Tp chớ Khoa hc v Phỏt trin 2008: Tp VI, S 5: 451-459 I HC NễNG NGHIP H NI
451
NGHIÊN CứU, THIếT Kế, CHế TạO THIếT Bị ĐO Độ ẩM KHÔNG KHí
TRONG Hệ THốNG SấY NÔNG SảN DạNG HạT
Design and Development of Adevice to Measureatmospheric Humidity
in a Grain Drying System
Nguyn Vn Linh
Khoa C in, Trng i hc Nụng nghip H Ni
TểM TT
Kim soỏt m trong h thng sy nụng sn dng ht cú vai trũ rt quan trng trong vic nõng
cao cht lng sn phm sy. Bi bỏo ny gii thiu kt qu nghiờn cu, thit k, ch to thit b o
m tng i trong h thng sy nụng sn dng ht, s dng cm bin o m tng i HS1101.
Thc ch
t, HS1101 l mt t in cú in dung thay i theo m tng i. Kt hp HS1101 vi b
nh thi CMOS 555 trong mch dao ng cho tớn hiu u ra cú tn s thay i theo m tng i.
Chu k xung ca tớn hiu u ra s c vi iu khin AT89C52 c v gi v mỏy tớnh tớnh toỏn v
hin th m tng i o
c.
T khoỏ: Cm bin, m tng i, thit b o.
SUMMARY
Monitoring the humidity in a grain drying system has played a very vital role in enhancing the
quality of products. The present paper focuses on the design and development of a device for
measuring relative humidity using sensor HS1101. In fact, HS1101 is a capacitor that has capacitance
related to relative humidity. The sensor was combined with integrated circuit timer CMOS 555 in an
oscillating circuit to produce a signal with a humidity-dependent frequency. The signal period was then
read by a microcontroller named AT89C52. Finally, the value of signal period was sent to a computer to
calculate and display the value of measured relative humidity.
Key words: Measurement Device, relative humidity, sensor.
1. ĐặT VấN đề
Kiểm soát độ ẩm của sản phẩm sấy
trong cả quá trình sấy có ý nghĩa quyết

Nghiờn cu, thit k, ch to thit b o m khụng khớ
452
cảm biến HS1101 v timer CMOS 555.
Phạm vi đo độ ẩm tơng đối của module từ
1 99% v sai số 2% (Raycho & cs, 2006).
2 VậT LIệU V PHƯƠNG PHáP
2.1. Cảm biến độ ẩm tơng đối HS1101
v vi điều khiển AT89C52
Hệ thống sấy sử dụng cảm biến độ ẩm
tơng đối HS1101 của hãng HUMIREL
(Hình 1), có dải đo trong khoảng 1% 99%.
Thực chất đây l một tụ điện có điện dung
thay đổi theo độ ẩm, theo (Humirel, 2002)
điện dung của cảm biến độ ẩm HS1101
thay đổi theo độ ẩm tơng đối của không
khí đợc biểu diễn bằng phơng trình:
73
52 3 1
C(pf ) C @ 55%(1,25.10 .RH
1,36.10 .RH 2,19.10 .RH 9,00.10 )


=
++
(1)
Trong đó:
C(pf) - điện dung của cảm biến tại độ
ẩm tơng đối % RH, F
C@55%- điện dung của cảm biến tại
độ ẩm tơng đối 55% v có

tránh nhiễu giải pháp mạch không sử
dụng tín hiệu đầu ra dạng điện áp. Thay
vo đó, mạch đợc thiết kế với tín hiệu đầu
ra dạng chuỗi xung có tần số thay đổi theo
độ ẩm tơng đối. Bộ chuyển đổi điện dung
tần số ny (Hình 3) đợc tạo thnh khi
kết hợp cảm biến HS1101 với timer CMOS
555 của hãng TEXAS. Xung tín hiệu sẽ
đợc đọc v đợc số hoá thnh tín hiệu số
tơng ứng với độ ẩm tơng đối của không
khí bằng chơng trình phần mềm nạp trên
vi điều khiển AT89C52.
Mạch xử lý v số hoá tín hiệu độ ẩm
sử dụng vi điều khiển AT89C52 có kết nối
Hình 1. Cảm biến độ ẩm tơng đối của không khí HS1101
(a) - Hỡnh dỏng bờn ngoi; (b) - ng cong c tớnh
205

200

195

190

185

180

175


thiết bị đã đợc chế tạo theo thiết bị
PSYCHRO - DYNE sao cho sai số giữa hai
thiết bị l nhỏ nhất.
3. KếT QUả
3.1. Sơ đồ mạch
Thiết bị đo độ ẩm tơng đối tác nhân
sấy trong hệ thống sấy nông sản đợc sơ
đồ hoá (Hình 2): Độ ẩm tơng đối của không khí đợc
đo v chuyển thnh tín hiệu điện thông
qua khối mạch cảm biến v gia công. Sau
khi qua mạch cách ly có tác dụng lm
vuông xung tín hiệu, khối mạch vi điều
khiển sẽ đọc tần số xung v số hoá thnh
tín hiệu số trớc khi chuyển cho máy tính
giám sát v điều khiển thông qua mạch
giao tiếp máy tính. Máy tính sẽ tính toán
giá trị nhận đợc từ khối vi điều khiển,
hiển thị giá trị độ ẩm tơng đối, đồng thời

cỏch ly
Khi mch vi
iu khin
Mỏy tớnh iu khin
v giỏm sỏt
Mch giao tip
mỏy tớnh
Hình 2. Sơ đồ khối thiết bị đo độ ẩm tơng đối tác nhân sấy
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ ẩm không khí
454
R1
909k
NE555
2
5
3
7
6
4
8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VCC
GND
to 4081
HS1101
H×nh 3. Khèi m¹ch c¶m biÕn vμ gia c«ng
H×nh 4. Xung dao ®éng
t¹i ®Çu ra cña 555
+5V
out_pulse
in_pulse 4081
12
13
11

