詳細介紹Sensirion傳感器公司推出的新型集成數(shù)字式溫濕度傳感器。該傳感器采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無縫結(jié)合，使傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡單、性價比高等特點。本文結(jié)合實例講解該傳感器的命令、時序，以及其在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：SHT10；溫濕度傳感器；數(shù)字傳感器；ATmeg8L

引言

隨著社會的不斷發(fā)展前進，人們進入了數(shù)字化信息時代，對生活質(zhì)量的要求越來越高。汽車、空調(diào)、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(huán)境因素的要求。

瑞士Sensirion公司推出了SHTxx單片數(shù)字溫濕度集成傳感器。采用CMOS過程微加工專利技術(shù)（CMOSenstechnology），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和出色的長期穩(wěn)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(zhuǎn)換器以及1個2-wire數(shù)字接口在單芯片中無縫結(jié)合，使得該產(chǎn)品具有功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點。

1SHT10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(zhǔn)，數(shù)字輸出；

◆接口簡單（2-wire）,響應(yīng)速度快；

◆超低功耗，自動休眠；

◆出色的長期穩(wěn)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(yīng)用電路

SHT10典型應(yīng)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(tài)恢復(fù)。在此期間不發(fā)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（bidirectional2-wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)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(tài)邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。

②串行數(shù)據(jù)（DATA）。DATA引腳是1個三態(tài)門，用于MCU與SHT10之間的數(shù)據(jù)傳輸。DATA的狀態(tài)在串行時鐘SCK的下降沿之后發(fā)生改變，在SCK的上升沿有效。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當(dāng)SCK為高電平時，DATA數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。

為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU應(yīng)該驅(qū)動DATA使其處于低電平狀態(tài)，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(fā)送一組“傳輸啟動”序列進行數(shù)據(jù)傳輸初始化，如圖2所示。其時序為：當(dāng)SCK為高電平時DT翻轉(zhuǎn)保持低電平，緊接著SCK產(chǎn)生1個發(fā)脈沖，隨后在SCK為高電平時DATA翻轉(zhuǎn)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）

“00000101”為相對濕度（RH）量，“00000101”為溫度（θ）測量。發(fā)送一組測量命令后控制器要等待測量結(jié)束，這個過程大約需要20/80/320ms對應(yīng)其8/12/14位的測量。測量時間隨內(nèi)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(shù)據(jù)之前，控制器必須等待這個“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號。

接下來傳輸2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的CRC校驗。MCU必須通過拉低DATA來確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)都從MSB開始，至LSB有效。例如對于12位數(shù)據(jù)，第5個SCK時鐘時的數(shù)值作為MSB位；而對于8位數(shù)據(jù)，第1個字節(jié)（高8位）數(shù)據(jù)無意義。

確認CRC數(shù)據(jù)位之后，通信結(jié)束。如果不使用CRC-8校驗，控制器可以在測量數(shù)據(jù)LSB位之后，通過保持ACK位為高電平來結(jié)束本次通信。
測量和通信結(jié)束后，SHT10自動進入休眠狀態(tài)模式。

（4）復(fù)位時序

如果與SHT10的通信發(fā)生中斷，可以通過隨后的信號序列來復(fù)位串口，如圖3所示。保持DATA為高電平，觸發(fā)SCK時鐘9次或更多，接著在執(zhí)行下次命令之前必須發(fā)送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容仍然保留。

（5）狀態(tài)寄存器讀寫時序

SHT10通過狀態(tài)寄存器實現(xiàn)初始狀態(tài)設(shè)定。

讀狀態(tài)寄存器時序如圖4所示。

寫狀態(tài)寄存器時序如圖5所示。

4幾點說明

①CRC-8校驗。整個數(shù)據(jù)的傳輸過程都由8位校驗保證，確保任何錯誤的數(shù)據(jù)都能夠被檢測到并刪除[1]。

②為保持自身發(fā)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(zhuǎn)換為物理量輸出相對濕度輸出轉(zhuǎn)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(shù)值,c1，c2,c3為系數(shù)，如表3所列。

當(dāng)測量溫度與25℃相差較大時，則需要考慮傳感器的溫度系數(shù)：

其中，RHtrue為溫度不等于25℃時相對濕度的實際值，θc為當(dāng)前溫度，t1、t2是系數(shù)，如表4所列。

溫度輸出轉(zhuǎn)換公式為：

其中，θ為實際溫度，SOθ為傳感器輸出的溫度數(shù)值，θ1,θ2為系數(shù)，如表5、表6所列。

由于濕度與溫度經(jīng)由同一塊芯片測量而得，因此SHT10可以同時實現(xiàn)高質(zhì)量的露點測量。具體算法可參閱參考文獻[2]，這里不再詳述。

5SHT10與ATmegal的應(yīng)用實例

這里以SHT10與Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L（內(nèi)部8MHz振蕩頻率）MCU的接口電路為例，給出實際應(yīng)用電路及控制程序?qū)嵗?/p>

本例采用ATmega8L微控制器控制SHT10，讀取溫濕度數(shù)據(jù)，并將結(jié)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(shè)計，大大方便被移植到其他MCU上使用，提高了工作效率。