SHT11溫濕度傳感器在單片機中的應(yīng)用復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、SHT11 溫 濕 度 傳 感 器在單片機中的應(yīng)用鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院單片機原理與應(yīng)用課程設(shè)計說明書09級電氣工程及其自動化 專業(yè)72班級題目12C總線數(shù)字溫濕度傳感器SHT11及其在單片機系統(tǒng)的應(yīng)用姓 名 李興田 學(xué)號 090607215指導(dǎo)教師王義琴職稱講師O 二年五月 28 日、SHT11溫濕度傳感器的基本原理 SHT1 1的濕度檢測運用電容式 結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同

2、時不會產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)I2C謖度傳感器溫度傳感器仃歡挾1總線接口SC KDATA圖2 SHTH傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖SHT11的每一個總線等電路全 部集成在一個芯片內(nèi)SHT1 1傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的SHT11傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對濕度和溫度傳感器與一個 14位的A/D轉(zhuǎn)換器相 連，可將轉(zhuǎn)換后 的數(shù)字溫濕度值送給二線I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為 符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)

3、字信號。二、由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而A/D轉(zhuǎn)換的同時完成，貝 U降低了傳感器對干 擾噪聲的敏感程度。其次在 傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有 10 0%的互換性。最后，傳感器可直接通過 I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從3.4系統(tǒng)設(shè)計流程圖設(shè)計SHT11溫濕度傳感器在單片機中的應(yīng)用的流程圖如下:開始設(shè)計溫濕度傳感選用89C2051單軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計編科應(yīng)(1)濕度值輸出SHT 1 1可通過I 2

4、C總線直接輸出數(shù)字量濕度值， 其相對濕度數(shù)字輸出特性曲 線如圖3所示。5001 QUO ISQ0 2 002500 3CdC圖3 SHTM傳感器相對濕度數(shù)字輸岀特性曲線由圖3可看出，S HT 11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，可按如下公式修正濕度值：R H 1 i n e a r = c 1 + c 2 S O R H + c 3 S O R H 2 式中，SORH為傳感器相對濕度測量值，系數(shù)取值如下:12 位: S ORH: c 1 =4 , c 2 = 0 . 0 4 0 5, c3= 2. 8 X 10 68 位: S ORH: c 1 =- 4 , c 2 =

5、0.6 4 8, c3 7. 2 X 1 0 -(2 )溫度值輸出由于SHT1 1溫度傳感器的線性非常好，故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實際溫度值:T=d1+d2S0T當(dāng)電源電壓為5V,且溫度傳感器的分辨率為 14位時，d1=4 0d2=0. 01,當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12位時，d仁一40d2 = 0.04o(3)露點計算空氣的露點值可根據(jù)相對濕度和溫度值來得出，具體的計算公式如下：LogEW=(0.66077+7.5 T/(237.3+T)+ log10(RH)2 Dp = (0.66077 logEW) X 2 3 7.3 /(logEW 8.1 6 0 7 7 )3.2命令與接口

6、時序SHT1 1傳感器共有5條用戶命令，具體命令格式見表1所列。下面介紹一下具體的命令順序及命令時序。表1 SHT11傳感器命令列表命令編碼說明測量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量讀寄存器狀態(tài)00111“讀”狀態(tài)寄存器寫寄存器狀態(tài)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（1 ）傳輸開始初始化傳輸時，應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開始”命令，該命令可在SCK為高時使DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個 SCK為高時將DATA升高。接下來的命令順 序包含三個地址位（目前只 支持“ 0 0 0）和5個命令位，當(dāng)DATA腳的ac k位處

7、于低電位時，表示 SHT1 1正確收到命 令。（2）連接復(fù)位順序如果與SHT1 1傳感器的通訊中斷，下列信號順序會使串口復(fù)位： 即當(dāng)DATA線處于高電平時， 觸發(fā)SCK 9次以上（含9次），此后應(yīng)接著發(fā)一個“傳輸開 始”命令。表2 SHT11狀態(tài)寄存器類型及說明位類型說明缺省7保留06讀工檢限（低電壓檢杳）X5保留04保留03只用于試驗，不可以 使用02 讀/寫加熱0關(guān)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012位相對濕度，14位度，14位濕度分辨率濕度當(dāng)發(fā)出了溫（濕）度測量命令后，控制器就要等到測量完成。使用8/12/ 14位的分辨率測

8、量分別需要大約1 1/55/210ms的時間。為表明測量完 成，SHT1 1會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制 器必須重新啟動SCK，然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗和?？刂破鞅仨毻ㄟ^使DATA 為低來確認(rèn)每一 個字節(jié)，所有的量均從右算， MSE 列于第一位。通訊在確認(rèn) CRC 數(shù) 據(jù)位后停 止。如果沒有用 CRC-8 校驗和，則控制器就會在測量數(shù)據(jù) LSB 后保持 ack 為高來停 止通訊 ， SHT1 1 在測量和通訊完成后會自動返回睡眠模式。需要注意 的是：為使 SHT1 1 的 溫升低于 0.1 C 此時的工作頻率不能大于標(biāo)定值的1 5%（如：12 位精確度時，每秒最多進(jìn)行 3次測量）

