您的位置： 首頁(yè) > 新聞資訊 > 常見(jiàn)問(wèn)題 > 新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器及應(yīng)用

新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器及應(yīng)用

欄目：常見(jiàn)問(wèn)題編輯：CEO 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 熱度：0 日期：2022-12-23

信息摘要：

摘要：介紹了新一代基于CMOSensTM技術(shù)的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)溫濕度傳感器

，該傳感器是一種將COMS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合在一起構(gòu)成的高集成度

、體積極小的濕度傳感器

。文中對(duì)基于CMOSensTM技術(shù)的傳感器的技術(shù)特性，應(yīng)用特

新一代基于CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器及應(yīng)用

　　摘要：介紹了新一代基于CMOSensTM技術(shù)的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)溫濕度傳感器

，該傳感器是一種將COMS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合在一起構(gòu)成的高集成度

、體積極小的濕度傳感器

。文中對(duì)基于CMOSensTM技術(shù)的傳感器的技術(shù)特性，應(yīng)用特性進(jìn)行了詳細(xì)闡述

。

　　關(guān)鍵詞：COMSensTM數(shù)字式溫濕度傳感器

　　1概述

　　當(dāng)前，在自動(dòng)化測(cè)試與控制領(lǐng)域中

，溫濕度的測(cè)量獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用

，而在眾多的濕度測(cè)量方法中，電容式濕度測(cè)量法被普遍采用

，電容式濕度測(cè)量法的原理是將薄膜電容附在不同材質(zhì)（如玻璃

、陶瓷等）上即可做出傳感元件，這種電介質(zhì)是一個(gè)聚合體

，它能通過(guò)一定比例的水吸收或釋放到相對(duì)環(huán)境溫度中來(lái)改變電容器的電容量

，這種電容量的變化可以通過(guò)檢測(cè)電路來(lái)檢驗(yàn)，這樣就得到了相對(duì)空氣濕度的數(shù)值

。但是現(xiàn)有的基于電容式濕度測(cè)量的濕度傳感器普遍存在著以下的問(wèn)題：

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、艠O低的長(zhǎng)期穩(wěn)定性：由于電容式濕度傳感器產(chǎn)品都是被置于大氣環(huán)境下，必然會(huì)受到一定外部環(huán)境的影響

，由于傳感器電容元件的尺寸較大

，同時(shí)由于聚合體層的老化，使得這些傳感器在相同的外部環(huán)境下卻顯示出了完全不同的靈敏度

，因此每一年的變化、即傳感器的年變化誤差已成為評(píng)價(jià)傳感器質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)

，金屬電極的老化也會(huì)使?jié)穸鹊臏y(cè)量誤差增加

；

　　⑵極復(fù)雜的校準(zhǔn)過(guò)程：使用前

，電容式濕度傳感器必須經(jīng)過(guò)一段復(fù)雜的校準(zhǔn)處理過(guò)程

，為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，用戶必須擁有復(fù)雜且價(jià)格昂貴的校準(zhǔn)及參考系統(tǒng)

；

　?div id="jfovm50" class="index-wrap">、悄M信號(hào)處理技術(shù)：電容式濕度測(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

。

　　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)的

，校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在OTP內(nèi)存中

，在測(cè)量校準(zhǔn)的全過(guò)程都要用到這些系數(shù)，二線串行I2C總線接口支持簡(jiǎn)單

、快速的系統(tǒng)集成

。SHT15傳感器的特點(diǎn)如下：

　　⑴全校準(zhǔn)數(shù)字輸出

，相對(duì)濕度

、溫度傳感器；

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、茰囟戎捣直媛蕿?4位

，濕度值分辨率為12位，可編程降至12位和8位

；

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、蔷哂新饵c(diǎn)計(jì)算輸出功能；

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、葻o(wú)需外圍元件

；

　　⑸小體積（7×5×3mm）

，可表面貼裝

；

　　⑹卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性

；

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、俗詣?dòng)斷電功能；

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、坦I(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口

