摘 要 詳細介紹Sensirion傳感器公司推出的新型集成數字式溫濕度傳感器。該傳感器采用CMOSens專利技術將溫度濕度傳感器、A／D轉換器及數字接口無縫結合，使傳感器具有體積小、響應速度快、接口簡單、性價比高等特點。本文結合實例講解該傳感器的命令、時序，以及其在單片機系統中的應用。
關鍵詞 SHTl0 溫濕度傳感器 數字傳感器 ATmeg8L

引 言
    隨著社會的不斷發展前進，人們進入了數字化信息時代，對生活質量的要求越來越高。汽車、空調、除濕器、烘干機等都已家喻戶曉，它們都離不開對溫度、濕度等環境因素的要求。
    瑞士Sensirion公司推出了SHTxx單片數字溫濕度集成傳感器。采用CMOS過程微加工專利技術(CMOSens technology)，確保產品具有極高的可靠性和出色的長期穩定性。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轉換器以及1個2一wire數字接口在單芯片中無縫結合，使得該產品具有功耗低、反應快、抗干擾能力強等優點。

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，數字輸出；
    ◆接口簡單(2一wire)，響應速度快；
    ◆超低功耗，自動休眠；
    ◆出色的長期穩定性；
    ◆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)典型應用電路" title="應用電路">應用電路
    SHTlO典型應用電路如圖1所示。

    (2)電源引腳(VDD、GND)
    SHTlO的供電電壓為2．4～5．5 V。傳感器上電后，要等待11 ms，從“休眠”狀態恢復。在此期間不發送任何指令。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 2一wire)在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優化處理，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SHTlO之間通信的同步時鐘，由于接口包含了全靜態邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。
    ②串行數據(DATA)。DATA引腳是1個三態門，用于MCU與SHTlO之間的數據傳輸。DATA的狀態在串行時鐘SCK的下降沿之后發生改變，在SCK的上升沿有效。在數據傳輸期間，當SCK為高電平" title="高電平">高電平時，DATA數據線上必須保持穩定狀態。
    為避免數據發生沖突，MCU應該驅動DATA使其處于低電平狀態，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)SHTl0命令
    SHTlO命令如表1所列。

    (2)命令時序
    發送一組“傳輸啟動”序列進行數據傳輸初始化，如圖2所示。其時序為：當SCK為高電平時DATA翻轉保持低電平，緊接著SCK產生1個發脈沖，隨后在SCK為高電平時DATA翻轉保持高電平。
    緊接著的命令包括3個地址位(僅支持“000”)和5個命令位。SHTl0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 0001l”為溫度(θ)測量。發送一組測量命令后控制器要等待測量結束，這個過程大約需要20／80／320 ms，對應其8／12／14位的測量。測量時間隨內部晶振的速度而變化，最多能夠縮短30％。SHTlO下拉DATA至低電平而使其進入空閑模式。重新啟動SCK時鐘讀出數據之前，控制器必須等待這個“數據準備好”信號。
    接下來傳輸2個字節的測量數據和1個字節的CRC校驗。MCU必須通過拉低DATA來確認每個字節。所有的數據都從MSB開始，至LSB有效。例如對于12位數據，第5個SCK時鐘時的數值作為MSB位；而對于8位數據，第1個字節(高8位)數據無意義。
    確認CRC數據位之后，通信結束。如果不使用CRC一8校驗，控制器可以在測量數據LSB位之后，通過保持ACK位為高電平來結束本次通信。
    測量和通信結束后，SHTlO自動進入休眠狀態模式。
    (4)復位時序
    如果與SHTlO的通信發生中斷，可以通過隨后的信號序列來復位串口，如圖3所示。保持DATA為高電平，觸發SCK時鐘9次或更多，接著在執行下次命令之前必須發送一組“傳輸啟動”序列。這些序列僅僅復位串口，狀態寄存器" title="狀態寄存器">狀態寄存器的內容仍然保留。
    (5)狀態寄存器讀寫時序
    SHTl0通過狀態寄存器實現初始狀態設定。

  讀狀態寄存器時序如圖4所示。

    寫狀態寄存器時序如圖5所示。

    狀態寄存器位如表2所列。

4 幾點說明
    ①CRC一8校驗。整個數據的傳輸過程都由8位校驗保證，確保任何錯誤的數據都能夠被檢測到并刪除。
    ②為保持自身發熱溫升小于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轉換為物理量輸出。相對濕度輸出轉換公式為：

   
    其中，RHlinear為25℃時相對濕度的線性值，SORH為傳感器輸出" title="傳感器輸出">傳感器輸出的相對濕度的數值，c1，c2，c3為系數，如表3所列。
    當測量溫度與25℃相差較大時，則需要考慮傳感器的溫度系數：

   
    其中，RHtrue為溫度不等于25℃時相對濕度的實際值，θ為當前溫度，t1、t2是系數，如表4所列。

    溫度輸出轉換公式為：

   
    其中，θ為實際溫度，SOθ為傳感器輸出的溫度數值，θ1，θ2為系數，如表5、表6所列。

    由于濕度與溫度經由同一塊芯片測量而得，因此SHTlO可以同時實現高質量的露點測量。具體算法可參閱參考文獻，這里不再詳述。

5 SHTl0與ATmega8L的應用實例
    這里以SHTlO與Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L(內部8 MHz振蕩頻率)MCU的接口電路為例，給出實際應用電路及控制程序實例。本例采用ATmega8L微控制器控制SHTlO，讀取溫濕度數據，并將結果顯示在LCDl602(采用4位模式)上，如圖6所示。
    程序采用C語言模塊化設計，大大方便被移植到其他MCU上使用，提高了工作效率。