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SHT11型溫濕度傳感器的主要特點
    摘要:它是瑞士Sensirion公司生產的具有接口的單片全校準數字式相對濕度和溫度傳感器,采用獨特的CMOSens TM技術,具有數字輸出、免調試、免校準、外圍電路全互換等特點。詳細介紹了傳感器的性能特點、接口時序和命令,給出了接口電路和相應的程序。綜述了溫濕度測量在倉庫管理、生產、氣象觀測、科學研究和日常生活中的廣泛應用。傳統的模擬濕度傳感器一般需要設計信號調理電路,經過復雜的校準和校準過程,測量精度難以保證,線性、重復性等性能往往不理想。CMOSensTM技術是由瑞士Sensirion公司開發的,該傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術相結合,起到了很強的互補作用。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、信號放大與調理、AD轉換與接口為一體(CMOSensTM技術);(2)輸出標定的相對濕度和溫度值;(2)I2C總線數字輸出接口。具有露點計算輸出功能;(2)具有露點計算輸出功能;(4)具有優良的長期穩定性;(4)濕度輸出。值輸出分辨率為14位,溫度輸出分辨率為12位,可編程為12位和8位;*體積小(7.65&;5.08&;5;23.5mm),表面可安裝;*可靠的CRC數據傳輸校準功能;片上負載校準系數可保證100%互換性;電源電壓范圍為2.4-5.5V;電流消耗,測量時間平均550A,平均28A,平均休眠時間3A。
   
    SHT11型溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式,引腳布置如圖1所示。其引腳指令如下:(1)GND:接地端;(2)數據:雙向串行數據線;(3)SCK:串行時鐘輸入;(4)VDD電源:0.4-5.5V電源端子;(5-8)NC:空引腳。3工作原理SHT11濕度檢測采用電容結構,采用不同保護的微結構檢測電極系統。離子和聚合物涂層形成傳感器芯片的電容。它既保持了電容式濕度傳感器的原有特性,又能抵御外界的影響,將溫度傳感器和濕度傳感器組合成一個個體,測量精度高,可以精確地得到露點,而且能克服溫濕度傳感器帶來的誤差。CMOSensTM技術不僅集成了溫濕度傳感器,而且將信號放大器、模數轉換器、校準數據存儲器、標準I2C總線等電路集成到一個芯片中。f SHT11在極其精確的濕度室中進行校準,在OTP存儲器中預先存在SHT11傳感器的校準系數,校準后的相對濕度和溫度傳感器與14位AD轉換器連接,轉換后的數字溫度和濕度值可以送至兩線制I2C總線器件,從而實現互聯。將數字信號轉換為符合I2C總線協議的串行數字信號。
    
