温湿度传感器SHT11中文版datasheet.pdfVIP

温湿度传感器 SHT11 的感测系统设计 姜连祥 许培培 摘要：温湿度传感器 SHT11 集温度传感器和湿度传感器于一体，因此采用 SHT11 进行温湿 度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外 SHT11 芯片内部 集成了 14 位 A ／D 转换器，且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯 片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用。 关键词：温湿度传感器，SHT11，感测系统，传感器 1 SHT11 简介 SHT11 是瑞士 Scnsirion 公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖 通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下： ◆高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A ／D 转换和加热器等功能集成到一个芯 片上； ◆提供二线数字串行接口 SCK 和 DATA，接口简单，支持 CRC 传输校验，传输可靠性高； ◆测量精度可编程调节，内置A ／D 转换器(分辨率为 8～12 位，可以通过对芯片内部寄存 器编程米选择)； ◆测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的 露点计算功能； ◆封装尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式； ◆高可靠性，采用 CMOSens 工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。 2 SHT11 的引脚功能 SHT11 温湿度传感器采用 SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排 列顺序如图 1 所示。 各引脚的功能如下： ◇脚 1 和 4--信号地和电源，其工作电压范围是 2.4～5.5 V； ◇脚 2 和脚 3--二线串行数字接口，其中 DA-TA 为数据线，SCK 为时钟线； ◇脚 5～8--未连接。 3 SHT11 的内部结构和工作原理 温湿度传感器 SHT11 将温度感测、湿度感测、信号变换、A ／D 转换和加热器等功能集 成到一个芯片上，其内部结构如图 2 所示。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和 一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该 电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个 14 位的 A ／D 转换器；最后经过 二线串行数字接口输出数字信号。SHT11 在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准， 校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。此 外，SHT11 内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11 的温度升高 5℃左 右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证 两个传感器元件的性能。在高湿(95％RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩 短响应时间，提高精度。加热后 SHT11 温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略 有差异。 微处理器是通过二线串行数字接口与 SHT11 进行通信的。通信协议与通用的 I2C 总线协 议是不兼容的，因此需要用通用微处理器 I ／O 口模拟该通信时序。微处理器对SHT11 的 控制是通过 5 个 5 位命令代码来实现的，命令代码的含义如表 1 所列。 4 SHT11 应用设计 微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片 SHT11 进行通信，所以硬件接门设 计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器 通用 I ／O 口模拟通信协议。 4.1 硬件设计 SHT11 通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是： DATA 数据线需要外接上拉电阻，时钟线 SCK 用于微处理器和 SHT11 之间通信同步，由 于接口包含了完全静态逻辑，所以对 SCK 最低频率没有要求；当工作电压高于 4.5V 时，S CK 频率最高为 10 MHz，而当工作电压低于4.5 V 时，SCK 最高频率则为 1 MHz。硬件 连接如图 3 所示。 4.2 软件设计 微处理器和温湿度传感器通信采用串行二线接口 SCK 和 DATA，其中 SCK 为时钟线， DATA 为数据线。该二线串行通信协议和 I2C 协议是不兼容的。在程序开始，微处理器需要 用一组启动传输