Theo dõi Môi trường với Cảm biến Độ Ẩm Kỹ thuật số

Dù là thu thập các phép đo khí quyển, tạo một môi trường lý tưởng cho phản ứng hóa học nhạy cảm, hay cấu hình một vòng phản hồi cho hệ thống trong môi trường khắc nghiệt, cảm biến độ ẩm sẽ đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống của bạn. Cảm biến độ ẩm kỹ thuật số và tương tự đều có sẵn, mặc dù cảm biến độ ẩm kỹ thuật số làm cho việc giao tiếp với bất kỳ hệ thống điện tử kỹ thuật số nào trở nên đơn giản hơn.

Ngày nay, hầu hết các cảm biến độ ẩm đều được kết hợp với cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, hoặc cả hai. Một số cảm biến độ ẩm thậm chí còn được kết hợp với cảm biến khí cho các phép đo khí quyển vì sự hiện diện của hơi nước hoạt động như một chất xúc tác trong một số phản ứng hóa học khí quyển. Điều này mang lại cho các nhà thiết kế hệ thống sự linh hoạt đáng kể để thích nghi hệ thống của họ với các môi trường khác nhau nơi giám sát khí là một mối quan tâm thực sự.

Cảm biến độ ẩm kỹ thuật số và cảm biến kết hợp có nhiều hình dạng khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Nếu bạn đang xây dựng một hệ thống môi trường kín, bạn có thể sử dụng một cảm biến nhiệt độ kết nối với một PCB hoặc mô-đun DAQ bên ngoài phòng thí nghiệm môi trường của bạn. Ngoài ra, các cảm biến này có sẵn dưới dạng IC có thể được đặt trực tiếp trên một PCB tùy chỉnh hoặc một bảng đánh giá.

Phản ứng và Đầu ra Tín hiệu

Các cảm biến độ ẩm kỹ thuật số được đóng gói trên IC thường có độ chính xác trong khoảng 3% độ ẩm tương đối, mặc dù phạm vi độ chính xác này có thể tăng 1-2% ở nhiệt độ rất cao hoặc thấp. Nếu bạn cần các phép đo chính xác cấp phân tích, bạn sẽ được khuyên dùng cảm biến độ ẩm dạng sonda. Những cảm biến này có thể có thời gian phản hồi lâu hơn vì chúng đo một số lượng lớn các phép đo bên trong để cung cấp một đọc độ ẩm ổn định.

Các cảm biến độ ẩm đơn giản nhất sẽ xuất ra một tín hiệu tương tự có thể đọc được với một ADC, hoặc một tín hiệu kỹ thuật số được xuất ra từ một ADC nội bộ. Nếu bạn cần giao tiếp với một vi điều khiển, nhiều IC cảm biến độ ẩm sẽ gửi dữ liệu qua I2C hoặc SPI. Lựa chọn sử dụng SPI cho phép các thiết bị này dễ dàng được tích hợp vào mạng cảm biến trong khi ngăn chặn va chạm địa chỉ.

Một bộ cảm biến độ ẩm, khí, vị trí và CO2

Các Tham số Cần Xem Xét Khi Chọn Cảm Biến Độ Ẩm

Các cảm biến môi trường có thể cần đến những nơi mà các hệ thống điện tử khác không bao giờ dám đến. Do đó, bạn sẽ cần xem xét các vấn đề như nhiệt độ và áp suất hoạt động. Cảm biến độ ẩm và cảm biến độ ẩm/nhiệt độ kết hợp được đóng gói dưới dạng IC được đặt trên PCB nên được đặt trong bao bì ngăn chặn sự ngưng tụ trên các khu vực nhạy cảm của bảng mạch, đặc biệt nếu cảm biến này sẽ được sử dụng trong môi trường cực kỳ ẩm ướt.

Một vấn đề khác là sự hiện diện của khí ăn mòn trong môi trường thử nghiệm. Một số môi trường sẽ chứa khí ăn mòn, và nước có thể hoạt động như một chất xúc tác cho sự ăn mòn trên các thành phần kim loại. Nếu đây là trường hợp, bạn có thể muốn sử dụng cảm biến độ ẩm dạng sonda thay vì đặt một IC trên PCB vì dễ dàng cô lập sonda khỏi bảng điều khiển hoặc mô-đun DAQ hơn.

Nếu bạn đang xây dựng một hệ thống hoạt động với nhiều linh kiện điện tử hoặc cảm biến, cảm biến độ ẩm số kiểu dò thích hợp sẽ dễ dàng tích hợp với LabVIEW hơn vì nó không yêu cầu một vi điều khiển riêng biệt để xử lý dữ liệu. Tín hiệu đầu ra từ những cảm biến này thường chỉ là một điện áp DC từ một ADC với phản ứng tuyến tính trên phạm vi độ ẩm cụ thể, cho phép chuyển đổi dễ dàng giữa tín hiệu đầu ra và giá trị thực của độ ẩm.

