新型温湿度传感器SHT10的原理及应用
概述：Sensirion传感器公司最新推出的一种集成化数字式温湿度检测设备，运用CMOSens专有技术，将温度感应元件、模数转换模块以及数字通信端口紧密整合，因而具备体积极小、反应迅速、连接便捷、成本效益优异等优势，文章通过具体案例阐释了该装置的指令集、工作流程，并探讨了其与微控制器平台的适配方案。
一种基于SHT10芯片的测量装置，用于探测环境中的温度与湿度值，该设备属于数字化采集工具，其核心控制器选用ATmeg8L微处理器，通过数字信号传输数据，具备高精度与稳定性特点。
引 言
社会持续演进，我们迈入信息数字化时期，对生活品质的期待日益增长。汽车、空调、加湿设备、除湿设备等十分普及，它们都依赖环境中的温度、湿度等条件。
瑞士Sensirion企业研发了SHTxx型单芯片温湿度复合测量装置。该产品运用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），以此保障其具备优异的可靠程度和显著的持久性能。这个装置包含一个电容性湿度感应单元，同时配备一个能带温度感应单元，两者与一个14位模数转换器kaiyun全站网页版登录，以及一个双线数字通信端口，在同一个芯片上高度集成，因此该设备展现出能耗少、响应迅速、抗干扰性能优越等显著优势。
1 SHT10的特点
SHT10的主要特点如下：
相对湿度和温度的测量兼有露点输出；
全部校准，数字输出；
接口简单（2-wire）,响应速度快；
超低功耗，自动休眠；
出色的长期稳定性；
超小体积（表面贴装）；
测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃）。
2 引脚说明及接口电路
（1）典型应用电路
SHT10典型应用电路如图1所示。
（2）电源引脚（VDD、GND）
SHT10的供电电压范围介于2.4V到5.5V之间。传感器通电之后，需要等待11毫秒，才能从“休眠”状态中唤醒。在这段时间内，不能发送任何控制指令。电源引脚（VDD和GND）之间可以接入一个100纳法的电容器，起到去耦滤波的作用。
（3）串行接口
SHT10的双线串行端口针对传感器数据获取和电源消耗进行了改进，该总线虽然与I2C总线相似，却并非与之兼容。
串行时钟输入端口，即SCK。该端口为MCU同SHTIO进行同步通信提供时钟信号，接口内含全静态逻辑，所以不受最小时钟频率限制。
串行数据称为DATA。DATA引脚具备三态门功能，作为MCU同SHT10进行数据交互的通道。数据状态通常在串行时钟SCK由低转高的时刻得以更新，而有效信号则出现在时钟由高变低的节点。数据交换过程中，若时钟信号为高电平，DATA线路上需维持稳定不变。
为防止信息出现矛盾，微控制器单元需使数据线维持在低电位，同时外部连接一个上拉电阻，将信号提升至高电位。
3 命令与时序
（1）SHT10命令
SHT10命令如表1所列。
（2）命令时序
发出“传输启动”指令，用于数据传输的初始设定，参见图2。操作流程是：在SCK处于高电位时，DT状态切换为低电位并维持，接着SCK发出一个发送脉冲，然后当SCK再次为高电位时，DATA状态切换为高电位并保持。
紧随其后的指令由3个地址码（仅限于“000”）和5个指令码构成。SHT10模块确认指令接收的时序要求：在第八个SCK脉冲的下降边沿后，将DATA线置为低电平（应答位），在第九个SCK脉冲的下降边沿后，放开DATA线（此时为高电平状态）。
（3）测量时序（RH和T）
相对湿度值以“000 00101”表示，温度值也以“000 00101”呈现。发出测量指令后，控制器需静候数据采集完成，耗时因测量精度不同而异，分别为20毫秒、80毫秒或320毫秒，这对应着8位、12位和14位的测量分辨率。实际测量时长受内部晶振频率影响，最高可压缩30%。通过将DATA线拉低至负电平，SHT10芯片能够切换至待机状态。在重新激活SCK时钟以获取信息之前，控制器需要等候那个表示“信息已备妥”的提示。
随后发送两个字节的数据信息，并附带一个字节的CRC检验码。主控单元需要将数据线拉低，以此确认每个字节的接收。所有数据均从最高有效位开始传输，直至最低有效位结束。比如在传输十二位数据时，第五个时钟脉冲对应的数值代表最高有效位；而在传输八位数据时，第一个字节（即高八位）的数值无需关注。
核实CRC数据位后，传输即告终止。若不实施CRC-8校验，控制器可在读取数据最低位后，维持应答位处于高电平状态，从而完成此次交互。
测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。
（4）复位时序
当SHT10通信中断时，能够利用后续的信号序列重置串口，如图3所示。需要将DATA端保持在高电平状态，然后启动SCK时钟脉冲九次或更多次。完成脉冲后，必须发送一组“传输开始”指令，才能执行新的命令。这种序列仅用于重置串口，状态寄存器中的数据不会丢失。
（5）状态寄存器读写时序
SHT10通过状态寄存器实现初始状态设定。
读状态寄存器时序如图4所示。
写状态寄存器时序如图5所示。
4 几点说明
CRC-8校验，传输全程采用8位校验，可识别并剔除所有错误数据。
维持温度上升不超过0.1℃kaiyun官方网站登录入口，SHTxx的启动时长不能超过总时间的十分之一，若以12位精度进行检测，每秒钟最多能进行两次测量
③转换为物理量输出相对湿度输出转换公式为：
其中，RHlinear指代二十摄氏度条件下湿度成分的线性度量，SORH是感应装置
测量结果中的相对湿度数值,由c1、c2和c3这三个系数决定,具体数值参见表3。
当测量温度与25℃相差较大时，则需要考虑传感器的温度系数：
其中，RHtrue代表非25℃条件下的实际相对湿度数值，θc指代当前温度，t1和t2是特定参数，其具体数值参见表4内容。
温度输出转换公式为：
其中，θ代表实际温度，SOθ表示传感器提供的温度读数，θ1和θ2是某些参数，具体数值见表格5和表格6。
因为湿度跟温度由一个芯片共同检测，所以SHT10能够一并完成精准的露点检测。有关详细算法，请参照相关文献资料，本处不作具体说明。
5 SHT10与ATmegal的应用实例
以SHT10和Atmel公司生产的低功耗8位RISC架构的ATmega8L微控制器（该微控制器内置8MHz振荡器）为对象，说明其接口电路的实际应用方案，并展示相应的控制程序范例。
本例运用ATmega8L微控制器来操控SHT10，以获取温湿度信息kaiyun全站app登录入口，然后将这些信息展示在LCD1602上，该显示屏以4位工作模式运行，具体配置如图6所示。
该程序运用C语言进行模块化构建，显著增强了在不同微控制器的适配性，同时有效提升了工作效能。
