozwala łatwo pisać kod Pythona, który odczytuje wilgotność, temperaturę, stężenie VOC i ciśnienie z czujnika. Możesz nawet użyć odczytów ciśnienia do obliczenia wysokości, porównując zmierzone ciśnienie z ciśnieniem na poziomie morza. Ten czujnik może być używany z dowolną płytą mikrokontrolera CircuitPython.

BME680...zawiera mały czujnik MOX. Podgrzewany tlenek metalu zmienia oporność w zależności od lotnych związków organicznych (VOC) w powietrzu, więc może być używany do wykrywania gazów i alkoholi takich jak etanol, alkohol i tlenek węgla oraz do pomiarów jakości powietrza. Należy zauważyć, że daje on jedną wartość oporności, z ogólną zawartością VOC, nie może różnicować gazów czy alkoholi.

Znalezione na stronie 16 karty katalogowej 2652

Użycie cyfrowego czujnika wilgotności połączonego z innymi funkcjami może zapewnić dokładne pomiary temperatury i gazów przy minimalnym rozmiarze. Niezależnie od tego, czy zamierzasz zastosować mały cyfrowy czujnik na płytce rozszerzeń, czy chcesz użyć sondy środowiskowej, która zapewnia wiele pomiarów w jednym pakiecie, znajdziesz wiele opcji na Octopart.

Zapisz się do naszego newslettera, aby być na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami.