【文章內(nèi)容簡介】 方面往往不盡人意。為解決這些問題，瑞士Sensirion 公司推出了新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題,實現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能[3]。 數(shù)字溫濕度傳感器SHT11數(shù)字溫濕度傳感器SHT—11采用COMSens專利傳感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖31所示）[4]。圖31 數(shù)字溫濕度傳感器SHT—11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出SHT11具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來自其它方面的影響。將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個單一的個體,這就使得測量精度提高并且可以精確得出露點,而不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化而引起的誤差。而且將傳感器元件、信號放大器、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器、OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、I2C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等，電路功能部件全部采用CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個芯片內(nèi)。這不僅使信號強度增加,更重要的是長期穩(wěn)定性也得到增強,這對傳感器系統(tǒng)是極為重要的。同時,模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個芯片內(nèi)同時完成,這可使信號對噪聲不敏感,尤其重要的是,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)裝載的針對每一只傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能,可以實現(xiàn)100%的互換。此外,。該傳感器還具有I2C 二線串行總線接口,這可使傳感器方便的與任何類型的微處理器、微控制器接口相連,為溫濕度的微機化測試帶來極大的方便,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時間,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。該傳感器還有反應(yīng)迅速、高精度、低功耗等優(yōu)點。 SHT11的傳感器輸出SHT11的相對濕度絕對精度、溫度精度和25℃露點精度如圖32(a)～(c)所示[4]。（a）濕度絕對精度（b）溫度精度（C）25℃露點精度圖32 相對濕度、溫度和露點的精度曲線 濕度值輸出SHT11可通過I2C 總線直接輸出數(shù)字量濕度值,其相對濕度輸出特性曲線如圖32所示。從中可以看出,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性,為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù),可按式（31）修正濕度值:= 式中,SORH 表示傳感器相對濕度測量值,系數(shù)取值分別如下:12位時：；8位時： 。 溫度值輸出SHT11溫度傳感器的線性非常好,可用下列公式（32）將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值T : 式中，表示傳感器溫度測量值。當(dāng)電源電壓為5V，溫度傳感器的分辨率為14位時，；當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時。圖33 相對濕度輸出特性曲線 露點計算空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值由下面公式計算： 式中，——飽和水蒸氣壓強（mmHg） 非線性校正及溫度補償 式（31）為相對濕度的非線性補償計算公式,對于單片機系統(tǒng)而言,計算量大而過復(fù)雜,下面給出簡化的計算方法。（1）線性　當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時,可采用以下的線性計算公式。 式中。（2）2線性 當(dāng)系統(tǒng)對濕度測量精度要求較高時,可采用以下的2線性計算公式,即用最小的計算復(fù)雜性來提高精確度。 式中，為8位濕度傳感器輸出濕度值。當(dāng)時，；當(dāng)時。（3）溫度補償 上述濕度計算公式是按環(huán)境溫度為25℃進(jìn)行計算的,而實際的測量溫度值則在一定的范圍內(nèi)變化,所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù),可按式對環(huán)境溫度進(jìn)行補償。 當(dāng)為12位時，；當(dāng)為8位時。 