数字温湿度传感器SHT11及其应用.pdf

第 3期 2 0 0 7年 6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 ． 3 J a l1 ．2 00 7 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 7 0 3 0 1 1 3 0 2 数字温湿度传感器S H T l l及共应用 张艳 丽 ， 杨 仁 弟 1 ． 山东工商学院信息与电子工程学院， 山东 烟 台 2 6 4 0 0 5 ； 2 ． 烟台大学机电汽车工程学院， 山东 烟台 2 6 4 0 0 5 摘要 介绍 了数 字温湿度传感器 S HT1 1的工作原理、 内部结构 、 测量 时序及输 出特性 ， 并 以 S HT1 1为 测量元件 ， 设计 了一种基于单片机的温湿度测控 系统， 给 出了系统的硬件 电路和软件设计。 关键词 数字温湿度传感器； 温度测量 ； 单片机 中图分类号 T D 6 7 9 文献标识码 B 0 引言 温湿度的测量和控制在煤矿 自动化生产和安全 监控 中起着十分重要的作用 。本文介绍一种数字温 湿度传感器 S HT1 1及其应用 。该传感器具有安装 简便 、 维护方便 、 可靠性高等特 点， 特别适合 在煤矿 井下环境恶劣的条件下进行温湿度的监测 。 1 S H T 1 1的工作 原理 S HT1 1为具有二线 串行接 口的单片全校 准数 字式新 型相对湿度 和温度传感器 ， 可用来测量相对 湿度 、 温度和露点等参数 ， 具有数字式输 出、 免调试 、 免标定、 免外围电路及 全互换等特点。该传感 器的 外形 及管 脚示 意 图如 图 1所示 。 DATA一 串行 数 据 引 脚 ； SCK一 串 行 时 钟 输 入 图 1 S HT I 1外形 及管脚排列示意 图 与传统 的温湿 度传感 器不 同， S HT1 1是基 于 C MOS e n s 技术 的新型智能温湿度传感器 ， 它将温湿 度传感器 、 信号放大调理 、 A／ D转换 、 二线 串行接 口 全部集成于一个芯片内， 融合了 C MOS芯片技术与 传感器技术 ， 使传感器 具有 品质卓越 、 超快响应、 抗 干扰能力强、 极高的性价 比等优点 ， 其内部结构框图 如 图 2所示 。 收稿 日期 2 0 0 7 0 1 1 5 作者简介 张艳 丽 1 9 8 0 一 ， 女 ， 硕士 ， 助教 ， 主要 研究 方向为信 号检测与处理等。 一 SCK DArA GND D 图 2 SHT1 1内 部 结 构 框 图 S HT 1 1传感器默认的测量温度 和相对湿度 的 分辨率分别为 1 4 位 、 1 2位 ， 通过状态寄存器可 降至 1 2位 、 8位 。 湿 度 测 量 范 围 是 0 ～ 1 0 0 RH， 对 于 1 2位的分 辨率 为 0 ． 0 3 RH； 测 温范 围为 一4 0 ～ 1 2 3 ． 8℃， 对于 1 4位 的分 辨率为 0 ． 0 1℃。每个 传感器芯片都在极 为精确 的湿度室 中标定， 校准系 数 以程序形式储存 在 O TP内存 中， 在测量 过程 中 可对 相对 湿度 自动 校 准 ， 使 S HT1 1具 有 1 0 0 的互 换 性 。 其测量原理 首先利用 2只传感器分别产生相 对湿度、 温度的信号 ； 然后经过放大 ， 分别送 至 A／ D 转换器进行模数转换 、 校准和纠错 ； 再通过二线串行 接 口将相对湿度及温度 的数据送 至微控器 ； 最后利 用 微控 器 完成非 线 性补 偿 和温 度补 偿 。 2基 于 S H T 1 1温湿 度传 感器 的 测控 系统设 计 2 ． 1硬件 电路 设计 测 控 系 统 的硬 件 电路 包 括 采样 电路 、 键 盘 显 示 电路 、 电 源 电 路 和 电 器 驱 动 电 路 。测 控 系 统 以 S M8 9 C 5 1为主机 ， 由 S HT1 1实 现 温 度 和 湿 度 的 测 量 。具体电路原理如图 3所示 。 S M8 9 C 5 1是 台 湾新 茂 S y n c Mo s 公 司生 产 的 8位 MC U， 内 含 4 KB F L AS H ROM 、 1 2 8 B R AM 、 扩展 I ／ O， 自带看 门狗定 时器、 低 E MI 、 DB ANK 寻 址 、 片内 WDT R C振荡 器、 P WM 等。因此本 系统 不需要外扩 ROM， 也不必用外置的看门狗电路 。 维普资讯 1 1 4 工矿 自动 化 2 0 0 7年 6月 V c c C 5 1 O 卜 I 5JL _ L _ o S W- P B 9 匣A T WR P S E N S M8 9 C5 1 U3 } l 躐 f i 呻D B 65 P s Ei } 9 D B } e s 2 e si t GXM 1 2 8 6 4 图 3测 控 系 统 电路 原 理 图 S M8 9 C 5 1与 S HT1 1连接 ， 只需用 2条 I ／ O 口 线分 别作 为 数 据 线 D AT A 和 时钟 线 s C K， 并 在 D AT A端接入 1只上拉 电阻， 同时在 。 