sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf

2021/10/31 02:45 · 传感器知识资讯 ·  · sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf已关闭评论
摘要:

sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf数字温湿度传感器SHT1x/SHT7xSHT7x(请以英文为准,译文仅供参考)SHT1x_相对湿度和温度测量_兼有露点_全部校准,数字输出,_卓越

sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf

数字温湿度传感器
SHT 1x / SHT 7x SHT7x
(请以英文为准,译文仅供参考)
SHT1x
_ 相对湿度和温度测量
_ 兼有露点
_ 全部校准,数字输出,
_ 卓越的长期稳定性
_ 无需额外部件
_ 超低能耗
_ 表面贴片或4 引脚安装 完全互换
_ 超小尺寸
_ 自动休眠
SHT1x / SHT7x 产品概述
SHTxx 系列单芯片传感器是一款含有已校准数 每个 SHTxx 传感器都在极为精确的湿度校验室中进
字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专利的工业 行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存
COMS 过程微加工技术 (CMOSens?),确保产品 中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些
具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括 校准系数。
一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件, 两线制串行接口和内部基准电压,使系统集成变
并与一个14 位的A/D 转换器以及串行接口电路在同 得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,使其成为各
一芯片上实现无缝连接。因此,该产品具有品质卓 类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 产品提供表面贴片LCC (无铅芯片)或4 针单排
引脚封装。特殊封装形式可根据用户需求而提供。
应用领域 框图
_ 暖通空调 HVAC _ 测试及检测设备
_ 汽车 _ 数据记录器 1 湿度 校验存储器 SCK
_ 消费品 _ 自动控制 传 感 DATA

_ 气象站 _ 家电 数字
n 2-线 接口
o 1
_ 湿度调节器 _ 医疗 i
t 4
a - D
c b &
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f
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sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf  第1张

sht10温湿度传感器:SHT10温湿度传感器

1、SHT1x (包括 SHT10, SHT11 和 SHT15) 属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上,输出完全标定的数字信号。传感器具有体积小、响应速度快、接口简单、性价比高等特点。

传感器接口定义如下:

SHT10的供电电压范围为2.4v-5.5v,建议供电电压为3.3v。SHT1x的串行接口,在传感器信号的读取及电源损耗方面,都做了优化处理;传感器不能按照I2C协议编址,但是如果I2C总线上没有挂接别的元件,传感器可以连接到I2C总线上,但单片机必须按照传感器的协议工作。

串行时钟输入(SCK): SCK 用于单片机与SHT10之间的通讯同步。

串行数据(DATA):DATA引脚为三态结构,用于读取传感器数据。当向传感器发送命令时, DATA在SCK上升沿有效且在SCK高电平时必须保持稳定,DATA在SCK下降沿之后改变。

传感器的通讯如下:

启动传感器:首先,选择供电电压后将传感器通电,上电速率不能低于1V/ms。通电后传感器需要11ms 进入休眠状态,在此之前不允许对传感器发送任何命令。发送命令:用一组“启动传输”时序,来完成数据传输的初始化。它包括当SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平,紧接着SCK变为低电平,随后是在SCK时钟高电平时DATA 翻转为高电平。启动时序如下图:

后续命令包含三个地址位(目前只支持“000”),和五个命令位。SHT1x会以下述方式表示已正确地接收到指令:在第8个SCK时钟的下降沿之后,将DATA下拉为低电平(ACK 位)。在第9个SCK时钟的下降沿之后,释放DATA(恢复高电平)。命令集如下:

温湿度测量:发布一组测量命令(‘’表示相对湿度RH,‘’表示温度T)后,控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms,分别对应8/12/14bit测量。SHT1x 通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式,表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前,必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC 奇偶校验(可选择读取)。控制器需要通过下拉DATA为低电平,以确认每个字节。所有的数据从MSB开始,右值有效(例如:对于12bit 数据,从第5个SCK时钟起算作MSB;而对于8bit 数据,首字节则无意义。默认分辨率:14bit (温度) 和 12bit (湿度)可以被降低为12和8bit. 尤其适用于要求测量速度极高或者功耗极低的应用)。在收到CRC的确认位之后,表明通讯结束。如果不使用CRC-8校验,控制器可以在测量值LSB后,通过保持ACK高电平终止通讯。在测量和通讯完成后,SHT1x自动转入休眠模式。通讯复位时序:如果与SHT1x通讯中断,可通过下列信号时序复位:当DATA保持高电平时,触发SCK时钟9次或更多,接着发送一个“传输启动”时序。复位时序如下:

