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做座新型温湿度传感器SHT10的原理及应用

发布时间:2021-10-09 05:43:19 阅读: 来源:脚踏阀厂家

新型温湿度传感器SHT10的原理及应用

引 言

随着社会的不断发展前进,人们进入了数字化信息时代,对生活质量的要求越来越高。汽车、空调、除湿器、烘干机等都已家喻户晓,它们都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。

瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿同时度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术(CMOSens technology),确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成,并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合,使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。

1 SHT10的特点

SHT10的主要特点如下:

◆相对湿度和温度的测量兼有露点输出;

◆全部校准,数字输出;

◆接口简单(2-wire),响应速度快;

◆超低功耗,自动休眠;

◆出色的长期稳定性;

◆超小体积(表面贴装);

◆测湿精度 45%RH,测温精度 0.5℃(25℃)。

2 引脚说明及接口电路

(1)典型应用电路

SHT10典型应用电路如图1所示。

(2)电源引脚(VDD、GND)

SHT10的供电电压为2.4V~5.5V。传感器上电后,要等待11ms,从 休眠 状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚(VDD和GND)之间可增加1个100nF的电容器,用于去耦滤波。

(3)串行接口

SHT10的两线串行接口(bidirectional 2-wire)在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理,其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。

①串行时钟输入(SCK)。SCK引脚是MCU与SHTIO之问通信的同步时钟,由于接口包含了全静态逻辑,因此没有最小时钟频率。

②串行数据(DATA)。DATA引脚是1个三态门,用于MCU与SHT10之间的数据传输。DATA的状态在串行时钟SCK的下降沿之后发生改变,在SCK的上升沿有效。在数据传输期间,当SCK为高电平时,DATA数据线上必须保持稳定状态。

为避免数据发生冲突,MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态,而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。

3 命令与时序

(1)SHT10命令

SHT10命令如表1所列。

(2)命令时序

发送一组 传输启动 序列进行数据传输初始化,如图2所示。其时序为:当SCK为高电平时DT翻转保持低电平,紧接着SCK产生1个发脉冲,随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。

紧接着的命令包括3个地址位(仅支持 000 )和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为:在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平(ACK位),在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA(此时为高电平)。

(3)测量时序(RH和T)

000 00101 为相对湿度(RH)量, 000 00101 为温度( )测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束,这个过程大约需要20/80/320ms对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化,最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前,控制器必须等待这个 数据准备好 信号。

接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始,至LSB有效。例如对于12位数据,第5个SC为了提高加工稳定性K时钟时的数值作为MSB位;而对于8位数据,第1个字节(高8位)数据无意义。

确认CRC数据位之后,通信结束。如果不使用CRC-8校验,控制器可以在测量数据LSB位之后,通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。

测量和通信结束后,SHT10自动进入休眠状态模式。

(4)复位时序

如果与SHT10的通信发生中断,可以通过随后的信号序列来复位串口,如图3所示。保持DATA为高电平,触发SCK时钟9次或更多,接着在执行下次命令之前必须发送一组 传输启动 序列。这些序列仅仅复位串口,状态寄存器的内容仍然保留。

(5)状态寄存器读写时序

SHT10通过状态寄存器实现初始状态设定。

读状态寄存器时序如图4所示。

写状态寄存器时序如图5所示。

4 几点说明

①CRC-8校验。整个数据的传输过程都由8位校验保证,确保任何错误的数据都能够被检测到并删除[1] 。

②为保持自身发热温升小于0.1℃,SHTxx的激活时间不超过10%。如12位精度测量,每秒最多测量2次。

③转换为物理量输出相对湿度输出转换公式为:

其中,RHlinear为25℃时相对湿度的线性值,SORH为传感

器输出的相对湿度的数值,c1,c2,c3为系数,如表3所列。

当测量温度与25℃相差较大时,则需要考虑传感器的温度系数:

其中,RHtrue为温度不等于25℃时相对湿度的实际值, c为当前温度,t1、t2是系数,如表4所列。

温度输出转换公式为:

其中, 为实际温度,SO 为传感器输出的温度数值, 1, 2为系数,如表5、表6所列。

由于湿度与温度经由同一块芯片测量而得,因此SHT10可以同时实现高质量的露点测量。具体算法可参阅参考文献[2] ,这里不再详述。

5 SHT10与ATmegal的应用实例

这里以SHT10与Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L(内部8MHz振荡频率)MCU的接口电路为例,给出实际应用电路及控制程序实例。

本例采用ATmega8L微控制器控制SHT10,读取温湿度数据,并将结果显示在LCD1602(采用4位模式)上,如图6所示。

程序采用C语言模块化设计,大大方便被移植到其他MCU上使用,提高了工作效率。

参考文献:

[1]C Calculation Application Note,2006.

[2]w-point Calculation Application Note,2006.

[3]T10 Humidity Sensor Datasheet,2007.

缩略语:

FCS Frame Check Sequence 帧校验序列

TTS Text To Speech 语音合成

SSP Synchronous Serial Port 同步串行口

SMC Symboli夹装置不应完全锁紧c Model Checking 符号模型检查

MANET Mobile Ad hoc NET 移动Ad Hoc络

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