一、传感器基本概念
传感器是一种可以将物理量转换成电信号或其他可识别形式的设备。利用传感器，我们可以将温度、湿度等物理量转换成电信号，以便于传输和处理。
温湿度传感器则是一种用来检测环境温度和湿度的传感器。它一般由感温元件、感湿元件、信号处理电路和输出电路等组成，其中最核心的部分是感温元件和感湿元件。
二、感温元件原理
感温元件是温湿度传感器的核心部件之一。其原理一般为利用热敏特性或温度对某些物理量的影响，来检测环境温度。较常见的感温元件有热电偶和热敏电阻。
以热敏电阻为例，它的阻值随着温度变化而变化。如果将一只热敏电阻加入到一个电桥电路中，通过比较两端电压大小，可以得到一个与温度成正比的电压信号。
#define R25 10.0 // R25为标准电阻值
#define B 3950.0 // B值
#define analogPin 0 // 热敏电阻连接的模拟输入口
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
}
void loop() {
int val = analogRead(analogPin); // 读取模拟输入电压值
float resistance = (1023 - val) * R25 / val; // 通过串接电路计算出电阻值
float temperature = 1.0 / (1.0 / 298.15 + 1.0 / B * log(resistance / R25)) - 273.15; // 根据热敏电阻阻值计算温度值
Serial.println(temperature); // 将温度值输出到串口
delay(1000); // 延迟1秒
}
三、感湿元件原理
感湿元件则是另外一个核心部件，其原理一般为利用介电常数随湿度变化的特性，来检测环境湿度。较常见的感湿元件有电容性湿度传感器和表面阻抗湿度传感器。
以电容性湿度传感器为例，它由内芯、两片电极和包裹在内芯和电极之间的水滴传导层等组成。当环境中的湿度改变时，水滴层的介电常数也会改变，从而改变电容器的电容值。
#define R1 10000.0 // 上方电阻的电阻值
#define R2 33000.0 // 下方电阻的电阻值
#define VCC 5.0 // 供电电压
#define analogPin 0 // 电容性湿度传感器连接的模拟输入口
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
}
void loop() {
int val = analogRead(analogPin); // 读取模拟输入电压值
float voltage = val / 1023.0 * VCC; // 将电压转换成模拟输入电压
float resistance = R2 * (VCC / voltage - 1.0); // 计算出电容大小对应的电阻值
float humidity = (resistance - R1) * 100.0 / (3500 - R1); // 计算出对应的湿度
Serial.println(humidity); // 将湿度值输出到串口
delay(1000); // 延迟1秒
}
四、温湿度传感器应用举例
利用上述两个元件原理，我们可以轻松地制作出一个温湿度传感器，并且应用于各种场所。以Arduino为例，可以使用DHT11和DHT22温湿度传感器模块来实现温湿度检测。
#include "DHT.h" // 引入DHT库
#define DHTPIN 2 // 设置DHT连接的引脚
#define DHTTYPE DHT11 // 设置DHT类型为DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // 实例化DHT对象
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
dht.begin(); // 初始化DHT对象
}
void loop() {
delay(2000); // 延迟2秒
float temperature = dht.readTemperature(); // 读取温度值
float humidity = dht.readHumidity(); // 读取湿度值
Serial.print("Temperature: "); Serial.print(temperature); Serial.println(" *C"); // 将温度值输出到串口
Serial.print("Humidity: "); Serial.print(humidity); Serial.println(" %"); // 将湿度值输出到串口
}
