Podłączenie higrometru HIH4000 do Arduino

Układ HIH-4000 jest zintegrowanym sensorem wilgoci - higrometrem - zaprojektowanym przez firmę Honeywell do wydajnej i precyzyjnej pracy. Z uwagi na te wymagania wyposażony jest w zlinearyzowane już wyjście napięciowe, które może być podłączone bezpośrednio do np. mikrokontrolera. Z uwagi na niski pobór prądu - na poziomie 200 µA - układ ten idealnie nadaje się do aplikacji np. w systemach zasilanych z baterii.

W poniższym poradniku autor projektu opisuje w jaki sposób podłączyć opisywany higrometr HIH-4000 do modułu Arduino oraz jak oprogramować ten mikrokontroler, aby móc realizować pomiary wilgotności.

Seria układów HIH-4000 to rodzina czułych i precyzyjnych higrometrów podających wilgotność względną, dostępnych w wygodnych w montażu, zwłaszcza amatorskim, obudowach SIP. Elementy te dedykowane są do aplikacji w środowisku co najmniej trudnym dla elementów elektronicznych - z uwagi na wielowarstwową strukturę samego sensora w układzie element ten wykazuje się daleko idącą odpornością na czynniki środowiskowe takie jak zamoczenie, kurz, oleje i szeroki zakres związków chemicznych z jakimi może mieć kontakt np. w gospodarstwie domowym.

Przyjrzyjmy się teraz zatem jak w kilku krokach zestawić i oprogramować system pomiaru wilgotności względnej oparty na opisanym czujniku Honeywella.

Krok 1: Potrzebne elementy



Sam sensor autor otrzymał od znajomego pracującego w dnatechnology w celu jego przetestowania. Jak ostrzega autor poradnika sensor ten jest drogim elementem i trzeba na niego uważać, ale jego cena jest w pełni usprawiedliwiona, jeśli weźmiemy pod uwagę parametry pracy i funkcjonalność, zwłaszcza tą związaną z linearyzacją wyjścia napięciowego.

Oprócz samego sensora HIH-4000 potrzebować będziemy do realizacji poniższego projektu:

* Arduino UNO
* Rezystora minimum 80 kΩ (preferowany 100 kΩ)
* Płytkę stykową

Krok 2: Podłączanie sensora do Arduino



Wszystkie potrzebne do podłączenia układu informacje odnajdziemy w karcie katalogowej elementu. Układ wymaga obciążenia - minimum 80 kΩ - do pracy; autor w projekcie wykorzystał obciążenie w postaci opornika 100 kΩ. Rezystor ten podłącza się pomiędzy wyjście a masę, tak, że wyjście jest obciążone rezystancją. Do pozostałych nóżek układu - +V i -V - podłączamy, odpowiednio, zasilanie +5 V oraz masę układu.

Wyjście z sensora podłączamy także do wejścia analogowego Arduino. W tym przypadku sensor podpięty został do wejścia 0 układu.

Podczas pracy higrometr HIH-4000 na wyjściu podaje napięcie, które jest liniowo proporcjonalne do wilgotności względnej. Napięcie 0,6 V oznacza wilgotność względną na poziomie 0%, a 3,8V 100%.

Krok 3: Kod programu



Kod programu dla Arduino podany jest poniżej. W programie musimy odczytać napięcie wyjściowe poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy mikrokontrolera i następnie przeliczyć zmierzone napięcie na wilgotność względną. Jako że Arduino wyposażone jest w 10 bitowy przetwornik ADC to dla zakresu napięć wejściowych od 0 V do 5 V rozdzielczość pomiaru wynosi 0,0048875 V czyli 4,88mV.

Teraz musimy teraz przekształcić tylko zmierzone napięcie na wartość wilgotności względnej. Wiemy, że napięcie jest liniowo zależne od wilgotności, jaką mierzy sensor; opisuje ją wzór:



gdzie y to napięcie, x to wilgotność a m oraz c to parametry układu.



