Convertitore UMIDITA`-TENSIONE

CONVERTITORE “ UMIDITA’ / TENSIONE “
( Higrometro )
VCC
1
JP1
VCC
+12V
-12V
R1
2.2K
rc07
2
2
1
R5
10 K
v res-1
2
6
+12V
3 1
2
2
2
1
3300 pF
ch300/100/200
7
1
1
1
C2
DIS
THR
1
CV
Q
U1
LM336-2.5
to92ebc
3
2
TR
VCC
GND
5
R
VCC
2
4
R4
4.7 K
U2
NE555
8dil300
3
2
8
2
R3
27K
rc07
2
10 KpF
C3
ch300/100/200
C4
R6
5.6 K
rc07
1
2
0.1 uF
ch300/250/200
2
2
R7
180 k
rc07
R2
5.6 K
rc07
1
1
1
C1
0.1 uF
ch300/250/200
C5
0.1 uF
ch300/250/200
ALIM
VCC MM-4
+12V
-12V
1
VCC
1
2
3
4
1
7
3
R8
50 K
v res-1
1
2
C10
1 uF
ch300/250/200
1
110 pf - 144 pF
R13
22 K
rc07
2
1
U3
INA128P
8DIL300
JP2
6
OUT
1
2
OUT
MM-2
IN+
-V
REF
C11
1 uF
ch300/250/200
2
C12
1
1
SENSORE
10 k
rc07
1
2
0.1 uF
2
C13
10 KpF
ch300/100/200
2
3
G2
5
1N4150
diode-1n
R11
y
rc07
8
2
6
1
1
4
7
R12
2
+V
IN-
1 G1
2
THR
D1
2
2
CV
Q
DIS
1
TR
2
R
GND
5
1
2
1
1
1
3
C9
Cmax / Cmin
2SIL100
C7
R2
1.01M
rc07 1 uF
2
1
1 1
2
C8
3sil100
VCC
4
U4
NE555
8dil300
3
C6
0.1 uF
ch300/250/200
1
8
JP4
jp2
2sil100
3
1
2
2
JP3
jp3
2sil100
2
1
R10
4,7 k
rc07
R9
x
v res-1
VCC
VCC
ch300/250/200
2
ch300/250/200
-12V
G = 1 +
50000
R9 + R11
Vout=G * (V3-V2)
Title
HIGROMETRO
Size
A4
Date:
Document Number
ITI OMAR NOVARA
Tuesday , September 22, 2009
Rev
00
Sheet
1
of
1
L’higrometro, o trasduttore di umidità, è un circuito in grado di acquisire il valore dell’umidità in un
ambiente e convertirlo in un segnale elettrico analogico. A differenza, però, dei precedenti sensori,
quello di umidità non converte direttamente il valore della grandezza rilevata in un valore di
tensione, bensì una variazione dell’umidità genera una variazione della capacità nel sensore.
Sostanzialmente questo sensore può essere definito un condensatore la cui capacità varia al variare
dell’umidità. Nel caso specifico vengono rilevati valori di umidità percentuale [H %] compresi tra
10% e 90%, cui corrispondono variazioni di capacità da 112 pF a 144 pF. La tensione di uscita dal
circuito varierà quindi da 0V a 5V (per rispettare le specifiche del convertitore A/D). Come si nota
dallo schema elettrico il circuito risulta maggiormente complesso rispetto ai precedenti in quanto è
necessaria la presenza di una rete in grado di generare variazioni di tensione a seguito di variazioni
della capacità. Detta rete è composta da due integrati NE555: il primo in configurazione astabile
(generatore d’impulsi) mentre il secondo come monostabile; l’astabile genera il trigger per il
monostabile e quest’ultimo, sfruttando la capacità del sensore, genera un’onda quadra con dutycycle (d) variabile con l’umidità. Il seguente schema chiarisce quanto detto prima:
NE555 (U2)
NE555 (U4)
ASTABILE
monostabile
(trigger)
T = T1 + T2
In particolare si hanno le seguenti forme d’onda delle tensioni di uscita:
T1 = ln3 C8 (R8+R7)
d=
=
ASTABILE
Cmin
Cmax
MONOSTABILE
L’integrato NE555 (U2) in configurazione astabile genera un’onda quadra di periodo T costante e
pari alla somma di T1 e T2. Il tempo T1 dipende dalla capacità di C8 che è variabile con l’umidità; si
hanno quindi variazioni di T1 per variazioni di umidità che si ripercuotono in una variazione del
duty-cycle . (che genera a sua volta una variazione della componente continua).
I condensatori C10 e C11 filtrano e livellano la tensione di uscita del monostabile ottenendo una
tensione
pressoché
continua,
con
una
lieve
ondulazione
residua
(ripple):
Il segnale avente suddetta forma d’onda è esprimibile come la somma di una componente continua
e di una componente alternata ( ripple ) a valor medio nullo.
Da questa tensione che giunge al pin 3 dell’amplificatore differenziale è necessario eliminare il
ripple per evitare che questa ondulazione sia presente all’uscita dell’Ic INA128 e quindi presente
all’ingresso del convertitore A/D ,rendendo la conversione instabile. Per questo motivo lo stesso
ripple a valor medio nullo viene inviato anche al pin 2 dell’amplificatore differenziale. Questo è
possibile in quanto è presente il condensatore C7, che blocca la componente continua. Dato che le
tensioni presenti sul pin 2 e sul pin3 presentano lo stesso ripple, nel momento in cui esse vengono
sottratte, in uscita è presente semplicemente la tensione continua amplificata dal guadagno
dell’amplificatore differenziale.
Come per i precedenti trasduttori, anche in questo caso è necessario effettuare delle operazioni
preliminari come la taratura, prima di poter collegare direttamente il trasduttore alla mother-board:
Regolazione offset “esterno” all’amplificatore differenziale: è necessario ottenere 0V in
uscita nel momento in cui il tasso percentuale di umidità è pari al 10%; per fare ciò è
necessario:
o Scollegare il jumper JP3;
o Inserire la capacità Cmin ( C9 ) pari a 112 pF;
o Collegare il jumper JP4;
o Inserire un voltmetro all’uscita dell’amplificatore differenziale;
o Agire sul trimmer R5 del gruppo resistivo in parallelo al regolatore LM336-2,5
finché il voltmetro collegato in uscita misuri una tensione pari a 0V.
Definizione del guadagno: è necessario ottenere 5V in uscita nel momento in cui il tasso
percentuale di umidità è pari al 90%; per fare ciò è necessario:
o Scollegare il jumper JP3;
o Inserire la capacità Cmax ( C9 ) pari a 144 pF;
o Collegare il jumper JP4;
o Inserire un voltmetro all’uscita dell’amplificatore differenziale;
o Agire sul trimmer R9 sino ad ottenere 5V all’uscita dell’operazionale.
Il calcolo delle capacità Cmax e Cmin è stato effettuato per via grafica e analitica, osservando la
curva caratteristica del sensore di umidità. Non essendo tale curva una retta è stato inserito il diodo
D1 in serie all’uscita del monostabile, per linearizzare la risposta del sensore.
UMIDITY SENSOR
( PHILIPS )