一种宽温区高精度的分立湿度器件采集及处理电路的制作方法

本实用新型涉及湿度采集处理领域，尤其是涉及一种提高分立湿度器件测量湿度的精确度的宽温区高精度的分立湿度器件采集及处理电路。

背景技术：

随着市面上除湿机等带湿度检测的产品的普及及推广，人们对湿度的精确度也提出了一些更高的要求。目前在市场上除湿机等带湿度检测的设备，其控制器对分立湿度器件的采集及处理电路及方法都比较单一。由于电路原理比较简单，加上处理策略不是非常高效。一般在高温高湿、低温低湿两个特定区域的采集数据精度往往不高，湿度值精确度在这两个特殊区域一般只能保证到10%左右，甚至有些还不能保证10%的误差范围。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种远距离分布式温度湿度采集电路”，其公告号cn207317854u，包括主机电路1内含有单片机u3、数字温湿度传感器p2和gsm模块u4，单片机u3，数字温湿度传感器p2，gsm模块u4，数字温湿度传感器p2通过串口电路与单片机u3电性连接，gsm模块u4通过数据电路与单片机u3电性连接，按钮开关s2与rst引脚电性连接，通过单片机u3并将数字温湿度传感器p2采集的数据在液晶显示屏lcd上显示出来。但该实用新型对湿度分立器件采集和处理数据在高温高湿、低温低湿区段精确度很低。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服现有技术的对湿度分立器件采集及处理后数据在高温高湿、低温低湿区段精确度低的问题，提供一种宽温区高精度的分立湿度器件采集及处理电路，解决分立湿度器件在高温高湿、低温低湿区域采集离散度及区分度不够的问题，很大程度上提高分立湿度器件测量湿度的精确度，解决市面上一些产品分立湿度器件测量精度普遍不高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种宽温区高精度的分立湿度器件采集及处理电路，包括单片机，包括湿度采集电路、温度采集电路和开关电路，湿度采集电路采样端分别与开关电路的第一分压端和单片机第一输入输出口连接，湿度采集电路输入端与单片机第二输入输出口连接，开关电路的控制端单片机控制端连接，开关电路的接地端接地，温度采集电路采样端与单片机采样端连接，温度采集电路输入端连接电源vcc。通过控制单片机控制端的电平状态来实现开关电路相应导通及关断状态，并结合单片机第一输入输出口及单片机第二输入输出口两个管脚驱动方波来实现湿度采集电路中分压电路大小的改变，从而实现采样湿度ad数值的离散度及区分度尽量变大，解决分立湿度器件在高温高湿、低温低湿区域采集离散度及区分度不够的问题。

作为优选，所述单片机第一输入输出口为io口v0_rh端，单片机第二输入输出口为io口v1_rh端，单片机采样端为单片机ad采样口ad-rh端，单片机控制端为单片机io口prh端。

作为优选，所述湿度采集电路包括分立湿敏电阻rh、分压电路、电阻r34、电阻r27、电容c25和插座cn4，单片机io口v0_rh端通过分压电路和插座cn4的1脚、分立湿敏电阻rh一端和电阻r27的一端连接，分立湿敏电阻rh另一端通过插座cn4的2脚和电阻r34与单片机io口v1_rh端连接，电阻r27另一端与电容c25一端和单片机ad采样口ad-rh端相连，电容c25的另一端接地。

作为优选，所述温度采集电路包括热敏电阻rt和电阻r35，单片机ad口采样口ad-tr端通过电阻r35和插座cn4的3脚与热敏电阻rt的一端连接，热敏电阻rt的另一端通过插座cn4的4脚与电源vcc相连接。