Aby wyznaczyć parametry układu - c i m - musimy rozwiązać układ równań liniowych:

$$\left\{\begin{array}{l} 0,6V = m * 0% + c\\3,8 V = m * 100% + c \end{array}$$

Co daje nam:

m = 0,032
c = 0,6



Źródło: http://www.instructables.com/id/HIH4000-Humidity-Hygrometer-Sensor-Tutorial/?ALLSTEPS

Witam. Mam pytanie czy są jakieś tańsze zamienniki układu do pomiaru wilgotności które są odporne na warunki atmosferyczne chodzi tu głównie o skropliny. Czujnik SHT chyba nie jest odporny na zalanie lub też skroplenie wody.

Też się nad tym zastanawiałem. Skropliny załatwią każdy czujnik. Z początku miałem go nawet zakupić jednak w moim środowisku uległby zniszczeniu. Pozostaje pomiar wilgotności taki jak mam do tej pory czyli PT1000 lub DS18B20.

Czujniki czasem sprzedawane są w dwóch wersjach z filtrem lub bez (np. SI7021). Chodzi o cienką folię naklejoną na obudowę czujnika. Wydaje mi się, że służy ona właśnie do zabezpieczenia przed wodą w stanie ciekłym.

To test jednostkowy więc bez większego znaczenia, ale SHT11 miałem za oknem - osłonięty od deszczu ale bez silikonowego (nylonowego?) filtru - przez 7 lat. W tym czasie 2-3 razy suszyłem go ze względu na problemy ze szczelnością osłony (jesień/zima - woda z lodem), raz został nawet zerwany przez wichurę ale nie zauważyłem problemów.

janek1815 wrote:

Pozostaje pomiar wilgotności taki jak mam do tej pory czyli PT1000 lub DS18B20.

W jaki sposób mierzysz wilgotność za pomocą DS18B20?

Kiedyś z projektu komercyjnego pozostała mi jedna sztuka HIH-5031 lub HIH-5030 z metalową siatką na czujniku. Aby go nie "zmarnować" został wykorzystany jako miernik wilgotności zewnętrznej. Pracuje od 3 lat osłonięty pionową rurką PCV zatkaną korkiem z jednej strony, której wylot został skierowany do dołu. Ciężko powiedzieć jaki wpływ na starzenie czujnika ma wystawienie go na warunki atmosferyczne, jednak przez lata widzę zbliżone wyniki pomiarów w podobnych warunkach atmosferycznych.

landy13 wrote:

W jaki sposób mierzysz wilgotność za pomocą DS18B20?

Wilgotność interesuje mnie tylko w zakresach temperatur dodatnich więc używam dwóch termometrów DS18B20 i mierzę za pomocą metody suchy-mokry czyli psychometru Assmanna z wymuszonym obiegiem powietrza.

Dzięki. Do popularnych zastosowań to trochę za skomplikowane.

Niestety tam gdzie odbywa się pomiar wilgotność jest w zakresie 70-100% i w tym zakresie potrzebowałem pomiar wilgotności z odchyłką 1% dość że żaden czujnik tego nie umożliwiał (w przyzwoitej cenie) to nie był odporny na zalanie czy kondensat wody osadzajacy się na wszystkim. Z tego co wiem niektórzy producenci stosują czujniki pt1000 w podobnych zastosowaniach choćby nasz producent przyrządów pomiarowych label.pl.

tesla97 wrote:

Czujnik SHT chyba nie jest odporny na zalanie lub też skroplenie wody.

Na zalanie może nie, ale SHT ma wewnętrzną grzałkę, można tak zaprogramować sobie sterownik, żeby ją załączał powyżej określonego poziomu wilgotności.

turlam.dropsa wrote:

Cienka folia jest tylko po to, aby płytkę można było umyć. Potem się ją zrywa aby umożliwić pomiar wilgotności powierza dokoła.

Też kiedyś tak myślałem. To jednak jest filtr z teflonu. Bardziej przypomina porowatą gąbkę niż gładką folię. W jakieś karcie katalogowej znalazłem opis są jego właściwości.