。 及 GND 端接入 1只去耦电容， 通过相应 的软件设计 ， 即可完 成数据的采集与传输。 显示器件 选用南京 国显 的图形液 晶显示模块 G X M1 2 8 6 4 。它 内含 KS 0 1 0 8 B ／ HD 6 1 2 0 2控 制器 ， 是一种 采用 低 功耗 C MOs技术 实 现 的点 阵 图形 L C D模块 ， 有 8位 的微 处理 器 接 口， 通 过 内部 的 1 2 8 6 4 位映射 D D RAM， 实现 1 2 8点、 6 4点大小 的 平板 显示 。它 的 主要 功能是 分 2行 同时 显示 现场 节 点的温度和湿度。L C D显示 模块与单片机 的接 口 电路如图 3所示 。另外 ， 为完成预定值 的设置 ， 系统 设有 4 个预设按键， 分别为加 1键 、 减 1键、 设定功 能选择键和设定完成确定键。 电器驱动 电路控制的设备主要包括风机 、 吸湿 机等 ， 可分 别采 用 固态 继 电器 控 制 工 作 。通 过 开 关 风机或加湿系统的工作状态 ， 实现对测控系统的实 时控 制 。继 电器 采 用 交 流 固 态 继 电 器 S S R S o l i d S t a t e Re l e y s HC A2 5 5 0 。交 流 固态 继 电 器 是 一 种 无触点通断电子开关 ， 为四端有源器件 ， 其中两端为 输入控制端 ， 另外两端为输 出受控端 ， 中间采用光 电 隔离 ， 作为输入输出之间的电气隔离 浮空 ， 有效避 免电磁干扰 。当单片机检测到温度或湿度值超 出预 设 范 围时 ， I ／ O 口 P 1 ． 2输 出控 制 信 号触 发 继 电器 ， 启动电器工作， 从而实现对相应设备 的控制。设计 时应注意各个 电器不应 同时启动 ， 以免冲击电网， 这 部分工作 由软件延时完成 。 2 ． 2 系统 软 件 设 计 系统软件程序基于 KE I L C 7 ． 0开发平 台， 采用 C 5 1 语言编写 。该部分程序采用模块化设计 方法 ， 主要包括以下几个模块 1 主程序初始 化 主要完成系统上 电后进行 定时器和 L C D液 晶模块 、 通信 电路的初始化 ， 包括 关掉 TO外的所有 中断、 设定计数初值等 ， 断开各电 器设备 的电源 ， 设定各个数据的存储单元地址 。初 始化完成后 ， 系统将正常运行 ， 并进行键盘扫描及温 度的控制等操作 。 2 键盘扫描 、 显示子程序 提供人机信息交换 接 口， 完成温度的上 、 下限值 的设定与显示功能 ， 并 将 2个限值存入到固定单元 中。 3 温度测量 、 控制子程序 微控制器首先发布 1 个启动传输时序， 接着调用写时序发布温度或湿 度 取决于入 口参数， 0 3 H 为测量温度， O 5 H 为测量 湿度 的测量命令 ， 然后延时等待测量的完成。在完 成测量后 ， 再调用读时序读 回测量结果 ， 进行温湿度 的计算 ， 最 后将 实 际温 度 值存 储 于 固定 单 元 中。 S M8 9 C 5 1比较温度预 设值 和实 际值 的大小 ， 产生 各个电器设备的启停及声光报警信号 。 3结 语 S HT1 1是单片集成的数字温湿度传感器 ， 所有 信号的调理都在芯片内部完成， 采用 I C总线实现 通信 ， 完成数据和时钟的传输 ， 而且直接输出数字信 号 。这样不仅节省了单 片机的 I ／ O 口线 ， 而且减少 了 A／ D器件 ， 降低了成本 。因此该器件具有极高的 性 能价格 比 ， 在温 湿 度 测 量 控 制 系 统 中的应 用 前 景 非常地广阔。本文基于数 字温湿度传 感器 S HT 1 1 的温湿度测控系统电路结构简单、 检测准确 、 稳定性 好 ， 实现 了对 温湿度 参 数 的测量 。 参考 文献 [ 1 ] 李正 军．计算机测控 系统 设计与应用[ M] ．北京 机 械 工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 戴佳．5 1单 片 机 c语 言 应用 程 序 设 计 实 例 精 讲 [ M] ．北 京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 沙 占友．集成化智 能传感器原理 与应用 [ M] ．北 京 电 子工业 出版社 ， 2 0 0 4 1 1 9 ～1 2 7 ． 1- 4 1 孟 臣 ， 李 敏． I 。 c 总 线 数 字 式 温 湿 度 传 感 器 S HT1 1 及其在单 片机 系统 的应 用[ J ] ．国外 电子 元器 件 ， 2 0 0 4 3 5 O ～5 4 ． l 昌 黜般 M 一 一 O ● 2 3 4 5 6 7 T T 蕈 荤 瓜 陆 J 维普资讯