作为优选，所述开关电路包括mos管qt1、mos管qt3、电阻r22、电阻r32、电阻r42和电阻r45，开关电路的第一分压端为mos管qt1的源极，开关电路的第一分压端与分压电路一端和单片机io口v0_rh端连接，分压电路另一端与电阻r22一端和电阻r45一端连接，电阻r22另一端与mos管qt1漏极连接，mos管qt1的栅极与电阻r42一端连接，电阻r42另一端与电阻r32和单片机io口prh端连接，电阻r32另一端与mos管qt3栅极连接，mos管qt3的源极作为开关电路接地端接地，mos管qt3的漏极连接电阻r45的另一端。

作为优选，所述分压电路包括电阻r33，电阻r33一端与单片机io口v0_rh端连接，电阻r33另一端与插座cn4的1脚连接。

作为优选，还包括电阻r36，电阻r36一端与插座cn4的3脚连接，电阻r36的另一端接地。

作为优选，所述mos管qt1为p沟道mos管，所述mos管qt3为n沟道mos管。mos管qt1与mos管qt3的栅极控制端采用单片机的同一个io口prh端进行控制，其导通电阻小且方便实现所需要的控制逻辑及功能互锁。

作为优选，所述单片机型号为r7f0c907b。

因此，本实用新型具有如下有益效果：

1.通过控制单片机io口prh端电平状态来实现在mos管qt1与mos管的相应导通及关断状态，并结合单片机io口v0_rh端及单片机io口v1_rh端两个管脚驱动方波来实现湿度采集电路中分压电路大小的改变，从而实现采样湿度ad数值的离散度及区分度尽量变大，解决分立湿度器件在高温高湿、低温低湿区域采集离散度及区分度不够的问题，很大程度上提高分立湿度器件测量湿度的精确度，从而可以解决市面上一些产品分立湿度器件测量精度普遍不高的问题；

2.相比一些专用的一体式湿度模块成本会低很多，分立元件体积小，外围器件也不多，pcb布局相对也会比较方便。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的电路原理图。

图2为本实用新型的实施例对应相关电路控制逻辑的真值表及湿度驱动方波图。

图中：1、湿度采集电路2、温度采集电路3、开关电路4、分压电路。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

实施例：

本实施例一种，如图1、图2所示，包括单片机、包括湿度采集电路1、温度采集电路2和开关电路3，单片机型号为r7f0c907b，湿度采集电路1包括分立湿敏电阻rh、分压电路4、电阻r34、电阻r27、电容c25和插座cn4，单片机io口v0_rh端通过分压电路4和插座cn4的1脚、分立湿敏电阻rh一端和电阻r27的一端连接，分立湿敏电阻rh另一端通过插座cn4的2脚和电阻r34与单片机io口v1_rh端连接，电阻r27另一端与电容c25一端和单片机ad采样口ad-rh端相连，电容c25的另一端接地，分压电路4由电阻r33组成，电阻r33一端与单片机io口v0_rh端连接，电阻r33另一端与插座cn4的1脚连接，电阻r36一端与插座cn4的3脚连接，电阻r36的另一端接地；

温度采集电路2包括热敏电阻rt和电阻r35，单片机ad口采样口ad-tr端通过电阻r35和插座cn4的3脚与热敏电阻rt的一端连接，热敏电阻rt的另一端通过插座cn4的4脚与+5v电源vcc相连接；

开关电路3包括mos管qt1、mos管qt3、电阻r22、电阻r32、电阻r42和电阻r45，mos管qt1为p沟道mos管，mos管qt3为n沟道mos管，开关电路3的第一分压端为mos管qt1的源极，开关电路3的第一分压端与分压电路4一端和单片机io口v0_rh端连接，分压电路4另一端与电阻r22一端和电阻r45一端连接，电阻r22另一端与mos管qt1漏极连接，mos管qt1的栅极与电阻r42一端连接，电阻r42另一端与电阻r32和单片机io口prh端连接，电阻r32另一端与mos管qt3栅极连接，mos管qt3的源极作为开关电路3接地端接地，mos管qt3的漏极连接电阻r45的另一端。

