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引言 隨著社會的不斷發(fā)展前進(jìn)，人們進(jìn)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)(CMOSens technology)，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。 1 SHTl0的特點 SHTlO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±4．5％RH，測溫精度±O．5℃(25℃)。 2 引腳說明及接口電路 (1) 典型應(yīng)用電路 SHTl0典型應(yīng)用電路如圖1所示。 
(2)電源引腳(VDD、GND) SHTl0的供電電壓為 2．4～5．5 V。傳感器上電后，要等待1l ms，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100 nF的電容器，用于去耦濾波。 (3)串行接口 SHTlO的兩線串行接口(bidirectional 2-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sHT10之間通信的同步時鐘，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 SHT1O命令如表1所列。
(2)命令時序 發(fā)送一組“傳輸啟動”序列進(jìn)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DATA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) “000 00101”為相對濕度(RH)測量，“000 000ll”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20／80／320 ms，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(jìn)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(rèn)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(rèn)cRc數(shù)據(jù)位之后，通信結(jié)束。如果不使用(2RC-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，SHTlO自動進(jìn)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。
狀態(tài)寄存器位如表2所列。
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O．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，RHlinear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。
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(xiàn)[2]，這里不再詳述。 5 SHT10與ATmega8L的應(yīng)用實例 這里以SHTl0與 Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L(內(nèi)部8 MHz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１纠捎肁Tmega8L微控制器控制SHT10，讀取溫濕度數(shù)據(jù)，并將結(jié)果顯示在LCDl602(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。 參考文獻(xiàn) 1. Sensirion CRC Calculation Application Note 2006 2. Sensirion Dew-point Calculation Application Note 2006 3. Sensirion SHT10 Humidity Sensor Datasheet 2007 4. Atmel Corporation ATmega8L Datasheet 2004 5. 耿德根 AVR 高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用 2002 6. 金春林 AVR C語言編程與應(yīng)用實例 2003 作者：東芝大連有限公司 吳國宏 來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2009 (4) |
