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SHT11型溫濕度傳感器的主要特點
    摘要:它是瑞士Sensirion公司欧美AV的具有接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器,采用独特的CMOSens TM技术,具有数字输出、免调试、免校准、外围电路全互换等特点。详细介绍了传感器的性能特点、接口时序和命令,给出了接口电路和相应的程序。综述了温湿度测量在仓库管理、欧美AV、气象观测、科学研究和日常生活中的广泛应用。传统的模拟湿度传感器一般需要设计信号调理电路,经过复杂的校准和校准过程,测量精度难以保证,线性、重复性等性能往往不理想。CMOSensTM技术是由瑞士Sensirion公司开发的,该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术相结合,起到了很强的互补作用。性能特性
   
    SHT11型溫濕度傳感器的主要特點是:(1)集成溫濕度傳感器、信号放大与调理、AD转换与接口为一体(CMOSensTM技术);(2)输出标定的相对湿度和温度值;(2)I2C总线数字输出接口。具有露点计算输出功能;(2)具有露点计算输出功能;(4)具有优良的长期稳定性;(4)湿度输出。值输出分辨率为14位,温度输出分辨率为12位,可编程为12位和8位;*体积小(7.65&;5.08&;5;23.5mm),表面可安装;*可靠的CRC数据传输校准功能;片上负载校准系数可保证100%互换性;电源电压范围为2.4-5.5V;电流消耗,测量时间平均550A,平均28A,平均休眠时间3A。
   
    SHT11型溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式,引脚布置如图1所示。其引脚指令如下:(1)GND:接地端;(2)数据:双向串行数据线;(3)SCK:串行时钟输入;(4)VDD电源:0.4-5.5V电源端子;(5-8)NC:空引脚。3工作原理SHT11湿度检测采用电容结构,采用不同保护的微结构检测电极系统。离子和聚合物涂层形成传感器芯片的电容。它既保持了电容式湿度传感器的原有特性,又能抵御外界的影响,将温度传感器和湿度传感器组合成一个个体,测量精度高,可以精确地得到露点,而且能克服溫濕度傳感器带来的误差。CMOSensTM技术不仅集成了溫濕度傳感器,而且将信号放大器、模数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路集成到一个芯片中。f SHT11在极其精确的湿度室中进行校准,在OTP存储器中预先存在SHT11传感器的校准系数,校准后的相对湿度和温度传感器与14位AD转换器连接,转换后的数字温度和湿度值可以送至两线制I2C总线器件,从而实现互联。将数字信号转换为符合I2C总线协议的串行数字信号。
    
    由于传感器和电路的结合,使传感器比其他湿度传感器具有更好的性能,首先,传感器信号强度的增加提高了传感器的抗干扰性能,保证了传感器的长期稳定性,同时完成了A/D转换,降低了传感器的灵敏度。其次,传感器芯片中加载的校准数据保证了每个湿度传感器具有相同的功能,即100%的可互换性。3.1输出特性(1)湿度值输出SHT11可以通过I2C总线直接输出数字量湿度值,其相对湿度的数字输出特性曲线如图3所示。r.为了补偿湿度传感器的非线性,可以根据以下公式修改湿度值:在RH.=c1+c2SORH+c3SORH2公式中,SORH是传感器的相对湿度测量值,系数如下:12位:SORH:c1=-4,c2=0.0405,c3=-2.8&;10-68位:SORH:c1=-4。4,c2=0.648,c3=-7.2&;0-4(2)温度值输出SHT11温度传感器具有优良的线性度,当电源电压为5V时,可以用下面的公式将温度传感器的数字输出转换成实际温度值:T=D1+d2SOT,温度传感器的分辨率为14位,D1=-4当温度传感器的分辨率为12位时,0d2=0.01,D1=-40d2=0.04。(3)空气的露点值可以通过相对湿度和温度来计算。具体公式如下:LogEW=(0.66077+7.5T/(237.3+T)+{log10(RH)-2}Dp={(0.66077-logEW)&;#215;237.3}/(logEW-8.16077)3.2命令和接口序列SHT11传感器具有五个用户命令,具体命令格式列于表1。SHT11传感器命令列表命令编码描述测量温度00011温度测量湿度00101湿度测量读取寄存器状态00111读取状态寄存器写入状态寄存器状态00110软启动11110重新启动芯片,清除状态记录器11毫秒的错误记录,并在传输时输入下一个命令(1)。离子开始初始化传输,它应该首先发出传输开始命令,当SCK高时可以将数据从高电平变为低电平,当下一个SCK高时可以升高数据。当数据脚的ACK位处于低电位时,SHT11正确地接收命令。(2)如果连接复位序列和SHT11传感器之间的通信中断,则以下信号序列将复位串口:当数据线处于高电平时,SCK将被触发9次以上(包括9次),并且t表2SHT11状态寄存器类型和描述位类型描述默认7保留0.6读工作限制(低压检查)X 5保留0.4保留0.3仅用于测试。在没有从OTP Re-Download0 Re-readWrite 1=8位相对湿度和12位温度分辨率.0=12位相对湿度、14位相对湿度分辨率0 12位相对湿度、14位相对湿度分辨率0 12位相对湿度、14位湿度(3)温度和湿度测量序列下载0的情况下,不可能使用0.2读/写加热0.1读/写。在发出温度(湿度)测量指令时,控制器将等待直到测量完成。使用8/1214位分辨率测量分别需要大约11/55/210ms。为了显示测量完成,SHT11将使数据线变低。此时,控制器必须重新启动SCK,然后发送两个字节的测量数据和一个字节的CRC校验和。从右边计算所有量,首先列出MSB。确认CRC数据位后通信停止。如果不使用CRC-8校验和,控制器在测量数据LSB后将保持高ack停止通信,SHT11在测量和通信后将自动返回睡眠模式。不应该是ted认为SHT1 1的频率不应该超过校准值的15%,以便使SHT1 1的温升低于0.1(例如,在12位精度下,每秒最多测量三次)。通过状态寄存器实现寄存器配置SHT11传感器中的多个。表2列出了寄存器的类型和描述。寄存器相关位的功能描述如下:(1)在芯片中加热打开加热开关后,传感器的温度升高约5摄氏度,将功耗提高到8mA@5V。在启动加热器前后温湿度,可以正确区分传感器的功能;(2)在较高湿度环境下,传感器可以避免加热冷凝;(2)当用低压检测SHT11时,可以检测VDD电压是否低于2.45V,准确率为&;为了节省能源,提高速度,OTP在每次测量前再次下载校准系数,为每次测量节省8.2ms的时间。(4)测量分辨率设置将测量分辨率分别从14位(温度)降低到12位(湿度)和8位(湿度)。它可以用于高速或低功耗的应用。
   