当单片机io口v0_rh端输出低电平(0)时，单片机io口v1_rh端输出高电平(1)时，此半波为可进行湿度ad值测量的那个半周期。

1.单片机io口prh端输出低电平（0）时，p-mos管qt1截止，n-mos管qt3也截止。

2.单片机io口prh端输出高电平（1）时，p-mos管qt1截止，n-mos管qt3变为导通。

当单片机io口v0_rh端输出高电平(1)时，单片机io口v1_rh端输出低电平(0)时：空闲的半周期。

1.单片机io口prh端输出低电平（0）时，p-mos管qt1导通，n-mos管qt3也截止。

2.单片机io口prh端输出高电平（1）时，p-mos管qt1截止，n-mos管qt3变为导通。

本实施例工作过程如下：采集湿度数据需选择在当单片机io口v0_rh端输出低电平(0)时，单片机io口v1_rh端输出高电平(1)时的半周期：在温区段温度为5~20度时控制n沟道mos管qt3栅极和p沟道mos管qt1栅极的单片机io口prh端保持低电平(0)，根据图2：n沟道mos管qt3和p沟道mos管qt1都保持截止状态，单片机ad采样口ad-rh端采集的湿度电压值为湿敏电阻rh与82kω的精密电阻r33进行串联分压后的电压值，即加在电阻r33上面的压降值，转化为ad值后根据当前温度得出相应的湿度值rh的百分比值，结合湿敏电阻rh型号his-06n综合辅助资料来分析，数值离散性及区分度较好，在25~95%范围内基本能保证精度4%左右。一旦检测到环境温度即热敏电阻rt传感器测量值超过20度时（20~45度区间，甚至更高），即在采集测量湿度ad值的半周期内，单片机将控制n型和p型n沟道mos管qt3栅极和p沟道mos管qt1栅极的单片机io口prh端输出为高电平，根据图2：p沟道mos管qt1截止，n沟道mos管qt3变为导通。根据分压电路原理，此时单片机ad采样口ad-rh端采集到的湿度电压值是湿敏电阻rh与并联电阻(即电阻r33与精密电阻r45并联后阻值为14.76k的一个阻值)的分压值，即加在这个并联电阻为14.76k的电阻上的压降值，转化为ad后根据当前温度得出相应的湿度值rh的百分比值，结合湿敏电阻rh型号his-06n综合辅助资料来分析，数值离散性及区分度较好，在25~95%湿度范围内基本同样能保证精度在4%以内。本实用新型电路中的n沟道mos管qt3和p沟道mos管qt1的导通内阻均很小，导通电压也很小，上诉所述均可以通过相应补偿算法忽略其影响。

本实用新型在未检测湿度ad值的另外一半周期里面（即当单片机io口v0_rh端输出低电平(1)时，单片机io口v1_rh端输出高电平（0）时的半周期），由于分立湿度器件有个特性：湿度阻值在同一温度点下，湿度90%~25%范围内其对应阻值变化非常大。比如20度的环境温度下，湿度为90%时湿敏阻值为2.08k左右，但湿度在25%时湿敏阻值为3097k左右，阻值相差很大。为此加入控制n沟道mos管qt3栅极和p沟道mos管qt1栅极的单片机io口prh端输出低电平(0)的相关处理，可以使驱动正负两个半波时间内的驱动能量尽可能地均衡。为保证湿度器件在驱动的正负两个半波时间内满足驱动电流尽可能相等，驱动能量均衡，可提升湿度、湿敏电阻的使用寿命。能进一步提升测量数据的稳定性，所以采用n沟道mos管qt3栅极和p沟道mos管qt1栅极的单片机io口prh端输出低电平(0)。同理分析针对环境温度20~45度的范围（甚至大于45度情况下），正负半波电路中也是串入相同的等量电阻值，这样一来能量及驱动电流在正负半波周期内是近乎相等的，从很大程度上避免了分立湿度、湿敏器件的发热情况，提高了分立湿度、湿敏器件的使用寿命，更能保证测量湿度的稳定性及精确度。