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Sensor de Humedad 1-Wire

Sensor de Humedad 1-wire

El sensor de humedad, está destinado a completar mi estación meteorológica T-238+, sin embargo, se puede utilizar para cualquier otro uso donde sea necesaria la lectura de la humedad relativa del aire.

Es un montaje muy simple y sólo requiere dos integrados, uno destinado a hacer las mediciones de humedad HIH-4000-004, y el otro que se dedica a las comunicaciones 1-wire, DS2438.

Este tipo de sensor saca una respuesta lineal en función de la Humedad Relativa del aire, de tal forma que midiendo el voltaje podemos saber la humedad, más abajo se describe en detalle cómo calcular la Humedad Relativa, partiendo del voltaje.

 

La salida de este voltaje será típicamente empleado como entrada de un dispositivo que utilice este valor para "hacer cosas", o a través de un microcontrolador, desde donde podamos, mediante software implementar las rutinas de control o de display. En nuestro caso el dispositivo que vamos a utilizar para las comunicaciones con el microcontrolador es un dispositivo 1-wire, en concreto un DS2438, este enfoque nos permitirá tener el sensor de medida en un lugar apropiado (ej. fuera de casa), y a través del bus 1-wire lo llevaremos al microcontrolador, que se encargará de mostrar en pantalla la Humedad Relativa del aire.

 

En la imagen se puede observar un HIH-4000-004, El pinout es como sigue: mirando de frente el sensor, tal y como aparece en la imagen, el pin de la izquierda es Masa (-), el del centro es la salida (Vout), y el de la derecha es la entrada de voltaje (Vin), típicamente y recomendablemente 5 V.

EL SENSOR DE HUMEDAD

A la hora de adquirir un sensor de humedad, hay muchos disponibles en el mercado, en mi caso he elegido el HIH-4000-004, realmente nos vale cualquiera de la serie 4000 de HIH, sin embargo hay pequeñas diferencias entre ellos:

HIH-4000-001: Encapsulado SIP, con 0.1 de espaciado entre pines. SIN DATOS DE CALIBRACIÓN.

HIH-4000-002: Encapsulado SIP, con 0,05 de espaciado entre pines, SIN DATOS DE CALIBRACIÓN.

HIH-4000-003: Encapsulado SIP, con 0.1 de espaciado entre pines CON DATOS DE CALIBRACIÓN.

HIH-4000-004: Encapsulado SIP, con 0.05 de espaciado entre pines CON DATOS DE CALIBRACIÓN.

La recomendación es utilizar alguno de los que vienen CON DATOS DE CALIBRACIÓN, si queremos obtener la máxima precisión de nuestro montaje. Si sólo queremos una orientación, nos servirán los 2 primeros, aunque también podemos hacer nosotros mismos la calibración. Sin embargo disponer de instrumentación de laboratorio con la suficiente precisión como para calibrar nuestra sonda puede ser un desafío que no esté al alcance del aficionado medio.

 

DATOS DE CALIBRACIÓN:

Junto a los sensores de las series 003 y 004, nos viene una hoja con los siguientes datos (reproduzco los que lleva el sensor que he adquirido):

MODEL: HIH-4000-004

CHANNEL: 199

SERIAL NUMBER: 24101304312

WAFER NUMBER: 00861B02

MRP NUMBER: 82308151

Hasta aquí son los datos de trazabilidad (localización e identificación del componente).

A continuación vienen los datos de calibración:

CALCULATED VALUES AT 5V (Esto nos indica que los valores que se indican a continuación han sido medidos con un voltaje de entrada al sensor de 5 V.)

Vout @0%RH: 0.843512 V (Este es el voltaje que sacará el sensor cuando la Humedad relativa del aire sea del 0% y el voltaje de entrada sean 5V,también llamado Offset.)

Vout@75.3%RH: 3.186339 V (evidente, el voltaje a 75.3% de Humedad con una entrada de 5V).

Accuracy @ 25C: 3.5%RH (Es la precisión de nuestra medida a una temperatura ideal de 25 grados centígrados). Es decir la medida tiene una precisión del 3.5%.

Slope: 31.113235 mV/%RH, (Pendiente, es decir, esto indica que por cada 1% de Humedad Relativa que aumentemos, la salida aumentará en 31.113235 mVoltios.