测量时序:传感器的通讯过程为:发送开始时序,启动传感器 -> 发送命令 -> 等待传感器应答及测量结束 -> 接收传感器数据值 -> 接收CRC校验数据 -> 休眠,等待下一次传输开始。

信号转换:

相对湿度的转换:为获得精确的测量数据,建议用以下公式进行信号转换。
? RHlinear = C1 + C2 * SORH + C3 * SORH2(%RH)

公式参数如下:

湿度信号的温度补偿:由于实际温度与测试参考温度25℃ (~77℉)的显著不同, 湿度信号需要温度补偿。
RHtrue = (T℃ - 25) *(t1 + t2 * SORH) + RHlinear

公式参数如下:

温度值转换:可用如下公式将数字输出 (SO T ) 转换为温度值。
? T = d1+d2 * SOT

公式参数如下:

露点的定义:露点温度指空气在此温度下能保持最多的水汽,当温度冷却到露点,空气变得饱和,就会出现雾、露或霜。SHT1x并不直接进行露点测量,但露点可以通过温度和湿度读数计算得到。由于温度和湿度在同一块集成电路上测量,所以SHT1x可测量露点。露点计算公式如下:

?

4、 Sensor_Humidity.c

5、Sensor_Humidity.h

5、主函数

?
sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf  第2张

sht10温湿度传感器:STM32 SHT10温湿度传感器的信号采集

? ? ? ?首先讲讲SHT10这款温室度传感器。SHT1x(包括SHT10,SHT11和SHT15)属于Sersirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。更之前我讲过的DHT11这款温湿度传感器相比,体积小了许多,特别适合用于产品中。SHT10温湿度传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件(文绉绉的),传感器内部有一个精度高达14为位的A/D转换器,适应串行接口电路实现无缝连接。该产品具有品质卓越、响应速度速度快,抗干扰能力强、性价比高等优点。

? ? ? 1、接口定义:
SHT10的接口定义如下图所示:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ?如上图所示,1脚为GND,4脚为VDD。它的供电电压范围为2.4~5.5V,建议的电压为3.3V,在电源引脚(VDD、GND)之间必须加上一个0.1uf的电容,应于去耦滤波用。它的2脚DATA为数据引脚,3脚SCK为时钟控制引脚,没有发现这两个引脚很像IIC所使用的引脚功能?没错,这个传感器确实可以认为是IIC接口,但是又有却别。该传感器不能按照IIC的协议编址,但是,如果IIC总线上没有挂接别的元件,传感器可以直接连到IIC总线上,但是单片机必须按照传感器的协议工作。传感器与单片机的接线如下图所示:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? 2、传感器的通讯
? ?

? ? ?2.1、“启动传输”时序
用一组“启动传输”时序来完成数据传输的初始化。它包括:当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平,紧接着SCK变成低电平,随后是在SCK时钟高电平,随后是在SCK时钟高电平DATA翻转位高电平。时序如下:

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ?2.2、复位时序
如果与SHT1x 通讯中断,可通过下列信号时序复位:当DATA 保持高电平时,触发SCK 时钟9 次或更多。时序图如下:
? ? ? ? ? ? ? ? ?
? 2.3、命令集
传感器的命令包含三个地址位(目前只支持000,这就是他只能挂接在空闲的IIC总线上的原因)和五个命令位。。SHT1x 会以下述方式表示已正确地接收到指令:在第8 个SCK 时钟的下降沿之后,将DATA 下拉为低电平(ACK 位)。在第9 个SCK 时钟的下降沿之后,释放DATA(恢复高电平)。命令集如下:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
? ? ?2.4、温湿度测量
发布一组测量命令(‘’表示相对湿度RH,‘’表示温度T)后,控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms,分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度,最多可能有-30%的变化。。SHT1x 通过下拉DATA 至低电平并进入空闲模式,表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前,必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储,这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。
在收到CRC 的确认位之后,表明通讯结束。如果不使用CRC-8 校验,控制器可以在测量值LSB 后,通过保持ACK高电平终止通讯。在测量和通讯完成后,SHT1x 自动转入休眠模式。

