基于VHDL的數字濕度計研究

摘要：濕度計是一種常用的檢測儀器，文中利用FPGA器件與HS1101濕度傳感器設計實現了一種簡易的數字濕度計，用于檢測室內濕度。該濕度計具有結構簡單、測量準確性高、穩定性好等優點。
關鍵詞：濕度；濕度傳感器；VHDL；FPGA

0 引言
濕度與人類的生存和社會活動密切相關。濕度檢測、控制、報警等被廣泛應用于各種場合，如軍事、氣象、農業、工業、醫療、建筑以及家用電器等方面。
本文利用FPGA器件與HS1101濕度傳感器設計實現了一種簡易的數字濕度計，用于檢測室內濕度，它具有結構簡單、測量準確性高、穩定性好等優點。

1 硬件電路設計
數字濕度計硬件電路圖如圖1所示，由濕度檢測電路、AD轉換電路、FPGA電路板等組成。其中濕度檢測電路采用HS1101濕度傳感器用于檢測室內濕度。該傳感器具有性價比高、體積小、精度高、響應速度快等優點，廣泛應用于儀表、空調、除濕機、加濕機、倉儲、氣象以及工業自動化等領域。HS1101濕度傳感器是一種利用電容原理檢測的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規律，在檢測中，電容值隨著空氣濕度的變化而變化。

因此，本文利用將電容值的變化轉換成電壓的變化，然后利用AD轉換芯片ADC0804和FPGA器件進行數據采集。

2 軟件程序設計
根據系統的設計要求，將程序部分設計分為四個模塊，包括分頻模塊、AD轉換模塊、數據轉換模塊、顯示譯碼模塊。采用OuartusII開發平臺和VHDL語言完成程序設計。
2．1 分頻模塊
分頻電路是FPGA設計中使用頻率非常高的基本單元之一。本設計的分頻電路簡單方便、節約資源、可移置性強、便于系統升級，同時在以后的FPGA設計中也有很大的應用空間。圖2分頻模塊中是將50MHz時鐘信號分頻為2kHz的頻率。

2．2 AD轉換模塊
AD轉換模塊如圖3所示。從分頻模塊的輸出端口clk 2k輸出2kHz到AD轉換模塊的clock端口作為時鐘頻率信號；intr為中斷信號；input data[7．．0]為濕度數據輸入端口，由濕度傳感器檢測的模擬信號，通過AD電路轉換為數字信號傳給inputdata[7．．0]端口；cs是片選輸出端口，writeout是寫輸出端口，readout是讀輸出端口，分別對應ADC0804的片選／CS、讀控制／RD、寫控制／WR的引腳；dataout[7．．0]為數據輸出端口。

圖4為AD轉換模塊仿真圖，當復位鍵reset為0時，輸入數據為62時，輸出數據為0；當復位鍵reset為1時，輸入數據為28時，輸出數據為28。