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濕度傳感器
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摘要： 為了提高測(cè)氡儀溫濕度測(cè)量的精度及實(shí)時(shí)性，提出了數(shù)字式溫濕度傳感器sht15在測(cè)氡儀中的應(yīng)用方案。首先介紹了數(shù)字式溫濕度傳感器sht15的基本特點(diǎn)、工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，測(cè)量分辨率和測(cè)量范圍，操作命令及啟動(dòng)時(shí)序，同時(shí)給出了 sht15溫濕度傳感器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用sht15與s3c2440a微控制器組成了測(cè)氡儀的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了硬件電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)及溫濕度、露點(diǎn)的計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的模擬式溫度和濕度傳感器相比，基于sht15的測(cè)氡儀溫濕度測(cè)控系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 氡及其子體的測(cè)量是一個(gè)涵蓋智能儀器、核輻射探測(cè)、核技術(shù)應(yīng)用、環(huán)境*價(jià)、工業(yè)計(jì)量、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)通信與軟件等多領(lǐng)域的問(wèn)題。然而氡及其子體濃度受溫濕度的影響很大，因此溫濕度的測(cè)量對(duì)于測(cè)氡儀來(lái)說(shuō)是非常重要的。傳統(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器一般都要涉及信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，所以測(cè)量精度難以保證。由某公司生產(chǎn)的sht15單芯片傳感器，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，應(yīng)用專(zhuān)利的工業(yè)coms過(guò)程微加工技術(shù)（cmosens），
感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線(xiàn)制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。應(yīng)用專(zhuān)利的工業(yè)coms過(guò)程微加工技術(shù)（cmosens），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用s3c2440a作為微控制器，s3c2440a采用arm920t內(nèi)核，提供了一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，有130個(gè)多功能輸入/輸出端口，所以在設(shè)計(jì)時(shí)直接利用s3c2440a的通用i/o口來(lái)模擬通信時(shí)序控制sht15,整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。 1 sht15簡(jiǎn)介 1.1 sht15性能特點(diǎn) sht15是瑞士sensirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下： 1）將溫濕度感測(cè)、信號(hào)變換、a/d轉(zhuǎn)換和i2c總線(xiàn)接口等功能集成到一個(gè)芯片上； 2）提供兩線(xiàn)數(shù)字串行接口sck和data,并支持crc傳輸校驗(yàn)； 3）測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置a/d轉(zhuǎn)換器； 4）提供溫度補(bǔ)償和濕度測(cè)量值以及高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； 5）由
和分離過(guò)程。 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)包括終端模塊、控制模塊、編碼解碼模塊、耦合電路等部分，分別實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送、接收和處理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。 控制單元通過(guò)接收外部鍵盤(pán)信息或傳感器信息產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)信息識(shí)別、處理后通過(guò)編解碼芯片mt8888產(chǎn)生發(fā)送端信號(hào)，經(jīng)耦合電路至電力線(xiàn)發(fā)送。在接收端，通過(guò)耦合電路將載波信息卸載，逆向通過(guò)mt8888解碼至控制單元，從而執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)功能。 2.2 系統(tǒng)終端 采用sensirion公司推出的可以同時(shí)測(cè)量溫度和濕度的數(shù)字式傳感器sht15。內(nèi)部集成溫濕傳感器、a/d轉(zhuǎn)換、放大器、i2c等，不需外圍器件即可直接輸出標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)。測(cè)量穩(wěn)定、精度高，濕度精度為±2.0%rh，溫度精度為±0.5℃。將sht15輸出的數(shù)字量做如下的轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫濕度值。 溫箱內(nèi)部采用電熱絲和電風(fēng)扇調(diào)節(jié)溫度。檢測(cè)到溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電熱絲通電，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇通電降溫，兩者均通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)工作。 按鍵模塊選用8緩沖驅(qū)動(dòng)器，三態(tài)的74ls244擴(kuò)展8個(gè)按鍵。按鍵沒(méi)有按下時(shí)，io輸入被拉高為高電平；當(dāng)按鍵按下時(shí)，相應(yīng)管腳被拉低，產(chǎn)