SHT11的特性 SHT11的特點SHT11傳感器的特點如下:1）相對濕度和溫度一體測量；2）精確露點測量；3）全量程標(biāo)定，無需重新標(biāo)定即可互換使用；4）超快響應(yīng)時間；5）兩線制數(shù)字接口（最簡單的系統(tǒng)集成，較低的價格）；6）超小尺寸（5）；7）高可靠性（工業(yè)CMOS工業(yè)）；8）優(yōu)化的長期穩(wěn)定性；9）可完全浸沒水中；10）基于請求式測量，因此低能耗；11）具有濕度傳感器元件的自檢測能力；12）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性。 SHT的詳細(xì)規(guī)格（RH）的性能參數(shù)如下：范圍：0—100%RH；精度：177。3%RH（20—80%RH）；響應(yīng)時間：≤4s；復(fù)現(xiàn)性：177。%RH；分辨率：%RH；工作溫度：－40℃—＋120℃。（T）的性能參數(shù)如下：范圍：－40℃—＋120℃；精度：177?！妫ㄔ?5℃時），177。℃（在0—40℃時）；響應(yīng)時間：≤20s；復(fù)現(xiàn)性：177。℃；分辨率：℃。能耗：典型 30uW（@5V，12bit，測量周期2秒） 典型 1uW（@,8bit，測量周期2分）；供電范圍：—；檢測電流：；待機電流：。 SHT11的引腳SHT11的引腳圖如圖34所示。圖34 SHT11的引腳圖引腳簡介引腳1—GND接地端；～，傳感器上電后要等待11ms以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令，電源引腳（VDD,GND）之間可增加一個100uF的電容，用以去耦濾波。引腳2—DATA雙向串行數(shù)據(jù)線；SHT11的串行接口，在傳感器的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理。DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。引腳3—SCK串行時鐘輸入；用于微處理器與SHT11之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。引腳4—VDD電源端，—引腳5—8—NC空管腳 SHT11的的內(nèi)部命令與接口時序 SHT11的內(nèi)部命令SHT11 傳感器共有5 條用戶命令,具體命令格式見表31。在程序編程時根據(jù)命令編號來設(shè)定SHT11的工作狀態(tài)。例如：0x03設(shè)置SHT11為溫度測量，0x05是設(shè)置SHT11為濕度測量[5]。表31 SHT11傳感器命令列表命令編號說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀寄存器00111“讀”狀態(tài)寄存器寫寄存器00110“寫”狀態(tài)寄存器軟啟動11110重啟芯片,清除狀態(tài)記錄器的錯誤記錄11 毫秒后進(jìn)入下一個命令 SHT11的命令順序及命令時序1) 傳輸開始初始化傳輸時,應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”命令,具體為SCK是高電平時,DATA 高電平變?yōu)榈碗娖?并在下一個SCK為高時將DATA 升高。接著傳輸開始下一個命令，包含3個地址位(目前只支持“000”) 和5 個命令位,通過DATA 腳的ack 位處于低電位表示SHT11正確收到命令。2) 連接復(fù)位順序如果與SHT11傳感器的通訊中斷,下列信號順序會使串口復(fù)位:當(dāng)使DATA線處于高電平時,觸發(fā)SCK9 次以上(含9 次) ,并發(fā)一個前述的“傳輸開始”命令。3) 溫濕度測量時序當(dāng)發(fā)出了溫(濕) 度測量命令后，控制器就要等到測量完成后才開始動作。使用8/ 12/ 14 位的分辨率測量分別需要大約11/ 55/ 210 ms。為表明測量完成，SHT11會使DATA為低電平,此時控制器必須重新啟動SCK，然后SHT11傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和到控制器，控制器必須通過使DATA為低來確認(rèn)每一字節(jié)，通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用CRC28校驗和,則控制器就會在測量數(shù)據(jù)LSB后，保持ack為高時停止通訊,SHT11在測量和通訊完成之后會自動返回睡眠模式。需要注意的是，℃，則此時工作頻率不能大15%(如:12 位精確度時,每秒最多進(jìn)行3 次測量)。測量溫度和測量濕度命令所對應(yīng)的時序如圖34所示。圖34 測量溫濕度時序圖4) 加熱控制將傳感器芯片中的加熱開關(guān)接通，傳感器溫度大約增加5 ℃，加熱用途如下:其一，通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；其二，在相對濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過加熱來避免冷凝。5) 低電壓檢測，準(zhǔn)確度為177。 SHT11的狀態(tài)寄存器SHT11的狀態(tài)寄存器的類型及其說明見表32。