溫濕度感測器原理

一、感測器基本概念

感測器是一種可以將物理量轉換成電信號或其他可識別形式的設備。利用感測器，我們可以將溫度、濕度等物理量轉換成電信號，以便於傳輸和處理。

溫濕度感測器則是一種用來檢測環境溫度和濕度的感測器。它一般由感溫元件、感濕元件、信號處理電路和輸出電路等組成，其中最核心的部分是感溫元件和感濕元件。

二、感溫元件原理

感溫元件是溫濕度感測器的核心部件之一。其原理一般為利用熱敏特性或溫度對某些物理量的影響，來檢測環境溫度。較常見的感溫元件有熱電偶和熱敏電阻。

以熱敏電阻為例，它的阻值隨著溫度變化而變化。如果將一隻熱敏電阻加入到一個電橋電路中，通過比較兩端電壓大小，可以得到一個與溫度成正比的電壓信號。

#define R25 10.0   // R25為標準電阻值
#define B 3950.0   // B值
#define analogPin 0   // 熱敏電阻連接的模擬輸入口

void setup() {
  Serial.begin(9600);   // 初始化串口通信
}

void loop() {
  int val = analogRead(analogPin);   // 讀取模擬輸入電壓值
  float resistance = (1023 - val) * R25 / val;  // 通過串接電路計算出電阻值
  float temperature = 1.0 / (1.0 / 298.15 + 1.0 / B * log(resistance / R25)) - 273.15;  // 根據熱敏電阻阻值計算溫度值
  Serial.println(temperature);   // 將溫度值輸出到串口
  delay(1000);    // 延遲1秒
}

三、感濕元件原理

感濕元件則是另外一個核心部件，其原理一般為利用介電常數隨濕度變化的特性，來檢測環境濕度。較常見的感濕元件有電容性濕度感測器和表面阻抗濕度感測器。

以電容性濕度感測器為例，它由內芯、兩片電極和包裹在內芯和電極之間的水滴傳導層等組成。當環境中的濕度改變時，水滴層的介電常數也會改變，從而改變電容器的電容值。

#define R1 10000.0  // 上方電阻的電阻值
#define R2 33000.0  // 下方電阻的電阻值
#define VCC 5.0   // 供電電壓
#define analogPin 0   // 電容性濕度感測器連接的模擬輸入口

void setup() {
  Serial.begin(9600);   // 初始化串口通信
}

void loop() {
  int val = analogRead(analogPin);   // 讀取模擬輸入電壓值
  float voltage = val / 1023.0 * VCC;  // 將電壓轉換成模擬輸入電壓
  float resistance = R2 * (VCC / voltage - 1.0);  // 計算出電容大小對應的電阻值
  float humidity = (resistance - R1) * 100.0 / (3500 - R1);  // 計算出對應的濕度
  Serial.println(humidity);   // 將濕度值輸出到串口
  delay(1000);    // 延遲1秒
}

四、溫濕度感測器應用舉例

利用上述兩個元件原理，我們可以輕鬆地製作出一個溫濕度感測器，並且應用於各種場所。以Arduino為例，可以使用DHT11和DHT22溫濕度感測器模塊來實現溫濕度檢測。

#include "DHT.h"   // 引入DHT庫

#define DHTPIN 2   // 設置DHT連接的引腳
#define DHTTYPE DHT11   // 設置DHT類型為DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);   // 實例化DHT對象

void setup() {
  Serial.begin(9600);   // 初始化串口通信
  dht.begin();    // 初始化DHT對象
}

void loop() {
  delay(2000);   // 延遲2秒
  float temperature = dht.readTemperature();   // 讀取溫度值
  float humidity = dht.readHumidity();    // 讀取濕度值
  Serial.print("Temperature: "); Serial.print(temperature); Serial.println(" *C");   // 將溫度值輸出到串口
  Serial.print("Humidity: "); Serial.print(humidity); Serial.println(" %");   // 將濕度值輸出到串口
}