hm1520特別適合測(cè)量低溫度hm15200～20±254001v～1.6v-30～+60線(xiàn)性頻率輸出式hf322310～95±551009650hz～8030hz-40～+85頻率/溫度輸出線(xiàn)，帶ntc熱敏電阻測(cè)量溫度htf322310～95±551009650hz～8030hz，還能輸出代表-30℃～+80℃溫度的電阻值-40～+85sht1110～95±3.52.45.528μa（12位）串行數(shù)據(jù)-40～+120溫度/溫度輸出式，單片智能化，適配μpsht1510～95±22.45.5串行數(shù)據(jù)-40～+1202 集成濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類(lèi)目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠(chǎng)家及典型產(chǎn)品分別為honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610型），humirel公司（hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型），sensiron公司（sht11、sht15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型：2.1 線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有hih3605/3610、hm1500/1520。其主要特點(diǎn)
合理。nrf24l01的供電電源必須經(jīng)過(guò)良好的濾波，并且與數(shù)字電路分開(kāi)；避免長(zhǎng)距離走線(xiàn)；在射頻信號(hào)輸出部分，根據(jù)發(fā)送功率設(shè)置濾波網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使到達(dá)天線(xiàn)的信號(hào)最強(qiáng)。要防止高頻信號(hào)泄漏，否則會(huì)對(duì)發(fā)射信號(hào)造成很大干擾。由于天線(xiàn)要散播電磁能量，需選用q我較小的器件。制作pcb板時(shí)，在器件周?chē)层~，以提高抗干擾性能。 1．3 傳患器模塊和擴(kuò)展口 板上設(shè)有一光敏電阻感應(yīng)光信號(hào)，由于是模擬信號(hào)，需接入atmelgal28l的ad引腳進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換后才可處理。板上還裝有一數(shù)字型溫濕度傳感芯片sht15，可感知溫度和濕度，精確度較高，且功耗低，采用i2c讀寫(xiě)，占有io口很少。 為了讓節(jié)點(diǎn)具有更廣泛的應(yīng)用，節(jié)點(diǎn)板上接有擴(kuò)展口，其中有i2c口、ad口和中斷口等，用來(lái)連接其他傳感器。 1．4 電源橫塊和電能消耗 節(jié)點(diǎn)有兩種供電方式，在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和測(cè)試時(shí)通過(guò)開(kāi)發(fā)板供電，在外界環(huán)境中工作時(shí)，用2個(gè)aa電池供電。為了防止2個(gè)電源之間的干擾，在板上加有一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)。 因?yàn)殡娔艿南臎Q定了傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命，在節(jié)點(diǎn)的軟、硬件設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮能源的有效性。節(jié)點(diǎn)在各種運(yùn)行模式下，必須
濕度測(cè)量的信號(hào)處理是基于模擬測(cè)量原理的，模擬測(cè)量還與電源電壓、環(huán)境溫度、傳感器的精度等因素有關(guān)，以上問(wèn)題的解決均需要通過(guò)模擬電子電路來(lái)解決，因此不可避免的使成本增加，同時(shí)使得傳感器的互換性較差。 以上幾方面的問(wèn)題給基于電容式的濕度測(cè)量帶來(lái)了諸多的不便。為了使眾多的濕度傳感器能夠互換使用，同時(shí)又能降低成本而不影響傳感器的質(zhì)量，瑞士sensirion公司將cmos芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，推出了基于智能傳感器理念的cmosenstm技術(shù)的溫濕度傳感器。兩種技術(shù)的結(jié)合發(fā)揮出了巨大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。 sht15傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 sht15溫濕度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)sht15傳感器的性能參數(shù)見(jiàn)表1。 表1 sht15傳感器的性能參數(shù) 2 技術(shù)特性 2.1基于cmosenstm傳感器性能特點(diǎn) sht15是一款基于cmosenstm技術(shù)的由多個(gè)傳感器模塊組成的單片全校準(zhǔn)數(shù)字輸出的相對(duì)濕度和溫度傳感器，它采用了特有的工業(yè)化cmos技術(shù)確保了極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，整個(gè)芯片包括經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器，它們與一個(gè)14位的a/d轉(zhuǎn)換器相連，每一個(gè)傳感器都是在精確的溫室中進(jìn)行校準(zhǔn)
發(fā)生變化的主要矛盾。根據(jù)我軍的倉(cāng)庫(kù)條件、我國(guó)的氣候條件和目前倉(cāng)庫(kù)的管理水平．通常規(guī)定最高溫度不超過(guò)30℃．最大濕度不超過(guò)。70％．即通常所說(shuō)的“三七”線(xiàn)。 傳統(tǒng)彈藥倉(cāng)庫(kù)的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是干，濕球濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)、濕敏電阻器或由普通的溫，濕度傳感器組成的監(jiān)控系統(tǒng)，通常結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜．系統(tǒng)龐大．準(zhǔn)確性差。筆者采用瑞士森斯瑞(sensirion)公司推出的shtl5型超小型、自校準(zhǔn)、多功能式智能傳感器．測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，適合彈藥倉(cāng)庫(kù)溫，濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2shtl5的性能和特點(diǎn) sht15型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其中不僅包含基于濕敏電容器的微型相對(duì)濕度傳感器和基于帶隙電路的微型溫度傳感器,而且還有14位的a／d轉(zhuǎn)換器和2線(xiàn)串行接口。能輸出經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度的串行數(shù)據(jù),所以系統(tǒng)中不再使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、a／d轉(zhuǎn)換器及信號(hào)調(diào)理電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊和簡(jiǎn)單，shtl5能在同一位置測(cè)量相對(duì)濕度和溫度。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。 sht15的引腳比較少．使用方便。其引腳排列如圖2所示。引腳功能如表1所示。sht15型智能傳感器的相對(duì)濕度測(cè)量范圍是0~100％