；

　　⑼可靠的CRC傳輸校驗(yàn)

。

　　傳感器的相對(duì)濕度絕對(duì)精度如圖2（a）所示

，溫度精度如圖2（b）所示，25℃露點(diǎn)精度如圖2（c）所示

。

　　SHT15傳感器的性能參數(shù)見(jiàn)表1

。

　　2.2傳感器信號(hào)輸出

　　⑴濕度值輸出

　　SHT15可通過(guò)I2C總線直接輸出數(shù)字量濕度值

，其相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性曲線見(jiàn)圖3

。

　　由圖3數(shù)字輸出特性曲線可以看出

，SHT15的輸出特性呈一定的非線性，為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)

，可按如下公式修正濕度值：

　　RHlinear=c1＋c2·SORH＋c3·SORH2(1)

　　式中SORH為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量值

，系數(shù)取值如下：

　　12位SORH：c1=-4c2=0.0405c3=-2.8*10-6

　　8位SORH：c1=-4c2=0.648c3=-7.2*10-4

　　⑵溫度值輸出

　　由設(shè)計(jì)決定的SHT15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(shí)際溫度值：

　　溫度=d1＋d2*SOT

　　(a)相對(duì)濕度絕對(duì)精度

　　(b)溫度精度

　　(c)露點(diǎn)精度

　　圖2SHT15相對(duì)濕度

、溫度和露點(diǎn)精度

　　當(dāng)電源電壓為5V、溫度傳感器的分辨率為14位時(shí)

，d1=-40,d2=0.01

，當(dāng)溫度傳感器的分辨率為12位時(shí)，d1=-40,d2=0.04

。

　?div id="m50uktp" class="box-center"> 、锹饵c(diǎn)計(jì)算

　　空氣的露點(diǎn)值可根據(jù)相對(duì)濕度和溫度值由下面的公式計(jì)算。

　　LogEW=（0.＋7.5*T/（237.3＋T）＋（log10（RH）－2）

　　Dp=（（0.-logEW）*237.3）/（logEW－8.）

　　2.3命令與接口時(shí)序

　　SHT15傳感器共有5條用戶命令.

　　下面介紹一下具體的命令順序及命令時(shí)序

。

　?div id="m50uktp" class="box-center"> 、艂鬏旈_(kāi)始

　　初始化傳輸時(shí)，應(yīng)發(fā)出“傳輸開(kāi)始”命令

，命令包括SCK為高時(shí)

，DATA由高電平變?yōu)榈碗娖剑⒃谙乱粋€(gè)SCK為高時(shí)將DATA升高

。

　　后一個(gè)命令順序包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”）和5個(gè)命令位

，通過(guò)DATA腳的ack位處于低電位表示SHT15正確收到命令。

　?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、七B接復(fù)位順序

　　如果與SHT15傳感器的通訊中斷

，下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位：

　　當(dāng)使DATA線處于高電平時(shí)

，觸發(fā)SCK9次以上（含9次）

，并隨后發(fā)一個(gè)前述的“傳輸開(kāi)始”命令。

　?div id="4qifd00" class="flower right">

、菧貪穸葴y(cè)量時(shí)序

　　當(dāng)發(fā)出了溫（濕）度測(cè)量命令后

，控制器就要等到測(cè)量完成。使用8/12/14位的分辨率測(cè)量分別需要大約11/55/210毫秒

。為表明測(cè)量完成

，SHT15會(huì)使數(shù)據(jù)線為低，此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng)SCK

。然后傳送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)與1字節(jié)CRC校驗(yàn)和

。控制器必須通過(guò)使DATA為低來(lái)確認(rèn)每一字節(jié)

，所有的量中從右算MSB列于第一位

。通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止

。如果沒(méi)有用CRC-8校驗(yàn)和，則控制器就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù)LSB后