表32 SHT11狀態(tài)寄存器及說明位類型說明缺省說明7保留06讀工檢限X5保留04保留0續(xù)表位類型說明缺省說明3只用于試驗，不可以使用02讀/寫加熱0關(guān)1讀/寫不從OTP重下載0重下載0讀/寫‘1’—8位相對濕度，12位溫度分辨率；‘0’—12位相對濕度，14位溫分辨率012位相對濕度，14溫度 硬件接口 DS1302與單片機連接SHT11與單片機接口構(gòu)成的溫濕度測量電路,如圖35所示 。因SHT11內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口等，在與單片機連接時就不需要再外接轉(zhuǎn)換部件[6]。圖35 SHT11與單片機接口 恢復(fù)處理置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，經(jīng)過在80～90℃（176～194F）和＜5％RH的濕度條件下保持24小時（烘干），隨后在20～30℃（70～90F）和＞74％RH的濕度條件下保持48小時以上（重新水和）的處理后可使其恢復(fù)到剛校準(zhǔn)時的狀態(tài)[7]。通過上面的論述可見SHT11數(shù)字式溫濕度傳感器完全符合對土壤溫濕度檢測的要求。 SHT11的相關(guān)程序⑴ SHT11端口定義sbit SHT11_DATA=P2^6。sbit SHT11_SCK=P2^5。uchar flag_tempeture=0。 //顯示溫度位置的標(biāo)志uchar flag_humidity=0。 //顯示濕度位置的標(biāo)志//uchar dat。uint i,temp1,temp2,dat=0,count。float tempeture1。float RHline,RHtrue。void delay(uint m){while(m)。}⑵ SHT11內(nèi)部延時void Delay(){ 。 。}⑶ SHT11檢測等待延時:11ms/55ms/210ms 分別對應(yīng)8位/12位/14位 測量結(jié)果，對應(yīng)的形參為N 則延時Nmsvoid Delay_Ms(uint ms){ uint i,j。 for(i=ms。i0。i) for(j=112。j0。j)。}⑷ SHT11啟動時序void SHT11_Start(){ SHT11_SCK=1。 SHT11_DATA=1。 Delay()。 SHT11_DATA=0。 Delay()。 SHT11_SCK=0。 Delay()。 SHT11_SCK=1。 Delay()。 SHT11_DATA=1。}⑸ 向SHT11發(fā)送8bite數(shù)據(jù)void SHT11_Sendbyte(uchar dat){ uchar i。 SHT11_SCK=0。 Delay()。 for(i=0。i8。i++) { if(datamp。0x80) { SHT11_DATA=1。 Delay()。 } else { SHT11_DATA=0。 Delay()。 } dat=dat1。 SHT11_SCK=1。 Delay()。 SHT11_SCK=0。 }}⑹ 檢測SHT11的響應(yīng)信號(在第九個時鐘周期)void SHT11_Answer(){ SHT11_SCK=1。 Delay()。 while(SHT11_DATA==1)。 SHT11_SCK=0。 SHT11_DATA=1。}⑺ 檢測SHT11溫濕度檢測是否完畢void SHT11_Test_Finish(){ while(SHT11_DATA==1)。}⑻ “寫”程序：向SHT11的狀態(tài)寄存器設(shè)置功能，mand為REG_WRITE 0x06寫寄存器，dat為設(shè)置SHT11的功能，可以設(shè)置檢測的數(shù)據(jù)位數(shù)void SHT11_Write_Register(uchar mand ,uchar dat){ SHT11_Start()。 SHT11_Sendbyte(mand)。 SHT11_Answer()。 SHT11_Sendbyte(dat)。 SHT11_Answer()。}⑼ “讀”程序：ommand為REG_READ 0x07//讀寄存器，返回值為狀態(tài)寄存器的值。位6顯示當(dāng)前檢測完一次數(shù)據(jù)后電源供電情況：當(dāng)位6為0時表明VDD 當(dāng)位6為1時表明VDD。位0表明當(dāng)前的測量分辨率：當(dāng)位0為1時表明測量精度：8位/濕度 12位溫度，當(dāng)位0為0時表明測量精度：12位濕度 14位溫度 ，默認(rèn)為0uchar SHT11_Read_Register(uchar mand){ uchar dat。 SHT11_Start()。 SHT11_Sendbyte(mand)。 SHT11_Answer()。 dat=SHT11_Receivebyte()。 SHT11_End()。 return(dat)。}⑽ 設(shè)置SHT11檢測功能,并返回相應(yīng)的檢測結(jié)果:mand形參用于設(shè)定溫度檢測還是濕度檢測,time形參用于設(shè)定檢測過程中的等待時間，以確定檢測結(jié)果的位數(shù)11ms/55ms/210ms 分別對應(yīng)8位/12位/14位 uint SHT11_Measure(uchar mand,uchar time){ uint dat=0。 uchar data_high,data_