Um die Kapazitätsänderung des MiniCap2 auswerten zu können, ist eine externe Beschaltung des Sensors nötig. Prinzipiell kann man zwei Wege beschreiten.

Der erste Weg wäre der Aufbau eines einfachen RC-Gliedes (Reihenschaltung). Im Ausgangszustand ist das C mit einem Pin gegen Masse angeschlossen, R ist an seinem noch freien Pin an den MC angeschlossen. Der Mittelabgriff zwischen C und R wird auf einen AD-Pin geführt. Nun schaltet der Digital-Pin um auf H-Pegel. Somit beginnt sich das C über den Widerstand aufzuladen. R ist hierbei ausreichend groß zu dimensionieren, um ein "hohe" Zeitkonstante τ = R*C zu erhalten. Nun muss die Zeit ausgemessen werden, in welcher sich der Kondensator auf einen bestimmten Wert aufgeladen hat. Hat der Kondensator beispielsweise 63% von Vcc (5V) erreicht, ist einmal τ vergangen. Da der Widerstand bekannt ist, kann mittels C = τ/R ausgerechnet werden. Die Kapazität steht nun in direktem Zusammenhang zur aktuellen Luftfeuchte. Alternativ kann man noch zu anderen Spannungswerten entsprechende Gleichungen aufstellen, um so eine Mittelwertbildung bzw. ein exakteres Messen zu ermöglichen.

Zeit Spannung
1*τ 63% von Vcc
2*τ 86%
3*τ 95%
4*τ 98%
5*τ 99%
0,69*τ 50%

Das Problem an dieser Variante ist, dass sie 2 Pins sowie einen Timer kostet. Ein ordentliches Messen sollte jedoch ohne Probleme möglich sein. Am Beispiel betrachtet kann man für das C etwa 207pF ansetzen. Je nach Luftfeuchtigkeit schwankt die Kapazität dann zwischen 176-238pF. Somit ergeben sich bei einem R von 50K beispielsweise Zeitkonstanten von 8,8ms bis 11,9ms. Durch variieren von R hat man somit noch gewissen Spielraum, was die Zeitkonstante angeht. Es ergibt sich im oben gerechneten Beispiel eine Änderung der Zeitkonstanten von (11,9ms-8,8ms)/100 = 31µs je Prozent relativer Luftfeuchtigkeit. Hieraus wird ersichtlich, dass für eine genaue Messung schon ein  gewisses Timing einzuhalten ist.

Der zweite Weg kann dem Datenblatt entnommen werden. Hierfür werden zwei externe Timer benötigt. Im Beispiel wird der Schaltkreis ICM7556 verwendet. Dieser stellt bereits in einem Gehäuse zwei Timer in CMOS-Logik bereit. Zusätzlich werden 5 Widerstände und 3 Kondensatoren benötigt. Als Spannung braucht man 2,5V, welche über einen entsprechenden Spannungsteiler bereit gestellt werden kann.

Die obige Grafik zeigt aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einen Teil des Aufbaus. Mit der dargestellten Beschaltung des Schaltkreises soll ein Signal aus 20ms Impulsen erzeugt werden. Dafür ist eine Frequenz von etwa 50Hz nötig. Dem Datenblatt kann für die Beschaltung als astabiler Multivibrator die folgende Formel entnommen werden: f = 1,46/((R1+2*R2)*C). Setzt man die Werte aus dem Schaltplan ein, erhält man 55Hz.

Mit dieser Frequenz wird nun der zweite Timer getaktet (OUT1 an /TRIGG2). Er wird als monostabile Kippstufe geschalten. Im Endeffekt wird über den Sensor (also dessen variable Kapazität) und einen Widerstand R3 eine PWM des 55Hz-Signales vorgenommen. Das Tastverhältnis ist ein direktes Maß für die Größe der Kapazität. Die Einschaltzeit ergibt sich laut Datenblatt zu Ton = 1,1*R*C. Die Ausschaltzeit ist durch die gegebene Gesamtzeit von 1/55Hz = 18ms vorgegeben. Sie ergibt sich zu Taus = T - Ton.

R4 und C2 dienen zur wechselspannungsmäßigen Ankopplung des Sensors (Hochpass). R5 und C3 bilden einen Tiefpass. Hinter ihnen kann ein zur Luftfeuchtigkeit proportionales Gleichsignal abgegriffen werden. Alternativ kann man natürlich auch das PWM-Signal per Software oder durch eine zusätzliche Beschaltung auswerten.

 

Zurück zur Startseite.