? ? 2.5、状态寄存器
SHT1x 的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现,如选择测量分辨率,电量不足提醒,使用 OTP 加载或启动加热功能等。状态寄存器度、写如下:

?

状态寄存器写

?状态寄存器读

状态寄存器的具体描述如下表所示:

测量分辨率:默认分辨率 14bit (温度) 和 12bit (湿度) 可以被降低为 12 和 8bit. 尤其适用于要求测量速度极高或者功耗极低的应用。
电量不足检测功能:在电压不足 2.47V 发出警告。精度为±0.05 V。
加热:可通过向状态寄存器内写入命令启动传感器内部加热器.。加热器可以使传感器的温度高于周围环境 5 – 10°C12 。功耗大约为 8mA @ 5V 。
OPT加载:开启此功能,标定数据将在每次测量前被上传到寄存器。如果不开启此功能,可减少大约 10ms的测量时间。
上面的寄存器如果没有什么特殊要求或应用于特定的场合,则无需配置,选择默认就可以了。

? ? ?2.6、通讯过程
传感器的通讯过程为:发送”启动传输“时序,初始化传感器——>发送命令——>等待传感器应答,及测量结束——>接收传感器的16位数据值——>接收8为的CRC校验数据——>休眠,等待下一次传输开始。
传输的过程的测量时序可以由下图示意:

?

上图中 TS = 传输开始, MSB = 高有效字节,LSB =低有效字节, LSb = 低有效位。
下面举个实际测量时的相对湿度测量时序例子。时序如下:

这张图可以知道:我们接收到的数据数值为”0000 0100 0011 0001“ = 1073 = 35.50% RH (位含温度补偿),至于怎么计算的,请接着往下看。

? ? ?2.7、信号转化

? ? ? ?2.7.1 温度的转化
设T 2 1 SOt为从传感器上读出来的测量数值,我们需要用下面的公式将测量数值转换成整整的温度值。
T = d1 + d2 * SOt ?(其中d1,d2的值根据实际情况选择,选项如下)

? ? ? 2.7.2 湿度的转换?
湿度的转换公式如下:
。其中湿度的转化参数如下选择:根据采样的精度不同而不同。

?

?
99%以上的湿度已经接近饱和必须经过处理显示100%RH13.请注意 湿度传感器对电压无依赖性。测量值与相对湿度的转化如下图所示:

?
相对湿度根据上面的参数与公式算出来之后,还需要考虑当前环境温度而进行适当的补偿。补偿的公式及其参数选择如下:

?

? ? 2.7.3、露点的计算
露点的定义:露点温度指空气在此温度下能保持最多的水汽,当温度冷却到露点,空气变得饱和,就会出现雾、露或霜。
SHT1x 并不直接进行露点测量,,但露点可以通过温度和湿度读数计算得到.。由于温度和湿度在同一块集成电路上测量,SHT1x 可测量露点。 一块集成电路上测量,SHT1x 可测量露点。 下面直接给出结论性的露点计算公式了。
?LogEW=(0.+7.5*T/(237.3+T)+(log10(RH)-2) ? ? ?
露点:Dp=((0.-logEW)*237.3/(logEW-8.) ? ? ?
例如:RH=10% T=25C ?->EW=23.7465->露点=-8.69℃
? RH=90% T=50C ?->EW=92.4753->露点=47.89℃

? ?2.8、STM32上的SHT10驱动程序
? ? ? 2.8.1、SHT10.h文件的编写

这个文件主要定义些重要的参数,以及更硬件相关的一些定义。

2.8.2、SHT10.c驱动程序的编写

不废话了,直接贴代码:

原文出处:

sht10温湿度传感器:SHT10(温湿度传感器).pdf  第3张

sht10温湿度传感器:新型温湿度传感器SHT10的原理及应用

引 言
随着社会的不断发展前进,人们进入了数字化信息时代,对生活质量的要求越来越高。汽车、空调、除湿器、烘干机等都已家喻户晓,它们都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。
瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术(CMOSens technology),确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。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转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合,使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。
1 SHTl0的特点
SHTlO的主要特点如下:
◆相对湿度和温度的测量兼有露点输出;
◆全部校准,数字输出;
◆接口简单(2-wire),响应速度快;
◆超低功耗,自动休眠;
◆出色的长期稳定性;
◆超小体积(表面贴装);
◆测湿精度±4.5%RH,测温精度±O.5℃(25℃)。
2引脚说明及接口电路
(1)典型应用电路
SHTl0典型应用电路如图1所示。
(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,要等待1l ms,从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚(VDD和GND)之间可增加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)在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理,其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。
①串行时钟输入(SCK)。SCK引脚是MCU与sHT10之间通信的同步时钟,由于接口包含了全静态逻辑,因此没有最小时钟频率。
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的下降沿之后发生改变,在SCK的上升沿有效。在数据传输期间,当SCK为高电平时,DATA数据线上必须保持稳定状态。
为避免数据发生冲突,MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态,而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。
3命令与时序
(1)SHT10命令
SHT1O命令如表1所列。
(2)命令时序
发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化,如图2所示。其时序为:当SCK为高电平时DATA翻转保持低电平,紧接着SCK产生1个发脉冲,随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。
紧接着的命令包括3个地址位(仅支持"000’)和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为:在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平(ACK位),在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA(此时为高电平)。
(3)测量时序(RH和T)
“000 ”为相对湿度(RH)测量,“000 000ll”为温度(θ)测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束,这个过程大约需要20/80/320 ms,对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化,最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前,控制器必须等待这个“数据准备好”信号。
接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始,至LSB有效。例如对于12位数据,第5个SCK时钟时的数值作为MSB位;而对于8位数据,第1个字节(高8位)数据无意义。
确认cRc数据位之后,通信结束。如果不使用(2RC-8校验,控制器可以在测量数据LSB位之后,通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。
测量和通信结束后,SHTlO自动进入休眠状态模式。
(4)复位时序
如果与sHT10的通信发生中断,可以通过随后的信号序列来复位串口,如图3所示。保持DATA为高电平,触发SCK时钟9次或更多,接着在执行下次命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,状态寄存器的内容仍然保留。
(5)状态寄存器读写时序
SHT10通过状态寄存器实现初始状态设定。
读状态寄存器时序如图4所示。
写状态寄存器时序如图5所示。
状态寄存器位如表2所列。
4 几点说明
①CRC-8校验。整个数据的传输过程都由8位校验保证,确保任何错误的数据都能够被检测到并删除[1]。
②为保持自身发热温升小于O.1℃,SHTxx的激活时间不超过10%。如12位精度测量,每秒最多测量2次。
③转换为物理量输出。相对湿度输出转换公式为:
其中,RHlinear为25℃时相对湿度的线性值,sORH为传感器输出的相对湿度的数值,C1,C2,C3为系数,如表3所列。
当测量温度与25℃相差较大时,则需要考虑传感器的温度系数:
其中,RHlinear为温度不等于25℃时相对湿度的实际值,θc为当前温度,t1、t2是系数,如表4所列。
由于湿度与温度经由同一块芯片测量而得,因此SHT10可以同时实现高质量的露点测量。具体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(内部8 MHz振荡频率)MCU的接口电路为例,给出实际应用电路及控制程序实例。本例采用ATmega8L微控制器控制SHT10,读取温湿度数据,并将结果显示在LCDl602(采用4位模式)上,如图6所示。
程序采用C语言模块化设计,大大方便被移植到其他MCU上使用,提高了工作效率。
编者注:程序实例在IAR-AVR上编译通过,见本刊网站

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