，保持ack為高來(lái)停止通訊

，SHT15在測(cè)量和通訊完成之后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是

，為使SHT15溫升低于0.1℃,則此時(shí)工作頻率不能大于15%（如：12位精確度時(shí)

，每秒最多進(jìn)行3次測(cè)量）。

　　測(cè)量溫度和測(cè)量濕度命令所對(duì)應(yīng)的時(shí)序如圖4所示

。

　　3應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　3.1硬件接口電路設(shè)計(jì)

　　這里以AT89C2051單片機(jī)為例給出SHT15與單片機(jī)的接口電路如圖5所示

。

　　由于AT89C2051不具備I2C總線接口，故使用單片機(jī)通用I/O口線來(lái)虛擬I2C總線

，利用P1.0來(lái)虛擬數(shù)據(jù)線DATA

，利用P1.1口線來(lái)虛擬時(shí)鐘線，并在DATA端接入一只4.7K的上拉電阻

，同時(shí)在VDD及GND端接入一只0.1μf的去耦電容

。

　　3.2非線性校正及溫度補(bǔ)償

　　公式(1)給出的相對(duì)濕度的非線性補(bǔ)償計(jì)算公式，對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言

，由于計(jì)算量大而過(guò)于復(fù)雜

，下面給出簡(jiǎn)化的計(jì)算方法。

　　為了避免復(fù)雜的計(jì)算工作量

，可根據(jù)系統(tǒng)要求的測(cè)量精度分別采用以下的小計(jì)算量修正算法

。

　　⑴線性

　　當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求不高時(shí)

，可采用以下的線性計(jì)算公式

。

　　RHsimple=c1＋c2·SORH

　　這里c1=0.5；c2=0.5

　?div id="d48novz" class="flower left">

、?*線性

　　當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求較高時(shí)

，可采用以下的2*線性計(jì)算公式，即用最小的計(jì)算復(fù)雜性來(lái)提高精確度

。

　　RHreal=（a*SO＋b）/256

　　這里的SO表示8位濕度傳感器輸出濕度值

，當(dāng)0≤SO≤107時(shí)，a=143

，b=512

，當(dāng)108≤SO≤255時(shí)，a=143

，b=512

。

　　⑶溫度補(bǔ)償

　　上述濕度計(jì)算公式是按環(huán)境溫度為25℃進(jìn)行計(jì)算的，而實(shí)際的測(cè)量溫度值則在一定的范圍內(nèi)變化

，所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù)

，按如下公式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行補(bǔ)償。

　　RHtrue=（T℃-25）·（t1＋t2·SORH）＋RHlinear

　　當(dāng)SORH為12位時(shí)t1=0.01

；t2=0.

，當(dāng)SORH為8位時(shí)，t1=0.01

；t2=0.

。

　　3.3高級(jí)應(yīng)用

　　SHT15一些高級(jí)功能可通過(guò)控制內(nèi)部寄存器狀態(tài)獲得，內(nèi)部狀態(tài)寄存器為8位

，各位的類型及含義如表3所示

。

　　⑴加熱控制

　　使傳感器芯片中的加熱開(kāi)關(guān)接通

，傳感器溫度大約增加5℃

，這會(huì)使能耗增加至8mA@5v，加熱用途如下：

　　通過(guò)對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫

、濕度進(jìn)行比較

，可以正確地區(qū)別傳感器的功能；

　　在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下

，傳感器可通過(guò)加熱來(lái)避免冷凝

。

　　⑵低電壓檢測(cè)

　　SHT15的工作極限功能可以檢測(cè)VDD電壓是否低于2.45V

，準(zhǔn)確度為±0.1V

。

　　⑶下載校準(zhǔn)系數(shù)

　　為了節(jié)省能量并提高速度

，OTP在每次測(cè)量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù)

