湿度传感器实验 【湿度传感器工作原理】你的保湿除湿做对了吗？
【湿度传感器工作原理】你的保湿除湿做对了吗？
湿度就和温度一样，无时无刻不在影响着人们的生产和生活。从畜牧养殖到工业生产，从储藏食品到科学实验，从生活习惯到建筑风格，空气湿度在潜移默化中塑造出了每个地区不同的文化和生活方式。尤其是科学高度现代化的今天，很难找出与湿度毫无关系的领域，因此，能够及时准确的掌握湿度的变化就显得尤为重要，而湿度传感器作为这一切的基础，掌握其工作原理能够帮助我们更好地了解和运用湿度传感器。
首先我们需要知道的是，湿度传感器是一种能够感受气体中水蒸气含量的装置，并且能够将其转换成可以输出的信号。而同样类似于温度计，在不同的场合和地点，我们要根据需要选择不同精度和量程的湿度传感器。一般来说，中、低湿段的传感器精度较高，而高湿段传感器相比精度较低。
对于现代湿度传感器来说，不管是它什么类型，其最简单的结构都是湿敏元件。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。电阻式湿敏元件顾名思义，是通过元件的电阻率和电阻值发生的变化的特性来测量湿度。主要是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻便发生变化。电容式湿敏元件一般是用高分子薄膜电容制成的，当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，导致其电容量发生变化，而其电容变化量与相对湿度成正比，最后再将这一变化量转化为输出信号。
此外，在使用湿度传感器时必须要考虑到一个问题便是温度。因为相对湿度本身会随着温度的变化而变化，所以湿度传感器的相对精度都是在一个指定温度下（一般为25℃）。而在温度变化较大且难以控制的场合，湿度也会随之飘忽不定，此时谈论湿度传感器的精度则毫无意义。因此，控温是控湿的一个重要前提。而由于湿度传感器必须直接与空气接触才能起作用，这就决定了湿度传感器的稳定和寿命有限。因此，在使用湿度传感器的时候也必须考虑到传感器本身的使用寿命。
早在十八世纪人们就发明了干湿球和毛发湿度计，而电子湿度传感器在近年来更是发展迅猛，可见随着科技的发展人们对湿度的要求也愈发精益求精，湿度测控技术也将为人们的生产生活提供更多便利。
实例：S7-200 SMART通过Modbus-RTU读取温湿度传感器数据
本实例我们介绍下西门子S7-200 SMART PLC如何通过Modbus-RTU协议读取温湿度传感器的数值。实例使用的硬件如下：
S7-200 SMART CPU ST20；温湿度传感器(支持Modbus-RTU协议)；本文包括如下几个主题：
1、温湿度传感器外观、接线及通信参数介绍
2、CPU ST20与温湿度传感器的接线；
3、CPU ST20的编程；
1、温湿度传感器外观、接线及通信参数介绍
本例程使用的温湿度传感器能检测的温度范围为：-40℃~120℃，湿度范围为：0%~100% rh，其外观如下图所示：
该温湿度传感器有四条线，颜色分别是：红、黑、黄、绿，各线的定义如下：
该温湿度传感器支持Modbus-RTU协议，相关通信参数如下：
支持的波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps，默认为9600bps；通信设置：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验位；支持站地址范围：1~247，默认为1；支持Modbus功能码0x03读取数据，数据格式如下表所示：支持Modbus功能码0x10或者0x06修改传感器的站地址或者波特率，数据格式如下表所示：
①0=1200bps；1=2400bps；2=4800bps；3=9600bps；4=19200bps；
2、CPU ST20与温湿度传感器的接线
本例程使用CPU ST20本体集成的串口(编号：Port0)连接温湿度传感器。Port0针脚定义如下表所示：
需要说明的是，西门子RS485信号线定义与很多厂家不同：多数厂家定义RS485信号A线为正极，信号B线为负极；但是西门子定义A线为负极，信号B线为正极。
因此，在本例程中，温湿度传感器的黄线（RS485+）应该与CPU ST20本体串口Port0的3号引脚相连；同时，温湿度传感器的绿线（RS485-）应该与Port0的8号引脚相连；
3、CPU ST20的编程
使用S7-200 SMART的库指令【Modbus RTU Master】中的MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令来与温湿度传感器进行Modbus-RTU通信。
MBUS_CTRL指令用来配置Modbus主站的通信参数，需要在每个扫描周期都调用。指令各参数含义如下：
Mode：通信协议的类型；0=PPI协议；1=Modbus协议；Baud：波特率；Parity：校验位，0=无校验，1=奇校验，2=偶校验；Port：端口号，CPU本体串口编号为0，通信板编号为1；Timeout：超时的时间值，单位为毫秒；Done：指令是否完成；Error：指令执行的状态值，0=没有错误；指令执行在线状态如下图所示：
MBUS_MSG指令用来与子站进行数据交换，其各参数含义如下：
First：请求数据交换，需要上升沿信号；Slave：从站地址；RW：读取或写入数据，0=读取，1=写入；Addr：Modbus寄存器地址；Count：要读取的数据长度；DataPtr：数据的存放地址；Done：指令是否执行完成，1=完成；Error：指令执行的状态值，0=没有错误；指令执行在线状态如下图所示：
通过状态图表，可以监控到读取的数值为293和639，分别表示温度为29.3℃和63.9%rh的湿度，如下图所示：
好了，这就是CPU ST20通过Modbus-RTU协议读取温湿度传感器数值的例程。我的新书《西门子S7-200 SMART PLC应用技术——编程、通信、装调、案例》有更多通信的内容介绍，点击下面的链接查看关于该书的介绍。
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