Sensor RH: (Vout-0.844)/0.031, ESTE DATO, QUE SE PUEDE DEDUCIR DE LOS DATOS ANTERIORMENTE  INDICADOS, NOS VA A PROPORCIONAR LA FÓRMULA DE CÁLCULO DE LA HUMEDAD RELATIVA EN FUNCIÓN DEL VOLTAJE DE SALIDA (SUPONIENDO, COMO SE HA INDICADO AL PRINCIPIO QUE EL VOLTAJE DE ENTRADA SON 5V.)

Veamos un ejemplo:

Supongamos que el voltaje de salida del sensor es de 3.5V (siendo la entrada 5V), para saber la humedad relativa del aire: RH = (3.5V - 0.844V) / 0.031 = 85.67%, ES DECIR LA HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE EN ESE MOMENTO ES DEL 85.67% (con un error posible del 3.5%).

Radiometric Response for 0% to 100%RH. Vout = Vsupply (0.169 to 0.791), ESTE DATO NOS DA UNA PISTA DE LOS VOLTAJES QUE OBTENDREMOS SI LA ENTRADA NO SON 5 VOLTIOS. Sin embargo salvo por causas muy justificadas, lo más sencillo será poner un regulador de tensión a 5V (Tipo 7805 o 78L05), y proporcionar al sensor una tensión estabilizada de 5 V.

Hay que tener en cuenta que en Datasheet del sensor nos indican que la tensión de alimentación debe estar comprendida entre 4V y 5.8V, por tanto dado que tiene un rango de entrada tan pequeño, no estandarizar la tensión a 5V no es una buena solución.

Para los amantes de la precisión y finura, el Datasheet también ofrece una compensación de la medida en función de la temperatura, estos datos están disponibles en el Datasheet, pero dado que nuestro objetivo es medir con razonable precisión, pero no a niveles de laboratorio, vamos a obviar esta compensación, sabiendo que en un momento dado, lo podemos implementar.

EL INTEGRADO PARA COMUNICACIONES 1-WIRE: DS2438

En el paso anterior hemos conseguido un voltaje que directamente proporcional a la Humedad Relativa del aire, a partir de aquí ya podríamos hacer cosas, sin embargo para que dicho sensor de Humedad se pueda integrar en mi estación meteorológica, es necesario establecer un protocolo de comunicaciones 1-wire. ¿cómo? a través del integrado DS2438. El DS2438 es un integrado diseñado originalmente como controlador para cargadores de baterías. Sin embargo se va a utilizar una de sus funciones (un conversor analógico digital a protocolo 1-wire, para nuestro propósito.

Es decir la salida analógica del sensor de humedad, la vamos a tomar como entrada del conversor A/D del DS2438, el que va a hacer dos cosas: por un lado, digitalizar la señal, y por otro lado sacarla por una salida digital en protocolo 1-wire, de tal forma que pueda ser manejada por cualquier dispositivo que lleve este protocolo.

NOTA SOBRE LA OBTENCIÓN DEL DS2438

Este integrado es obsoleto, y cada vez es más dificil de conseguir, no obstante, es posible conseguirlo a través de ebay. Sin embargo hay que ser cuidadoso en la compra, ya que si se anuncia como DS2438, en realidad son clones del original DALLAS DS2438, y aunque funcionan igual, tienen diferentes códigos de familia, que si pretendemos integrar nuestro sensor de humedad en un dispositivo 1-wire estándard nos puede dar algún problema. En mi caso fué necesario retocar el código de la estación y sustituir el código de familia 26 (Original de DALLAS), por el código A6 (que llevan los clones que compré). Si usted va a comprar un DS2438 le sugiero que compre los originales (si los puede localizar), o bien que esté dispuesto a "trastear" para adaptar el clon a una comunicación estándard, esto último no siempre va a ser posible debido a que los softwares de los microcontroladores no suelen ser abiertos, sin embargo Will Beals, diseñador de la T-238+ ha abierto el código y lo pone a disposición de los aficionados que, para propósitos personales, lo quieran modificar.

 

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Tested in IE7+, Firefox, Opera, Chrome, Safari and Camino.

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