發布日期：2022-10-09 點擊率：128
摘 要：詳細介紹Sensirion傳感器公司推出的新型集成數字式溫濕度傳感器。該傳感器采用CMOSens專利技術將溫度濕度傳感器、A/D轉換器及數字接口無縫結合，使傳感器具有體積小、響應速度快、接口簡單、性價比高等特點。本文結合實例講解該傳感器的命令、時序，以及其在單片機系統中的應用。
關鍵詞：SHT10；溫濕度傳感器；數字傳感器；ATmeg8L
引 言
隨著社會的不斷發展前進，人們進入了數字化信息時代，對生活質量的要求越來越高。汽車、空調、除濕器、烘干機等都已家喻戶曉，它們都離不開對溫度、濕度等環境因素的要求。
瑞士Sensirion公司推出了SHTxx單片數字溫濕度集成傳感器。采用CMOS過程微加工專利技術（CMOSens technology），確保產品具有極高的可靠性和出色的長期穩定性。該傳感器由1個電容式聚合體測濕元件和1個能隙式測溫元件組成，并與1個14位A/D轉換器以及1個2-wire數字接口在單芯片中無縫結合，使得該產品具有功耗低、反應快、抗干擾能力強等優點。
1 SHT10的特點
SHT10的主要特點如下：
◆相對濕度和溫度的測量兼有露點輸出；
◆全部校準，數字輸出；
◆接口簡單（2-wire）,響應速度快；
◆超低功耗，自動休眠；
◆出色的長期穩定性；
◆超小體積（表面貼裝）；
◆測濕精度±45%RH，測溫精度±0.5℃（25℃）。
2 引腳說明及接口電路
（1）典型應用電路
SHT10典型應用電路如圖1所示。
（2）電源引腳（VDD、GND）
SHT10的供電電壓為2.4V～5.5V。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠”狀態恢復。在此期間不發送任何指令。電源引腳（VDD和GND）之間可增加1個100nF的電容器，用于去耦濾波。
（3）串行接口
SHT10的兩線串行接口（bidirectional 2-wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優化處理，其總線類似I2C總線但并不兼容I2C總線。
①串行時鐘輸入（SCK）。SCK引腳是MCU與SHTIO之問通信的同步時鐘，由于接口包含了全靜態邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。
②串行數據（DATA）。DATA引腳是1個三態門，用于MCU與SHT10之間的數據傳輸。DATA的狀態在串行時鐘SCK的下降沿之后發生改變，在SCK的上升沿有效。在數據傳輸期間，當SCK為高電平時，DATA數據線上必須保持穩定狀態。
為避免數據發生沖突，MCU應該驅動DATA使其處于低電平狀態，而外部接1個上拉電阻將信號拉至高電平。
3 命令與時序
（1）SHT10命令
SHT10命令如表1所列。
（2）命令時序
發送一組“傳輸啟動”序列進行數據傳輸初始化，如圖2所示。其時序為：當SCK為高電平時DT翻轉保持低電平，緊接著SCK產生1個發脈沖，隨后在SCK為高電平時DATA翻轉保持高電平。
緊接著的命令包括3個地址位（僅支持“000”）和5個命令位。SHT10指示正確接收命令的時序為：在第8個SCK時鐘的下降沿之后將DATA拉為低電平（ACK位）,在第9個SCK時鐘的下降沿之后釋放DATA（此時為高電平）。
（3）測量時序（RH和T）
“000 00101”為相對濕度（RH）量，“000 00101”為溫度（θ）測量。發送一組測量命令后控制器要等待測量結束，這個過程大約需要20/80/320ms對應其8/12/14位的測量。測量時間隨內部晶振的速度而變化，最多能夠縮短30%。SHT10下拉DATA至低電平而使其進入空閑模式。重新啟動SCK時鐘讀出數據之前，控制器必須等待這個“數據準備好”信號。
接下來傳輸2個字節的測量數據和1個字節的CRC校驗。MCU必須通過拉低DATA來確認每個字節。所有的數據都從MSB開始，至LSB有效。例如對于12位數據，第5個SCK時鐘時的數值作為MSB位；而對于8位數據，第1個字節（高8位）數據無意義。
確認CRC數據位之后，通信結束。如果不使用CRC-8校驗，控制器可以在測量數據LSB位之后，通過保持ACK位為高電平來結束本次通信。
測量和通信結束后，SHT10自動進入休眠狀態模式。
（4）復位時序
如果與SHT10的通信發生中斷，可以通過隨后的信號序列來復位串口，如圖3所示。保持DATA為高電平，觸發SCK時鐘9次或更多，接著在執行下次命令之前必須發送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復位串口，狀態寄存器的內容仍然保留。
（5）狀態寄存器讀寫時序
SHT10通過狀態寄存器實現初始狀態設定。
讀狀態寄存器時序如圖4所示。
寫狀態寄存器時序如圖5所示。
4 幾點說明
①CRC-8校驗。整個數據的傳輸過程都由8位校驗保證，確保任何錯誤的數據都能夠被檢測到并刪除[1] 。
②為保持自身發熱溫升小于0.1℃，SHTxx的激活時間不超過10%。如12位精度測量，每秒最多測量2次。
③轉換為物理量輸出相對濕度輸出轉換公式為：
其中，RHlinear為25℃時相對濕度的線性值，SORH為傳感
器輸出的相對濕度的數值,c1，c2,c3為系數，如表3所列。
當測量溫度與25℃相差較大時，則需要考慮傳感器的溫度系數：
其中，RHtrue為溫度不等于25℃時相對濕度的實際值，θc為當前溫度，t1、t2是系數，如表4所列。
溫度輸出轉換公式為：
其中，θ為實際溫度，SOθ為傳感器輸出的溫度數值，θ1,θ2為系數，如表5、表6所列。
由于濕度與溫度經由同一塊芯片測量而得，因此SHT10可以同時實現高質量的露點測量。具體算法可參閱參考文獻[2] ，這里不再詳述。
5 SHT10與ATmegal的應用實例
這里以SHT10與Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L（內部8MHz振蕩頻率）MCU的接口電路為例，給出實際應用電路及控制程序實例。
本例采用ATmega8L微控制器控制SHT10，讀取溫濕度數據，并將結果顯示在LCD1602（采用4位模式）上，如圖6所示。
程序采用C語言模塊化設計，大大方便被移植到其他MCU上使用，提高了工作效率。
參考文獻：
[1]Sensirion.CRC Calculation Application Note,2006.
[2]Sensirion.Dew-point Calculation Application Note,2006.
[3]Sensirion.SHT10 Humidity Sensor Datasheet,2007.
縮略語：
FCS frame Check Sequence 幀校驗序列
TTS Text To Speech 語音合成
SSP Synchronous Serial Port 同步串行口
SMC Symbolic Model Checking 符號模型檢查
MANET Mobile Ad hoc NET 移動Ad Hoc網絡
WMN Wireless Mesh Network 無線網狀網
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