濕膜重量的變化來(lái)改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差,在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí),濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中,很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 2 集成濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類(lèi) 目前,國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠(chǎng)家及典型產(chǎn)品分別為honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610型）,humirel公司（hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型）,sensiron公司（sht11、sht15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型： 2.1 線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品有hih3605/3610、hm1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電,內(nèi)置放大電路,能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào),響應(yīng)速度快,重復(fù)性好,抗污染能力強(qiáng)。 2.2 線(xiàn)性頻率輸出集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為 hf3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu),屬于頻率輸出式集成濕度傳感器,在55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz（型值）,當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95% 時(shí),輸出頻率就從95
用感濕膜重量的變化來(lái)改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 2集成濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類(lèi) 目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠(chǎng)家及典型產(chǎn)品分別為honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610型），humirel公司（hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型），sensiron公司 （sht11、sht15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型： 2.1線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品有hih3605/3610、hm1500/1520。 其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。 2.2線(xiàn)性頻率輸出集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為hf3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560
用感濕膜重量的變化來(lái)改變振蕩頻率）、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。濕敏元件的線(xiàn)性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 2 集成濕度傳感器的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類(lèi) 目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠(chǎng)家及典型產(chǎn)品分別為honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610型），humirel公司（hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型），sensiron公司（sht11、sht15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型： 2.1 線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品有hih3605/3610、hm1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。 2.2 線(xiàn)性頻率輸出集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為hf3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560hz減小
相關(guān)元件pdf下載：sht15 89c51 由sht15構(gòu)成的相對(duì)濕度膃度測(cè)試系統(tǒng)的電路框圖如圖所示。該系統(tǒng)能測(cè)量并顯示出相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)。sht15作為從機(jī)，89c51單片機(jī)作為主機(jī)，二者通過(guò)串行總線(xiàn)進(jìn)行通信。r為上拉電阻(亦可不用)，c為電源退耦電容。p0口、p2口和p3口分別接3組led顯示器。其中，相對(duì)濕度的測(cè)量范圍是0％～99．99％，測(cè)量精度為±2％rh，分辨力為0．01％rh。溫度測(cè)量范圍是-40～+123．8oc，測(cè)量精度為±1℃，分辨力為0．01℃。露點(diǎn)測(cè)量精度<±1℃，分辨力也是±0．01℃。
本測(cè)試系統(tǒng)不僅能測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)，而且能準(zhǔn)確的顯示出來(lái)。89c51單片機(jī)作為主機(jī)，sht15作為從機(jī)，它們通過(guò)串行總線(xiàn)進(jìn)行通信。相對(duì)濕度的測(cè)量精度為±2％rh，分辨力為0.01％rh，其測(cè)量范圍是0％～99.99％。溫度測(cè)量精度為±1℃，分辨力為0.01℃，其測(cè)量范圍是-40～+123.8℃。露點(diǎn)測(cè)量精度<±1℃，分辨力也是±0.01℃。圖中r為上拉電阻（亦可不用），c為電源退耦電容。p0口、p2口和p3口分別接3組led顯示器。 來(lái)源:陰雨
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