SHT11数字式温湿度传感器的应用.pdf

第 4期 2 0 1 0年 4月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Ap r ．2 0 1 0 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 4 0 0 9 9 --0 3 S H T I I数字j I c 温湿度传感器的应用 吴玉康， 邓世建 ， 袁刚强， 李安迎 中国矿业大学信电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 介 绍 了 S HT1 1数 字式温湿度 传 感 器的 工作 原理 ； 以某监 测 系统 中的温 湿度 监 测站 为例 ， 介 绍 了 S HT1 l与单片机的接 口电路、 指令时序和温湿度测量过程。实际应用表明， 该传感器具有测量精度高、 响应 速度 快 、 抗 干扰 能 力强等优 点。 关键词 温湿度监 测 ； 数 字传 感器 ； S HTl 1 ；单 片机 中图分类 号 T D 7 7 2 文献标识 码 B 0 引言 传统的模拟式温湿度传感器在测量温湿度时需 要进行复杂的校准和标定 ， 而且需要设计复杂 的信 号调理电路和模数转换电路 ， 不便 于应用。S HT1 1 是瑞 士 S e n s i r i o n公 司 生产 的带有 I C总 线 的 数字 式温湿度传感器， 具有免调试 、 免标定 、 测量分辨率 可编程调节 8 ／ 1 2 ／ 1 4位数据 、 C R C传输校验、 超小 封装尺寸等特点； 同时集成了温湿度传感器 ， 可以进 行温度补偿的湿度测量 ， 并提供高质量的露点计算 功能 ， 测量精度高， 是各种温湿度监测应用中的一种 优选器件 。本文将对 S HT1 1在温湿度监测中的具 体应用作一介绍。 GND DA T A S C K D 图 1 S HT1 1的内部结构 G N D 地 D A T A 数据线 S C K 时钟线 D 电源线 N C 无连接 图 2 S HT 1 1 的引脚排列及名称图 1 S H T l l 工 作原理 2 S HT l l在监 测 系统 中的应用 S HT1 1的内部结构如 图 1所示。其 中温度传 感器 T e mp ． S e n s o r 采用 由能隙材料制成的温度敏 感元件， 湿度传感器 R H S e n s o r 采用电容性聚 合体湿度敏感元件。2个传感器输出的信号被放大 后送入一个 1 4 位 AD C， 转换成数字信号再送给 I C 总线接 口， 最后 通过 I C接 口以 串行 方 式 输 出。校 验存储器 C a l i b r a t i o n Me mo r y 用于存储在恒湿或 恒 温环境下 的校准 系 数 ， 用 于测 量过 程 中的非 线性 校 准 。 S HT1 1采用 S MD封装 形 式 ， 引脚 排 列及 名称 如 图 2所示 。 牧稿 日期 2 0 0 9 1 2 --2 2 作者简介 吴玉康 1 9 8 6 一 ， 男 ， 江苏徐州人 ， 中国矿业大学信电 学院在读硕士研究 生， 研究 方向为控 制理 论与控 制工 程。E ma i l t t r y 1 3 5 1 6 3 ． t o m 温湿 度通 常是许多 监测系 统中需要 监测 的重要 参数。监测系统一般采用分布式结构 ， 如图 3 所示。 其中温湿度监测站完成温湿度的测量 ， 当接收到指 令时将测量结果传送到上位机， 用于判断 、 显示和存 储等 ； 监测站 1 ～ 用于完成大气压力、 风速、 电流等 参数 的测量 。 图 3 监测 系统 的分布式结构 温湿度监测站结构如 图 4所示 。其 中 S HT1 1 完成温湿度的测量 ； MC U 实时控制和读取 S HT1 1 的测量结果 ， 并通过总线接 口向上位机发送测量结 果及接收来 自上位机的指令 。 图5 为MC U采 用MC S 一5 1 单 片机 时 ， MC U l O O 工矿 自动化 2 0 1 0年 4月 图 4温湿度 监测站结构 与 S HT 1 1的接 口电路。