40
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35

P3.3/INT1
P3.4/TO
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
Y1
11.0592MHz
H×nh 6. Khèi m¹ch vi ®iÒu khiÓn
Nguyn Vn Linh
455
3.1.3. Khối mạch vi điều khiển
Khối xử lý trung tâm (Hình 6) sử dụng
vi điều khiển họ MCS51 - AT89C52 của
hãng ATMEL AT89C52 đợc chơng trình
hoá có nhiệm vụ điều khiển, đọc v xử lý
tín hiệu, truyền v nhận dữ liệu với máy
tính. Các thông số cơ bản của vi điều
khiển: Lm việc tại tần số 11.0592MHz
khối dao động thạch anh Y1 v hai tụ điện
C4, C5 tạo thnh mạch dao động cho vi
điều khiển; có bộ nhớ chơng trình 8K, bộ
nhớ dữ liệu RAM 256bytes, các đầu vo ra

3.1.5. Máy tính điều khiển v giám sát
Để giao tiếp giữa máy tính v ngời sử
dụng, trong thiết kế giao diện đợc viết
bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0.
Chơng trình phần mềm bao gồm các bớc
tính toán trên v kết quả đợc hiển thị
trên giao diện. Lu đồ thuật toán của
chơng trình đợc giới thiệu theo hình 8.

+5V
+5V
f rom pin10

R2OUT
T1I N
T2I N
R1IN
R2IN
T1OUT
T2OUT
C7 1uF
C9
1uF
C8 1uF
CONNECTOR DB9
5
9
4
8
3
7
2
6
1
To PC
AT89C52
AT89C52
Hình 7. Mạch giao tiếp máy tính
Khi to h thng
Nhn d liu t vi iu khin
AT89C52
Tớnh tn s xung tớn hiu u ra
Gii phng trỡnh (5) tỡm m

Trong đó:
t
high
thời gian nạp, s
C@%RH - điện dung của cảm biến
tại độ ẩm tơng đối % RH, F
Sau khi nạp đến ngỡng 3,35V (với
điện áp nguồn nuôi 5V) tụ điện tơng
đơng HS1101 sẽ phóng qua R2, qua chân
7 của NE555 về âm nguồn - khép mạch
cho HS1101. Thời gian phóng phụ thuộc
vo độ ẩm tơng đối v đợc xác định theo
công thức (Humirel, 2002):

2ln.2.%@ RRHCt
low
=
(3)
Trong đó:
t
low
thời gian phóng, s
C@%RH điện dung của cảm biến
tại độ ẩm tơng đối %RH, F
Tụ tơng đơng HS1101 phóng tới mức
1,65V (điện áp nguồn nuôi 5V) thì lật trạng
thái quay lại quá trình nạp. Tín hiệu đầu ra
trên chân 3 của NE555 l một xung vuông
có tần số thay đổi theo độ ẩm tơng đối v
đợc tính bởi biểu thức (Humirel, 2002):


Xung vuông từ chân 3 của NE555 tiếp
tục đợc đa qua cổng AND4081 để lm
vuông trớc khi đi vo vi điều khiển
AT89C52.
Xung tín hiệu đợc đa trực tiếp vo
chân ngắt ngoi P3.2/INTO của vi điều
khiển AT89C52. Với chơng trình ngắt
đợc viết trớc cho vi điều khiển, biến đếm
chơng trình sẽ tăng lên một đơn vị mỗi
khi có sờn xuống của xung tín hiệu vo
chân P3.2/INTO.
Với thiết kế đã trình by, tần số xung
tại chân 3 của NE555 sẽ thay đổi trong
khoảng từ 7351Hz tới 6033Hz tơng đơng
độ ẩm tơng đối thay đổi từ 0% đến 100%.
Mặt khác, AT89C52 l vi điều khiển 8bit
nên biến đếm chơng trình có giá trị lớn
nhất 255. Theo tính toán lý thuyết, sau
khoảng thời gian 20ms nên đọc giá trị biến
đếm một lần, đồng thời reset biến đếm
chơng trình về 0. Việc lm ny tránh cho
biến đếm chơng trình bị trn.
Giá trị đọc đợc từ biến đếm chơng
trình chính l số chu kỳ xung trên chân 3
của NE555 trong khoảng thời gian 20ms.
Giá trị ny sẽ đợc gửi tới máy tính.
Trên máy tính, tần số xung trên chân
3 của NE555 đợc tính:


458
Kết quả thử nghiệm cho thấy ở dải độ
ẩm thấp giá trị đo có độ chính xác cao hơn
khi đo ở dải độ ẩm cao. Điều ny đợc giải
thích trên cơ sở đặc tính lm việc của cảm
biến độ ẩm HS1101 tuyến tính hơn ở dải
độ ẩm thấp (Hình 10).

Các thông số kỹ thuật của thiết bị
Min Typ Max n v
Nhit lm vic -40 100
o

trong các khu sản xuất rau sạch, Đặc
biệt, thiết bị l tiền đề cho việc thiết kế các
hệ thống tự động điều chỉnh.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125
Thi gian o, phỳt
m tng i tỏc nhõn sy, %
m o bng thit b ch to, % m o bng thit b o ca hóng SOUTHAMPTON, %
Hình 10. Kết quả thử nghiệm thiết bị đo độ ẩm tơng đối không khí
Nguyễn Văn Linh
459
Tμi liÖu tham kh¶o
Jim Harden (2005). Weather Station.
Mississippi State University.
Atmel (1999). 8bit Microcontroller with 8K
Bytes Flash.
Humirel (2002). HS11xx Data Sheet.