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新型温湿度传感器SHT10的原理及应用

宣布时间:2010年03月24日 10:03    宣布者:李宽
要害词: 传感器 , 温湿度 , 应用 , 原理
弁言

随着社会的赓续生前途步,人们进入了数字化信息时代,对生涯质量的请求愈来愈高。汽车、空调、除湿器、烘干机等都已尽人皆知,它们都离不开对温度、湿度等情形因素的请求。

瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。接纳CMOS历程微加工专利手艺(CMOSens technology),确保产物具有极高的可靠性和精彩的耐久稳固性。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转换器和1个2-wire数字接口在单芯片中无缝联络,使得该产物具有功耗低、回声快、抗滋扰才干强等优点。

1 SHTl0的特点

SHTlO的主要特点以下:

◆相对湿度和温度的丈量兼有露点输入;
◆所有校准,数字输入;
◆接口质朴(2-wire),照顾速率快;
◆超低功耗,自动休眠;
◆精彩的耐久稳固性;
◆ 超小体积(外面贴装);
◆测湿精度±4.5%RH,测温精度±O.5℃(25℃)。

2 引脚诠释及接口电路

(1) 尺度应用电路

SHTl0尺度应用电路如图1所示。

1.jpg

(2)电源引脚(VDD、GND)

SHTl0的供电电压为 2.4~5.5 V。传感器上电后,要期待1l ms,从“休眠”状态恢复。在此时代不发送任何指令。电源引脚(VDD和GND)之间可增添1个100 nF的电容器,用于去耦滤波。

(3)串行接口

SHTlO的两线串行接口(bidirectional 2-wire)在传感器旌旗暗记读取和电源功耗方面都做了优化处置赏罚赏罚,其总线类似I2C总线但着实不兼容I2C总线。

①串行时钟输入(SCK)。 SCK引脚是MCU与sHT10之间通讯的同步时钟,由于接口网罗了全静态逻辑,是以没有最小时钟频率。

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的降低沿以后发生改变,在SCK的上升沿有用。在数据传输时代,当SCK为高电寻常浅易,DATA数据线上必须保持稳固状态。

为防止数据发生抵触,MCU应当驱动DATA使其处于低电平状态,而外部接1个上拉电阻将旌旗暗记拉至高电平。

3 敕令与时序

(1)SHT10敕令

SHT1O敕令如表1所列。

2.jpg

(2)敕令时序

发送一组“传输启动”序列阻拦数据传输初始化,如图2所示。其时序为:当SCK为高电寻常浅易DATA翻转保持低电平,紧接着SCK发生1个发脉冲,随后在SCK为高电寻常浅易DATA翻转保持高电平。

3.jpg

紧接着的敕令网罗3个地址位(仅支持"000’)和5个敕令位。SHT10指导准确吸收敕令的时序为:在第8个SCK时钟的降低沿以后将DATA拉为低电平(ACK位),在第9个SCK时钟的降低沿以后释放DATA(此时为高电平)。

(3) 丈量时序(RH和T)

“000 00101”为相对湿度(RH)丈量,“000 000ll”为温度(θ)丈量。发送一组丈量敕令后控制器要期待丈量阻拦,这个历程年夜约须要20/80/320 ms,对应其8/12/14位的丈量。丈量时间随外部晶振的速率而变换,最多能够延伸30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入余暇形式。重新启动SCK时钟读出数据之前,控制器必须期待这个“数据准备好”旌旗暗记。

接上去传输2个字节的丈量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须经由历程拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB泉源,至LSB有用。例如关于12位数据,第5个SCK时钟时的数值作为MSB位;而关于8位数据,第1个字节(高8位)数据居心义。

确认cRc数据位以后,通讯阻拦。假定不应用(2RC-8校验,控制器可以在丈量数据LSB位以后,经由历程保持ACK位为高电平来阻拦本次通讯。

丈量和通讯阻拦后,SHTlO自动进入休眠状态形式。

(4)复位时序

假定与sHT10的通讯发生中止,可以经由历程随后的旌旗暗记序列来复位串口,如图3所示。保持DATA为高电平,触发SCK时钟9次或更多,接着在推行下次敕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,状态存放器的内容依然生涯。

4.jpg

(5)状态存放器读写时序

SHT10经由历程状态存放器完成初始状态设定。

读状态存放器时序如图4所示。

5.jpg

写状态存放器时序如图5所示。

6.jpg

状态存放器位如表2所列。

7.jpg

4 几点诠释

①CRC-8校验。所有数据的传输历程都由8位校验保证,确保任何弱点的数据都能够被检测到并删除[1]。

②为保持自己发烧温升小于O.1℃,SHTxx的激活时间不逾越10%。如12位精度丈量,每秒最多丈量2次。

③转换为物理量输入。相对湿度输入转换公式为:

8.jpg

其中,RHlinear为25℃时相对湿度的线性值,sORH为传感器输入的相对湿度的数值,C1,C2,C3为系数,如表3所列。

当丈量温度与25℃相差较年夜时,则须要推敲传感器的温度系数:

9.jpg

其中,RHlinear为温度不即是25℃时相对湿度的现实值,θc为以后温度,t1、t2是系数,如表4所列。

10.jpg

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由于湿度与温度经由统一块芯片丈量而得,是以SHT10可以同时完成高质量的露点丈量。详细算法可参阅参考文献[2],这里不再详述。

5 SHT10与ATmega8L的应用实例

这里以SHTl0与 Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L(外部8 MHz振荡频率)MCU的接口电路为例,给涌现实应用电路及控制法式模范模范实例。本例接纳ATmega8L微控制器控制SHT10,读取温湿度数据,并将效果显示在LCDl602(接纳4位形式)上,如图6所示。

12.jpg

法式模范模范接纳C语言模块化设计,年夜年夜便利被移植到其他MCU上应用,前进了使命效力。

参考文献

   1. Sensirion CRC Calculation Application Note 2006
   2. Sensirion Dew-point Calculation Application Note 2006
   3. Sensirion SHT10 Humidity Sensor Datasheet 2007
   4. Atmel Corporation ATmega8L Datasheet 2004
   5. 耿德根 AVR 高速嵌入式单片机原理与应用 2002
   6. 金春林 AVR C语言编程与应用实例 2003

作者:东芝年夜连无限公司 吴国宏
泉源:单片机与嵌入式系统应用  2009 (4)
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