¡Soy un principiante en electrónica y mi conocimiento está tratando de aprender!
Estoy tratando de hacer que el siguiente sensor de humedad funcione con un Arduino. enlace
La programación real del Arduino que puedo manejar, pero necesito algunos consejos para reducir el suministro de 5V del Arduino a 1V, que es la tensión nominal del sensor. Sé que si lo envío a 5 V probablemente quemaré el sensor.
Supongo que lo que pregunto es: ¿qué valor de resistencia utilizo en mi tablero?
El sensor de humedad en la pregunta funciona con una señal de CA de hasta 1 voltio RMS. La hoja de datos menciona específicamente un rango de frecuencia de operación de 0.5 a 2 KHz, también.
Si el sensor funciona con suministro de CC , un electrodo ( el negativo, si recuerdo correctamente ) se deteriorará rápidamente debido a la migración de iones hacia una placa con preferencia a la otra, haciendo que la parte no funcione .
Ahora, con respecto a un mecanismo operativo adecuado:
La curva de impedancia del dispositivo abarca un rango de 1 a 10 Megaohmios a 20% de humedad relativa, hasta entre 1 y 5 kΩ a 90% de HR. La tabla de impedancia en la hoja de datos especifica valores de 1.1 kΩ a 7.2 mΩ , un intervalo demasiado amplio para que funcione un divisor de voltaje.
Calculando la corriente a través del dispositivo para 1 voltio a través de él, extendiendo este rango de impedancia hasta los límites del caso más desfavorable: A 90% de HR, para 1 kΩ, I = 100 μA Al 20% de HR, para 10 MΩ, I = 100 nA
Por lo tanto, se necesitaría una fuente de voltaje de muy baja impedancia (100 Ohmios) CA , para manejar este sensor adecuadamente, si se va a operar en modo de voltaje controlado. Esto muestra que un divisor de voltaje sería una forma muy ineficiente y, en cierto modo, ineficaz de conducir el sensor.
En su lugar, un enfoque más viable sería impulsar el sensor utilizando una fuente de corriente, con el DC bloqueado utilizando un capacitor adecuadamente grande.
Hay varios circuitos de fuente de corriente por ahí, que utilizan transistores bijunction, FETs u op-amps. Elija uno que se adapte a su propósito y presupuesto, conecte la corriente con una entrada de un pin de su microcontrolador que se conmuta a, por ejemplo, 1 KHz, y lea el voltaje a través del sensor utilizando un pin ADC de la MCU.
Tenga en cuenta que esto no dará resultados muy precisos, ya que tales sensores de humedad basados en electrodos se caracterizan mediante una onda sinusoidal bipolar. Las mejoras a la solución podrían incluir el uso de un filtro RC o LC para evitar los armónicos superiores de la señal de 1 KHz, dejando una aproximación de una onda sinusoidal de 1 KHz.
En realidad, el diseño de una onda sinusoidal de CA (cercana), la fuente de corriente rígida se deja como un ejercicio para otros menos preocupados que yo.
No necesitas un suministro de 1V. Necesitas algo relativamente más complicado que el.
Si bien la cantidad de esfuerzo que tomará dependerá del tipo de precisión que esté buscando, permítame explicarle qué sucede y cómo puede hacer que su sensor funcione.
Primero, el sensor de humedad no funciona con una fuente de alimentación de CC. Necesita una onda sinusoidal de 1 KHz con una polarización de 0 DC y un voltaje RMS de aproximadamente 1V. Esto se traduce en una onda sinusoidal entre aproximadamente + 1.414V y -1.414V. Necesitará un seno bipolar para esto, ya que es probable que cualquier polarización de CC haga que las lecturas del sensor sean incorrectas e incluso puedan dañarlo.
Segundo, lo que estás midiendo no es la resistencia, sino la impedancia. La impedancia es una combinación de los componentes L, C y R del sensor. Puede ver esto en circuitos de ejemplo llamados DUT - Dispositivo bajo prueba. Supongo que el sensor usa un cambio en épsilon (permitividad) y / o mu (permeabilidad) causado por la introducción de un dieléctrico - humedad. Esto significa que en realidad estás buscando cambios en la capacitancia y / / impedancia. (Como recuerdo, el agua no es magnética, lo más probable es que lo haga solo con la capacitancia, pero ese no es el punto y no es importante).