    4。应用表明,在4.1工作条件测量范围之外的温度将暂时偏移湿度信号+3%,传感器然后缓慢地返回到校准状态,如果芯片在湿度小于5%的湿度下加热24小时至90℃,芯片将很快恢复高相对湿度的影响。高温环境。然而,延长强度条件将加速芯片的老化。4.2安装说明因为大气的相对湿度与温度密切相关,测量大气温度的关键是保持传感器和大气温度相同。如果传感器电路板上有加热元件,SHT11应该与热源保持良好的通风。为了减少SHT11与PCB之间的热传导,应使铜导体更薄,并在其中加窄的槽。传感器不应暴露在强光或紫外光下。当传感器布线时,SCK信号和数据信号是平行的、接近的,或者当信号线大于10cm时,有干扰。将生成信息。此时,VDD或GND应该放置在两组信号之间。图5是AT89C2051和SHT11之间的接口电路。由于AT89C2051没有I2C总线接口,所以它使用MCU的通用IO接口到虚拟I2C总线,使用P1.0到虚拟数据线DATA,使用P1.1接口到虚拟时钟线,以及连接4.7K上拉r接口。数据端晶体管同时连接VDD端和GND端0.1F解耦电容,VDD端和GND端连接0.1F解耦电容。下面给出了与上述硬件电路匹配的C51应用程序。RE_TEMP 0x03/温度逗号d #definition MEASURE_HUMI 0x05/// / / humidity command // / / / / / / / / / / read temperature and humidity data char s-measure (un signed char s * p * p-value, un-checkun-un * p_sum * charted mode) {UN signed charted mode {UN signed charted = 0; error; unsigni start; (transigni start // Transfer Start Switc uuuuuuuuuuuH (mode{casTETEMP:error+++=s_write_字节(._temp);break;break;case HUMI:error+++++=error+++=error+++=error++++=err:case HUMI:errTETETETETETETETETETETE:error+++++=error+++=error+=s++s++s=s++s=s=s+=s=s+=s=s++write_write_write_error+=s++
write_error=s=s_write_write=s_write_write_write_write_write_write_by字节(._write_write_write_byte(._humi_humi_humi_humi;break;break;break;break;break*(p_value+1)=s_read_read_value+read_value+1)=s_byte(ACK)=checkbyte(*checkbyte read_byte(noACK);返回误差;}/温度和湿度值的比例变换和温度补偿空隙Calc_sth15(float*p_.ity,float*p_tempera-ture){const float c1=-4.0;const float c2=0.0405;const float c3=-0.0000028;const float t1=0.0000028-0.01; const float  t2=0.00008; float rh=&;#215;p_humidity; float t=&;#215;p_temperature; float  rh_lin; float th_ture; float t_c; t_c=t&;#215;0.01-40;  rh_lin=c3&;#215;rh&;#215;rh+c2&;#215;rh+c1;  trh_ture=(t_c-25)&;#215;(t1+t2&;#215;rh)+rh_lin; &;#215;p_temperature=t-c;  &;#215;p_humidity=rh_ture; } //从相对温度和湿度计算露点 char calc_dewpoint(float h,float  t) {float logex,dew_point; logex=0.66077+7.5&;#215;t/(237.3+t)+{log10(h)-2};  dew_point=(logex-0.66077)&;#215;237.3/(0.66077+7.5-logex); return dew_point; }  Due to space limitation, the functions of starting transmission, writing section data and reading by数字式溫濕度傳感器SHT11將溫度傳感器、濕度傳感器、信號調理、模數轉換器、校准參數和I2C總線接口集成到傳感器中。因此,它不僅提高了傳感器的性能,而且降低了成本和體積。與單片機的接口也非常方便。因此,該傳感器是嵌入式的,是溫濕度測量型系統的理想選擇。
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