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1、1 T11简介 T1是瑞士Scnsiron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。共重要特点如下: 高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、AD转换和加热器等功能集成到一种芯片上； 提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简朴,支持CR传播校验,传播可靠性高； 测量精度可编程调节,内置/转换器（辨别率为2位,可以通过对芯片内部寄存器编程米选择); 测量精确度高,由于同步集成温湿度传感器，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（7.62mm5.08mm2.5mm），测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；高可靠性
2、，采用CMOSe工艺,测量时可将感测头完全浸于水中。 2SHT1的引脚功能 SHT温湿度传感器采用SMD(CC)表面贴片封装形式，接口非常简朴,引脚名称及排列顺序如图1所示。 各引脚的功能如下： 脚和-信号地和电源，其工作电压范畴是2.45.5 V;脚2和脚3-二线串行数字接口,其中DATA为数据线,SK为时钟线; 脚5-未连接。 3 HT11的内部构造和工作原理温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、/D转换和加热器等功能集成到一种芯片上，其内部构造如图2所示。该芯片涉及一种电容性聚合体湿度敏感元件和一种用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号,
3、该电信号一方面进入单薄信号放大器进行放大；然后进入一种4位的A/D转换器;最后通过二线串行数字接口输出数字信号。SH11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准,校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中,校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外,ST11内部还集成了一种加热元件,加热元件接通后可以将HT1的温度升高5左右,同步功耗也会有所增长。此功能重要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿(95%RH)环境中,加热传感器可避免传感器结露,同步缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度减少，较加热前,测量值会略有差别。 微解决器是通过二线串行数
4、字接口与ST1进行通信的。通信合同与通用的I2C总线合同是不兼容的,因此需要用通用微解决器口模拟该通信时序。微解决器对SH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。 4 SHT应用设计微解决器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片HT11进行通信,因此硬件接门设计非常简朴;然而，通信合同是芯片厂家自己定义的，因此在软件设计中,需要用微解决器通用/O口模拟通信合同。 4.1 硬件设计 ST1通过二线数字串行接口来访问,因此硬件接口电路非常简朴。需要注意的地方是：DAT数据线需要外接上拉电阻，时钟线用于微解决器和ST之间通信同步，由于接口涉及了完全静态逻辑,因此对SK最低频率
5、没有规定;当工作电压高于45V时，SCK频率最高为1 MHz，而当工作电压低于4.V时,SCK最高频率则为1 MH。硬件连接如图所示。 42 软件设计 微解决器和温湿度传感器通信采用串行二线接口SC和DA,其中SCK为时钟线，DA为数据线。该二线串行通信合同和I2C合同是不兼容的。在程序开始,微解决器需要用一组启动传播时序表达数据传播的启动，如图4所示。当SCK时钟为高电平时,DTA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,AT再次翻转为高电平。 SH11湿度测试时序如图5所示。其中，阴影部分为SHT1控制总线。主机发出启动命令,随后发出一种后续位命令码,
6、该命令码涉及个地址位(芯片设定地址为00)和个命令位;发送完该命令码，将DAA总线设为输入状态等待ST11的响应;HT11接受到上述地址和命令码后，在第8个时钟下降沿,将DAA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,从机开始测量目前湿度，测量结束后,再次将DAT总线拉为低电平;主机检测到DAA总线被拉低后,得知湿度测量已经结束，给出SK时钟信号；从机在第8个时钟下降沿,先输出高字节数据；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S周期下降沿，从机发出低字节数据；接下来的SC下降沿,主机
7、再次将DA总线拉低作为接受数据的AK信号;最后8个SC下降沿从机发出CR校验数据,主机不予应答(NAC)则表达测量结束。由于微解决器通过二线串行数字接口访问湿度传感器H1,而访问合同是芯片生产商白定义的,因此需要用通用I/O口模拟该通信合同。我们选用Atml公司的微解决器ATmga28。通过对O口寄存器的编程,该解决器的IO口可以根据需要设立成输入、输出、高阻等状态。这为模拟该通信合同提供了条件。在软件实现过程巾，通过宏定义来实现/O口状态的变化。通过以上宏定义,可以实现CK和DAT总线的多种输入和输出状态。为了模拟该二线串行数字合同,还需要一种延时函数。WINAVR库函数提供了一种延时函数_
8、layop_2(uiged car s)，该延时函数运营用4个时钟周期，因此自定义延时 s函数可以定义如下:基于以上宏定义和延时函数,可以以便地使SCK和DA总线输出持续一定期间的高电平或低电平，从而可以模拟图所示的温湿度传感器HT11的读写合同。.3 温度和湿度值的计算 4.3. 湿度线性补偿和温度补偿 H11可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为相对湿度，需要进行线性补偿和温度补偿后才干得到较为精确的湿度值。由于相对湿度数字输出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:式中:Hinear为通过线性补偿后的湿度值，SORH为相对湿度测量值，C1
9、、C2、C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照温度有所不同，因此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: 式中:Htru为通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(），t1和t为温度补偿系数,取值如表3所列。 .2 温度值输出 由于SHT1是采用PTAT能隙材料制成的温度敏感元件，因而具有较好的线性输出。实际温度值可由下式算得: Tmperatue=d1dSOT 式中:d1和为特定系数,d的取值与ST1工作电压有关，d2的取值则与SHT11内部AD转换器采用的辨别率有关,其相应关系分别如表4和表5所列。 .3 露点
10、计算 露点是一种特殊的温度值，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。露点可以根据目前相对湿度值和温度值计算得出，具体的计算公式如下: Log=0.7+7.5(2.3+T)+og10(SORH）-2Dp=(6677-loEW)23.3)/(oW-.16077) 式中:为目前温度值，OR为相对湿度值,为露点。 5 结 论温湿度传感器SHT11集温度传感器和湿度传感器于一体,因此采用SHT11进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简朴等长处;此外HT1芯片内部集成了14位AD转换器,且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用。