Además, parece que solo la magnitud de la impedancia es importante, y no el desfase. Esta es probablemente la única gracia salvadora.
Con este 'fondo', veamos lo que necesitarías para usar este sensor.
La onda sinusoidal (1V RMS) es mejor usarla como onda sinusoidal porque eso significa que la señal tiene lo que llamamos pureza espectral. Se compone de un solo componente en el dominio de la frecuencia. Si la onda es no una onda sinusoidal pura, sus mediciones comenzarán a ser incorrectas y cuanto mayor sea la impureza, menor será la relevancia de su tabla de calibración para los datos que produzca. Una onda cuadrada es probablemente una muy mala idea.
La mejor manera de generar una onda sinusoidal es utilizar un IC de generador de onda sinusoidal como un XR2207, que es fácil de usar pero desafortunadamente es difícil de obtener desde que se quedó obsoleto. Puede haber otras opciones disponibles similares a él. Alternativamente, podría usar un IC DDS (Síntesis Directa Digital) como Analog Devices AD9833 que puede generar ondas sinusoidales de alta pureza. En este caso, dado que la amplitud y la frecuencia son fijas, puede ser más simple y tener más sentido construir un oscilador de onda sinusoidal como el Oscilador de Puente de Wien. Tendría que sintonizarlo a una frecuencia cercana a 1KHz y una amplitud cercana a 1V RMS o 2.818V Pk-Pk, y asegurarse de que no haya una polarización de CC en la señal que genere. Un condensador en serie con la señal puede bloquear el componente de CC. Esto se denomina acoplamiento de CA y el capacitor a veces se denomina condensador de bloqueo de CC.
Una solución económica y fácil que puede probar es generar una onda cuadrada de 1KHz desde el Arduino, y pasarla a través de uno o más filtros de paso bajo sintonizados a aproximadamente 1.2 o 1.3 KHz. Esto podría bloquear los componentes de mayor frecuencia y convertir el cuadrado en algo así como un seno. Tenga en cuenta que esto no será ideal y definitivamente causará problemas con precisión. Como dije, depende de que tan preciso lo quieras. En este caso, también, deberá tener un condensador de bloqueo de CC en serie para deshacerse de la polarización de 2,5 VCC. El otro lado del capacitor, donde se encuentra el sensor, puede necesitar ser inclinado a tierra usando una alta resistencia.
Esta parte le permite excitar el sensor. Cuando se trata de medir lo que obtiene, no puede enviarlo directamente a un ADC. Primero debe convertir la señal de CA en medibles de CC. Por señal de CA, quiero decir en este caso que desea la amplitud de CA (RMS) y la corriente de CA. La amplitud de CA que puede medir utilizando un puente rectificador completo y un filtro de paso bajo. Esto le permitiría enviar una señal de CC a un ADC. Hay circuitos más precisos para hacer esto, una búsqueda de RMS a DC convertor debería permitirle encontrar uno.
Para medir la corriente alterna, incluiría una resistencia adicional en serie con el sensor y mediría el voltaje RMS a través de él usando la misma técnica que la anterior.
Utilizando la corriente y el voltaje de CA, y el voltaje de excitación de CA (1V RMS), puede calcular la impedancia y, por lo tanto, la humedad en función de la tabla de calibración de la hoja de datos.
Lee la hoja de datos. Primero necesitas generar 1 kHz AC; puedes usar uno de los temporizadores de Arduino para esto, y llevar su salida a un pin de Arduino. Luego conecte el divisor de voltaje de Camil a ese pin. 1 kHz es bastante lento, así que conectaría el sensor directamente a una entrada de ADC y haría varias lecturas de ADC por ciclo de 1 kHz, y usaría los valores máximo y mínimo para determinar la resistencia del sensor.