Sensiron, SHTC1

Cảm biến SHTC1 kết hợp đo độ ẩm/nhiệt độ được đóng gói dưới dạng IC gắn bề mặt với kích thước nhỏ gọn. Mặc dù nó không phải là lựa chọn phù hợp cho các phép đo độ ẩm cực kỳ chính xác, giá của nó đủ thấp để có thể xuất hiện trong các ứng dụng tiêu dùng với số lượng lớn. Cảm biến này hỗ trợ giao tiếp số I2C nhanh với tần số đồng hồ SCL lên đến 400 kHz. Hãy chắc chắn rằng bạn đã tách biệt nguồn cấp điện và chân nối đất với tụ điện 100 nF. Sensiron cũng bán một bảng đánh giá cho linh kiện này.

Cảm biến SHTC1...được thiết kế chặt chẽ để vượt qua các giới hạn thông thường về kích thước, tiêu thụ năng lượng và tỷ lệ hiệu suất so với giá cả nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện tại và tương lai. Công nghệ CMOSens^® của Sensirion cung cấp một hệ thống cảm biến hoàn chỉnh trên một chip duy nhất, bao gồm cảm biến độ ẩm điện dung, cảm biến nhiệt độ bandgap, xử lý tín hiệu analog và số, bộ chuyển đổi A/D, bộ nhớ dữ liệu hiệu chuẩn, và giao diện truyền thông số hỗ trợ chế độ I2C nhanh.

Mạch ứng dụng tiêu biểu từ trang 6 của bảng dữ liệu Sensiron SHTC1

Texas Instruments, HDC1080

Cảm biến HDC1080 cung cấp các phép đo độ ẩm và nhiệt độ chính xác cao với mức tiêu thụ năng lượng thấp trong một gói IC 6 chân. Nếu tiêu thụ năng lượng trong hệ thống của bạn là một mối quan tâm, cảm biến này sẽ hoạt động với khoảng 100 uA khi hoạt động và từ 100 đến 200 nA trong chế độ ngủ. Với giao tiếp nối tiếp 8, 11, hoặc 14-bit qua I2C, cảm biến này cung cấp các phép đo độ phân giải cao. Tuy nhiên, có rủi ro về va chạm địa chỉ nếu cảm biến này được tích hợp vào một mạng lưới lớn.

Một trong những tính năng chính của HDC1080 là mức tiêu thụ năng lượng thấp, làm cho thiết bị phù hợp trong các ứng dụng sử dụng pin hoặc thu năng lượng. Trong những ứng dụng này, HDC1080 dành phần lớn thời gian ở chế độ ngủ: với mức tiêu thụ dòng điện điển hình là 100nA ở chế độ ngủ, mức tiêu thụ dòng điện trung bình là tối thiểu. Mức tiêu thụ thấp của nó trong chế độ đo lường giảm thiểu bất kỳ sự tự nhiệt nào.

Được tìm thấy trên trang 9 của bảng dữ liệu HDC1080

Adafruit Industries, BME680

Một cảm biến kết hợp cực kỳ linh hoạt là Adafruit BME680, kết hợp đo độ ẩm, nhiệt độ, khí VOC và áp suất khí quyển trên một bảng mạch duy nhất. Bảng mạch này có tích hợp sẵn các tùy chọn giao tiếp I2C và SPI, kích thước nhỏ gọn, và có thể được kết nối với bất kỳ vi điều khiển nào, bao gồm Arduino. Bạn có thể sử dụng giao tiếp I2C lên đến 3.4 MHz hoặc SPI (3 hoặc 4 dây) lên đến 10 MHz để tránh xung đột địa chỉ trong các hệ thống có nhiều cảm biến.

Adafruit đã làm cho việc điều khiển bảng mạch này trở nên dễ dàng bằng Python hoặc với mô-đun CircuitPython BME680. Mô-đun này cho phép bạn dễ dàng viết mã Python đọc độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ VOC, và áp suất từ cảm biến. Bạn thậm chí có thể sử dụng các phép đo áp suất để tính toán độ cao bằng cách so sánh áp suất đo được với áp suất ở mực nước biển. Cảm biến này có thể được sử dụng với bất kỳ bảng mạch vi điều khiển CircuitPython nào.

BME680...chứa một cảm biến MOX nhỏ. Ôxít kim loại nung nóng thay đổi điện trở dựa trên các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong không khí, vì vậy nó có thể được sử dụng để phát hiện khí & cồn như Ethanol, Alcohol và Carbon Monoxide và thực hiện các phép đo chất lượng không khí. Lưu ý rằng nó sẽ cho bạn một giá trị điện trở, với tổng nội dung VOC, nó không thể phân biệt các loại khí hay cồn.

Được tìm thấy trên trang 16 của bảng dữ liệu 2652

Sử dụng một cảm biến độ ẩm kỹ thuật số kết hợp với các tính năng khác có thể cung cấp các phép đo nhiệt độ và khí chính xác với diện tích nhỏ nhất. Cho dù bạn đang tích hợp một cảm biến kỹ thuật số nhỏ trên một bảng mạch phụ trợ hoặc bạn muốn sử dụng một thiết bị đo môi trường cung cấp nhiều phép đo với một gói duy nhất, bạn sẽ tìm thấy nhiều lựa chọn trên Octopart.

Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi để cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi.