噶米温湿度传感器SHT11

1、温湿度传感器SHT111 SHT11简介 SHT11是瑞士 Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下：高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；提供二线数字串行接口 SCK和DATA，接口简单，支持 CRC传输校验，传输可靠性高；测量精度可编程调节，内置A/D转换器(分辨率为812位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择);测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；封装尺寸超小(7.62 mmx 5.08mnK 2.5

2、mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；高可靠性，采用 CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。2 SHT11的引脚功能SHT11温湿度传感器采用 SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如图1所示。GZD TDATAsctk rrvejd prSIIT1 1T| zu za *T NC图ISHT1 引脚圈各引脚的功能如下：脚1和4-信号地和电源，其工作电压范围是2.45.5 V ；脚2和脚3-二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线;脚5 8-未连接。3 SHT11的内部结构和工作原理微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信

3、的。通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I/O 口模拟该通信时序。微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来 实现的，命令代码的含义如表 1所列。1 SHTT1控制命令代码命令代码00011测00101fJOill |ook in写内部狀悲寄存器imo址位命令使内豁状惹奇存霸恢婕默 认佰*卜-出命专前童少11 rns保斛4 SHT11应用设计微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信，所以硬件接门设计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器通用1/ O 口模拟通信协议。4.1硬件设计SHT11通过二

4、线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是：DATA数据线需要外接上拉电阻，时钟线 SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所 以对SCK最低频率没有要求；当工作电压高于 4.5V时，SCK频率最高为10 MHz，而当工作电压低于 4.5V时，SCK最高频率则为1 MHz。硬件连接如图3所示。4.2软件设计微处理器和温湿度传感器通信采用串行二线接口SCK和DATA，其中SCK为时钟线，DATA为数据线。该二线串行通信协议和I2C协议是不兼容的。在程序开始，微处理器需要用一组"启动传输”时序表示数据传输的启动，如图4所示。当SCK时

5、钟为高电平时，DATA翻转为低电平；紧接着 SCK变为低电平，随 后又变为高电平；在 SCK时钟为高电平时，DATA再次翻转为高电平。SHT11湿度测试时序如图5所示。其中，阴影部分为 SHT11控制总线。主机发出启动命令，随后发出 一个后续8位命令码，该命令码包含 3个地址位(芯片设定地址为000)和5个命令位；发送完该命令码， 将DATA总线设为输入状态等待 SHT11的响应；SHT11接收到上述地址和命令码后，在第8个时钟下降沿，将DATA下拉为低电平作为从机的 ACK ;在第9个时钟下降沿之后，从机释放 DATA(恢复高电平)总 线；释放总线后，从机开始测量当前湿度， 测量结束后，再次

6、将DATA总线拉为低电平；主机检测到DATA 总线被拉低后，得知湿度测量已经结束， 给岀SCK时钟信号；从机在第8个时钟下降沿，先输岀高字节数 据;在第9个时钟下降沿，主机将DATA总线拉低作为 ACK信号。然后释放总线DATA ；在随后8个SCK 周期下降沿，从机发出低字节数据；接下来的SCK下降沿，主机再次将 DATA总线拉低作为接收数据的ACK信号；最后8个SCK下降沿从机发出CRC校验数据，主机不予应答(NACK)则表示测量结束。團5 SHT11 度测试时序團b地址和ACK；輕警心|于仪JI简I|畑ICRCMACKdefine 期-血讯-Of 亍1 <<PB5)；=-<

7、;1<<PK5> /DATA gj 出仆#define=(1«PK)；PORTB1 -(</DATA 输出 i戏击4話忻怡I« ) DDRC1 <71"释放堆线，聊门ATA设为输入状也.囲为外搂上拉电141，DATA总线被上拉旳捣睑平define s：ei_sc(c_Qutput( ) IjDRBi =(1<<PB4)设屋SCK为輪出轻 define S.e(_sck_|( ) PORTBI = C/SCK输岀高电平口 define se(_sck_0( ) POKTB =(丨 V V PB!)I/StE输出託电平学 de

8、file _CPUJJKYSTA 7t 3728|系统晶振(频率单伦为MH；!)void ddayu*i< unMfined chur us> _<k?hy_loop_2( tunsigned inrXtus * ClJLr_CRYSrAL/4>)；"JS时1耳璨序基于以上宏定义和延时函数，可以方便地使 SCK和DATA总线输出持续一定时间的高电平或低电平，从而可以模拟图5所示的温湿度传感器SHT11的读写协议。4.3温度和湿度值的计算 431湿度线性补偿和温度补偿SHT11可通过DATA数据总线直接输岀数字量湿度值。该湿度值称为"相对湿度”，需要进

9、行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输岀特性呈一定的非线性，因此为了补偿湿度传感器的非线性，可按下式修正湿度值：RHim Ci + X SOrh + C、x SO|K式中：RHIinear为经过线性补偿后的湿度值，SORH为相对湿度测量值，C1、C2、C3为线性补偿系数,取值如表2所列。由于温度对湿度的影响十分明显，而实际温度和测试参考温度25 'C有所不同，所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：RH碍=C f 一跖)X 5 i 乂釵人门匸就】E论式中：RHtrue为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，T为测试湿度值时的温度(C )，t1

10、和t2为温度补偿系数，取值如表 3所列。表2溟度塢性补捲系数表3湿度值温度补偿系数仁JGSOai/ihQatto.饰 i-2. RX W 412 位C, 010,OQOOR40. fi4S IIQ 1$ 垃6 014.3.2温度值输出由于SHT11是采用PTAT能隙材料制成的温度敏感元件，因而具有很好的线性输出。实际温度值可由下式算得：Temperature=d1+d2x SOT式中：di和d2为特定系数，di的取值与SHT11工作电压有关,d2的取值则与SHT11内部A/D转换器采用的分辨率有关，其对应关系分别如表4和表5所列。« 4 m与工作电压的对应关系表5 a与分辨率的对应关系WMV丛化540, 00一 4玄 004-39. 75-35. 50£5-3D-3532, 539. 5S4.3.3露点计算露点是一个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度。当空气的温度低于露点时，空气 容纳不了过多的水分，这些水分会变成雾、露水或霜。露点可以根据当前相对湿度值和温度值计算得岀，具体的计算公式如下：LogEW=0.66077+7.5X T / (237.3+T)+log10(SORH)-2Dp=(0.66077-logEW)>237.3) / (logEW-8.16077)式中：T为当前