    由于傳感器和電路的結合,使傳感器比其他濕度傳感器具有更好的性能,首先,傳感器信號強度的增加提高了傳感器的抗干擾性能,保證了傳感器的長期穩定性,同時完成了A/D轉換,降低了傳感器的靈敏度。其次,傳感器芯片中加載的校準數據保證了每個濕度傳感器具有相同的功能,即100%的可互換性。3.1輸出特性(1)濕度值輸出SHT11可以通過I2C總線直接輸出數字量濕度值,其相對濕度的數字輸出特性曲線如圖3所示。r.為了補償濕度傳感器的非線性,可以根據以下公式修改濕度值:在RH.=c1+c2SORH+c3SORH2公式中,SORH是傳感器的相對濕度測量值,系數如下: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)溫度值輸出SHT11溫度傳感器具有優良的線性度,當電源電壓為5V時,可以用下面的公式將溫度傳感器的數字輸出轉換成實際溫度值:T=D1+d2SOT,溫度傳感器的分辨率為14位,D1=-4當溫度傳感器的分辨率為12位時,0d2=0.01,D1=-40d2=0.04。(3)空氣的露點值可以通過相對濕度和溫度來計算。具體公式如下: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傳感器具有五個用戶命令,具體命令格式列于表1。SHT11傳感器命令列表命令編碼描述測量溫度00011溫度測量濕度00101濕度測量讀取寄存器狀態00111讀取狀態寄存器寫入狀態寄存器狀態00110軟啟動11110重新啟動芯片,清除狀態記錄器11毫秒的錯誤記錄,并在傳輸時輸入下一個命令(1)。離子開始初始化傳輸,它應該首先發出傳輸開始命令,當SCK高時可以將數據從高電平變為低電平,當下一個SCK高時可以升高數據。當數據腳的ACK位處于低電位時,SHT11正確地接收命令。(2)如果連接復位序列和SHT11傳感器之間的通信中斷,則以下信號序列將復位串口:當數據線處于高電平時,SCK將被觸發9次以上(包括9次),并且t表2SHT11狀態寄存器類型和描述位類型描述默認7保留0.6讀工作限制(低壓檢查)X 5保留0.4保留0.3僅用于測試。在沒有從OTP Re-Download0 Re-readWrite 1=8位相對濕度和12位溫度分辨率.0=12位相對濕度、14位相對濕度分辨率0 12位相對濕度、14位相對濕度分辨率0 12位相對濕度、14位濕度(3)溫度和濕度測量序列下載0的情況下,不可能使用0.2讀/寫加熱0.1讀/寫。在發出溫度(濕度)測量指令時,控制器將等待直到測量完成。使用8/1214位分辨率測量分別需要大約11/55/210ms。為了顯示測量完成,SHT11將使數據線變低。此時,控制器必須重新啟動SCK,然后發送兩個字節的測量數據和一個字節的CRC校驗和。從右邊計算所有量,首先列出MSB。確認CRC數據位后通信停止。如果不使用CRC-8校驗和,控制器在測量數據LSB后將保持高ack停止通信,SHT11在測量和通信后將自動返回睡眠模式。不應該是ted認為SHT1 1的頻率不應該超過校準值的15%,以便使SHT1 1的溫升低于0.1(例如,在12位精度下,每秒最多測量三次)。通過狀態寄存器實現寄存器配置SHT11傳感器中的多個。表2列出了寄存器的類型和描述。寄存器相關位的功能描述如下:(1)在芯片中加熱打開加熱開關后,傳感器的溫度升高約5攝氏度,將功耗提高到8mA@5V。在啟動加熱器前后溫濕度,可以正確區分傳感器的功能;(2)在較高濕度環境下,傳感器可以避免加熱冷凝;(2)當用低壓檢測SHT11時,可以檢測VDD電壓是否低于2.45V,準確率為&;為了節省能源,提高速度,OTP在每次測量前再次下載校準系數,為每次測量節省8.2ms的時間。(4)測量分辨率設置將測量分辨率分別從14位(溫度)降低到12位(濕度)和8位(濕度)。它可以用于高速或低功耗的應用。
   
    4。應用表明,在4.1工作條件測量范圍之外的溫度將暫時偏移濕度信號+3%,傳感器然后緩慢地返回到校準狀態,如果芯片在濕度小于5%的濕度下加熱24小時至90℃,芯片將很快恢復高相對濕度的影響。高溫環境。然而,延長強度條件將加速芯片的老化。4.2安裝說明因為大氣的相對濕度與溫度密切相關,測量大氣溫度的關鍵是保持傳感器和大氣溫度相同。如果傳感器電路板上有加熱元件,SHT11應該與熱源保持良好的通風。為了減少SHT11與PCB之間的熱傳導,應使銅導體更薄,并在其中加窄的槽。傳感器不應暴露在強光或紫外光下。當傳感器布線時,SCK信號和數據信號是平行的、接近的,或者當信號線大于10cm時,有干擾。將生成信息。此時,VDD或GND應該放置在兩組信號之間。圖5是AT89C2051和SHT11之間的接口電路。由于AT89C2051沒有I2C總線接口,所以它使用MCU的通用IO接口到虛擬I2C總線,使用P1.0到虛擬數據線DATA,使用P1.1接口到虛擬時鐘線,以及連接4.7K上拉r接口。數據端晶體管同時連接VDD端和GND端0.1F解耦電容,VDD端和GND端連接0.1F解耦電容。下面給出了與上述硬件電路匹配的C51應用程序。RE_TEMP 0x03/溫度逗號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_字節(._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字節(._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);返回誤差;}/溫度和濕度值的比例變換和溫度補償空隙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; } //從相對溫度和濕度計算露點 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數字式溫濕度傳感器SHT11將溫度傳感器、濕度傳感器、信號調理、模數轉換器、校準參數和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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