，每一次測(cè)量都會(huì)節(jié)省8.2毫秒。

　?div id="jfovm50" class="index-wrap">、葴y(cè)量分辨率設(shè)定

　　可以將測(cè)量分辨率由14位（溫度）

、12位（濕度）分別減少到12位和8位。主要應(yīng)用于高速或低功耗場(chǎng)合

。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　CMOSensTM技術(shù)是一種全新的基于智能傳感器設(shè)計(jì)理念的新技術(shù)

，該技術(shù)將溫度傳感器

、濕度傳感器

、信號(hào)調(diào)理、數(shù)字變換

、串行數(shù)字通信接口

、數(shù)字校準(zhǔn)全部集成到一個(gè)高集成度、體積極小的芯片當(dāng)中，極大的方便了溫濕度傳感器在嵌入式測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用

，同時(shí)該傳感器也代表了傳感器技術(shù)的發(fā)展方向

。

　　參考文獻(xiàn)

　　[2]NewgenerationdigitaltemperatureandhumiditysensorbasedonCMOSensTMtechniqueanditsapplication

　　MengchenLimin(Informationtechnologycollegeofheilongjiangaugustfirstlandreclamationuniversity)

　　Abstract:Thispaperintroducesanewgenerationsingle-chipwholecalibrationdigitalcomparativelytemperatureandhumiditysensorbasedonCMOSensTMtechnique.BecauseofintegratingtheCMOSensTMchipandsensortechnique,thesensorhashighintegrationandinfinitesimalcubage.Theproblemthatexistsinthetemperatureandhumiditysensorbasedoncapacitanceisfirstanalyzed,thetechniqueandapplicationcharacteristicsofthesensorbasedonCMOSensTMtechniquearealsoparticularlyexpoundedonthepaper.

　　Keywords:CMOSensTMdigitaltemperatureandhumiditysensor

查看詳情 + 上一條

，制藥廠車間濕度控制設(shè)備"> 制藥廠除濕機(jī)

，制藥廠車間濕度控制設(shè)備

查看詳情 + 下一條耐高溫除濕機(jī)20kg／h

返回列表

本文標(biāo)簽：工業(yè)除濕機(jī) 家用除濕機(jī)

？"> 了解詳情 > 遠(yuǎn)離干燥如何購(gòu)買(mǎi)和保養(yǎng)加濕器

？

了解詳情 > 地鐵公共廁所除臭機(jī)
，公廁除臭消毒再無(wú)憂

了解詳情 > JEIOTECH潔凈型恒溫恒濕箱

？工廠車間除濕機(jī)不能少"> 了解詳情 > 工廠車間濕度大怎么辦？工廠車間除濕機(jī)不能少

？"> 了解詳情 > 工業(yè)生產(chǎn)是否需要使用加濕器來(lái)減少灰塵

？

熱點(diǎn)資訊

: 10L-20L工業(yè)除濕機(jī)生產(chǎn)廠

除濕機(jī)屬于季節(jié)性使用的產(chǎn)品，若日常使用得當(dāng)
，除能發(fā)揮去濕機(jī)更大的功效外
，還能減少故障發(fā)生率，延長(zhǎng)其使用壽命
。以下是關(guān)于正確使用
、維護(hù)和保養(yǎng)去...

: 除濕機(jī)清洗

除濕機(jī)如何清洗和消毒5個(gè)秘訣讓除濕機(jī)壽命更持久一、除濕機(jī)保養(yǎng)濕度秘法除濕機(jī)運(yùn)行要留意細(xì)心調(diào)節(jié)濕度
，避免過(guò)熱或過(guò)冷
。如暖氣時(shí)低2℃，則可省電1...

: 解決溫濕度控制能力差的問(wèn)題

普通恒溫除濕機(jī)送風(fēng)溫濕度波動(dòng)大和送風(fēng)溫濕度精度不能兼顧的問(wèn)題都是因?yàn)閴嚎s機(jī)只能采用雙位式控制造成的
。雙位式控制的調(diào)節(jié)特性是最差的,其調(diào)節(jié)參數(shù)...