9、。3.3寄存器配置SHT1 1 傳感器中的一些高級功能是通過狀態(tài)寄存器來實現(xiàn)的，寄存器各位 的類型及說明見表 2 所列。四、軟件設(shè)計 （要求有程序流程框圖，源程序清單）圖 5 是 AT89C 2 0 5 1 單片機與 SHT11 的接口電路。由于 AT89C 2 0 5 1 不具備 I2C 總線接口，故使用單片機 通用 I/O 口線來虛 擬I2C總線，并利用P1. 0來虛擬數(shù)據(jù)線DATA，禾I用Q 的上拉電阻 ,P1.1 口線來虛擬時鐘線，并在 DATA 端接入一只 4.7k程圖：各變量初始化，賦寫“測量濕度命令”子程將傳感器傳輸?shù)絾纹瑱C中根據(jù)SHT11的寫時序編寫命令子1F編另“動態(tài)顯小接口

10、程序” 了程序5寫“溫濕度值變換及溫度補償”子程序編與控制程序，與測溫寫“測量溫度命令”子程序F面給出與上述硬件電路配套的C51應(yīng)用程序:#defi ne data p1-1#defi ne sck p1-0#defi ne ack 1#defi ne no ack 0#defi ne measure_temp 0 x03 /測量溫度命令/ 讀溫濕度命令char s-measure(unsigned char *p-value, unsigned char *p-checksum, unsigned char mode )unsigned char error=0;unsigned int i

11、;s_transstart();/ 傳輸開始switch(mode)case temp:error+=s_write_byte(measure_temp);break;case humi:error+=s_write_byte(measure_humi);break default:break; for(i=0;i65535;i+) if(data=0) break; if(data) reeor+=1; *(p_value)=s_read_byte(ack);*(p_value+1)=s_read_byte(ack); *p_checksum=s_read_byte(noack); retu

12、rn error;/ 溫濕度值變換及溫度補償void calc_sth15(float *p_humidity,float *p_temperature)const float c1=-4.0;const float c2=0.0405;const float c3=-0.0000028;const float t1=-0.01;const float t2=0.00008;float rh=*p_humidity;float t=*p_temperature;float rh_lin;float th_ture;float t_c;t_c=t*0.01-40;rh_li n=c3*rh*rh

13、+c2*rh+c1;trh_ture=(t_c-25)*(t1+t2*rh)+rh _lin;*p_temperature=t-c;*p_humidity=rh_ture;/從相對溫度和濕度計算露點char calc_dewpo in t(float h,float t)float logex,dew_po int;logex=0.66077+7.5*t/(237.3+t)+log 10(h)-2;dew_poi nt=(logex-0.6607)*237.3/(0.66077+7.5-logex); retur n dew_po int;/動態(tài)顯示接口程序DIR: MOV R0,#79HMO

14、V R3,#01HMOV A,R3LD0: MOV DPTR,#0101HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV A,R0ADD A,#12HMOVX A,A+PCMOVX DPTR,AACLL DL1INC R0MOV A,R3JB ACC.5,LD1RL AMOV R3,AAJMP LD0LD1: RETDSEGDB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DHDSEG1: DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CHDSEG2: DB 39H, 5EH, 79H, 71H, 73H, 3EHDSEG3: DB 31H, 61H, 1CH, 23H, 4

15、0H, 03HDSEG4: DB 18H, 00H, 00H, 00HDL1: MOV R7, #02HDWDL:MOV R6, #0FFHDL6: DJNZ R6, DL6DJNZ R7, DLRET限于篇幅，上述程序中未給出傳輸開始、寫字節(jié)數(shù)據(jù)、讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)五、結(jié)論SHT11數(shù)字式溫濕度傳感器由于將溫度傳感器、濕度傳感器、信號調(diào)理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、標(biāo)定參數(shù)及I2C總線接口全部集成到傳感器內(nèi)部，因此，既 提高了傳感 器的性能，又降低了成本、減少了體積，同時也非常便于和微控制器接口，由此可見，該傳感器是嵌入式系統(tǒng)溫濕度測試的理想選擇。六、參考資料11龔運新，胡長勝？單片機實用技術(shù)教程【Ml .北京師范大學(xué)出版社，2006.【21朱善君，孫新亞，吉吟東.單片機接口技術(shù)與應(yīng)用【M .北京：清華大學(xué)出版社，2005何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計【M1 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990設(shè)計總結(jié)：經(jīng)過進(jìn)一個星期的設(shè)計，這篇單片機結(jié)課設(shè)計終于告一段落，再這過程中我學(xué)到了很多東西，現(xiàn)在我就把它同大家分享。首先，我掌握了單片機中很多我以前沒有掌握的東西，比如說單片機與其它