由于 MC S 一5 1单片机没 有 总线接 口， 故用 P 1 ． 2和 P 1 ． 3 虚拟 I C接 口 ， 分别 与 S HT1 1的时钟端 口 S C K和数据端 口 D ATA相 连 ， 并 在时钟线 上接一个 1 0 k t- I 的上拉 电阻 。另外 ， 在 S HT1 1的 VD o 和 GND引脚之 间接 有一个 0 ． 1 F 的滤 波电容 。需 要说 明的是 ， 该 监 测站 同时测 量 大 气压力 、 风速等参数。 图 5 Mc s 一5 1单片机与 S HT l l的接 口电路 3温湿度 监测 系统 软件设计 3 ． 1 S HT1 1指令 时序 S HT1 1的指令时序如 图 6所示 。在指令开始 时， 需发送一组启动命令表示数据传输的初始化 ， 体 现为当 S C K时钟为高 电平时， D AT A 由高电平翻 转为低 电平 ， 紧接着 S C K 变为低 电平 ， 随后是 在 S C K时钟为高电平时 ， D AT A 翻转为高电平。启动 命令发送完毕 ， 发送控制命令，控制命令包含 3个 地址位 目前只支持“ 0 0 0 ” 和 5 个命令位 ， 如表 1 所 示。在第八个 S C K 时钟的下降沿之后， S HT 1 1 将 D AT A 下 拉 为低 电平 AC K 位 ， 表示 已正 确 地接 收到指令 ； 在第九个 S c K时钟的下降沿之后， 释放 D AT A 恢复 高 电平 。 T怕n s mi s s i o n Add r e s a romma nd 图 6 S HT 1 1的指令时序 表 1 S HT 1 1 命令集 命令 代码 命令 代码 预留0 0 0 0 x 写状态寄存器0 0 1 1 0 温度测量0 0 0 1 1 预留0 1 0 1 x 1 1 1 0 x 湿度测量0 0 1 0 1 软复位 1 1 1 1 0 读状态寄存器0 0 1 l 1 3 ． 2温湿度测量 过程 温湿度监测站采集数据流程如图 7所示 。 图 7 温湿度监测站采集数据流程 发送完启动命令 和控制命令后， MC U 要等待 测量结束 ， 该过程大约需要 1 1 ／ 5 5 ／ 2 1 0 ms ， 分别对 应 8 ／ 1 2 ／ 1 4 b i t 测 量 。S HT1 l通 过下 拉 D ATA 至 低电平表示测量结束 ， MC U在触发 S C K时钟前必 须等待该“ 数据备妥信号” 。S HT1 1接着传输 2 B 的测量数据和 1 B的 C R C奇偶校验码 。MC U需要 通 过下拉 D ATA 为低 电平 来 确认 每 个 字节 。所 有 的数据从 MS B 最高有效位 开始， 右值有效 例如 对于 1 4 b i t 数据 ， 从第三个 S C K时钟起算作 MS B； 而对 于 8 b i t 数据 ， 首字节则 无意义 。以 C R C数据 的确认位表明通信结束。如果不使用 C R C一8校 验 ， 控制器可以在测量值 L S B后 ， 通过保持确认位 AC K高电平来 中止通信 。在测量和通 信结束后， S HT 1 l自动转入休眠模式。 为保证 自身温升低于 0 ． 1℃， S HT1 1的激活时 间不要超过 1 5 例如对于 1 2 b i t 精度测量， 每秒 最多 进行 3 次 测量 。 3 ． 3 温 湿度 测量 的非线性补偿 为了补偿湿度传感器 的非线性 以获取准确数 据， 需要使用式 1 来修正读数 RHl i一 一 c 1 c 2 S OR H 氏 S 0 H 1 式 中 RH。 为 进行 非 线 性 补 偿 后 的 湿 度值 ； S O R H 为 MC U从 S HT1 1 读取的湿度值； f j 、 f 2 、 f 3的 具体数值参见 S HT1 1芯片手册。 RH i 的计算流程 即湿度值校正流程 如图 8 所 示 。 由于实际温度与测试参考温度 2 5℃有显著差 别 ， 应考虑湿度传感器的温度修正系数 RH 一 T℃一 2 5 t 1 t 2 SO R H RH h 2 ㈣ n 一 第 4期 2 0 1 0年 4月 工矿 自 动化 I n dus t r y a n d M i ne Aut o ma t i o n NO ． 4 Ap r ．2 0 1 0 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O L O O 4 --0 1 0 1 --0 3 基于P L C的汔车入场燥采样系统的设计 胡万里 ， 张修 太 安阳工学院电子信息与电气工程系， 河南 安阳4 5 5 0 0 0 摘要 针对 汽车入 场煤螺 旋式采样 系统容 易在 煤 湿度 大时发 生堵料 过 载 现 象的 问题 ， 提 出 了一 种基 于 P L C的汽 车入 场煤采 样 系统的设计 方案 ， 详 细介 绍 了系统工 艺要 求及 软 、 硬 件 设计 。该 系统 以V C 开发 的软件作 为上位机 监控 平 台， 通 过 Wi n C C对 P L C发送 控 制指 令 ， 从 而 实现 了汽 车入 场煤 的 自动 化 采样 功 能。现场应用表明， 该 系统运行稳定， 无故障发生， 极大地提 高了生产效率和管理水平。 关键词 汽车入 场煤 ；自动 采样 ；P L C ；螺 旋采样 头 中图分 类号 T D 6 3 9 ； T P 2 7 3 文献标 识码 B 0引言 目前 国内入场煤 的采样工艺基本上分为两大 类 第一类采用人工配料 ， 配料 自动化程度低 ， 费时 费力 ， 需要工人数量较多 ； 第二类采用 自动控制系 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 O 作者简介 胡万里 1 9 7 8 一 ， 男 ， 河南 安阳人 ， 讲师 ， 现主要 从事 工厂 电气控制的教学 与工程 实践及热 能工程的设 计工作。E ma i l h wa n 1 9 9 t o m． c o rn 统， 自动化程度高。采样工艺的 自动控制系统按照 采样头分， 可分为铲式采样系统和螺旋式采样系统。 采用铲式采样系统时， 当采样头触及煤层时， 打开铲 头， 将煤铲起 ， 然后送到预定放料点， 其缺点是不能 采到深层的煤炭。采用螺旋式采样 系统时， 当采样 头触及煤层时， 启动螺旋 电动机， 将煤旋进螺旋筒 内， 然后送到预定放料点 ， 其缺点是 当煤的湿度较大 时 易堵料 过载 。 针对以上 问题 ， 笔者开发了一套汽车入场煤采 样系统， 采用螺旋式采样头 ， 通过调整螺旋电动机的 图 8 湿度值校正流程 式 中 RH 为最 终 计 算 出 的相 对 湿 度 值 ； T 为当前实际温度； t 、 t 的具体数值参见 S HT1 1芯 片手 册 。 由能隙材料 P TAT研发的温度传感器具有极 好 的线性 ， 可用式 3 将 数字输 出转换 为温度值 T dl d 2 d 2 S 0T 3 式 中 T 为 实 际 温 度 值； S O T为 MC U 从 S HT1 1 读取的温度数字输出量 ； d 、 d 的具体数值 参见 S HTI i 芯片手册。 4结语 本文设计的温湿度监测站已成功应用于电力机 车车顶绝缘子闪络监测系统中的大气温湿度测量。 实践表明， S HT1 1具有测量精度高、 响应速度快 ， 抗 干扰能力强等特点， 满足工程需要 。 参考文献 [ 1 ] S e n s i r i o n公司． S HTl l 数据手册E E B ／ O L ] ． [ 2 o o 9 一O 9 1 1 ] ． h t t p ／ ／ c n p d f ． a l l d a t a s h e e t ． c o m／ d a t a s h e e t p d f ／ v i e w／ 9 1 ] o o ／ ETC／ S HT1 1 ． h t m1 ． 胡汉才． 单 片 机原 理 及其 接 I 1 技 术 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