湿度传感器电路图：DHT11温湿度传感器在51单片机中的应用

总结——调试STM32F103ZET6及外围传感器_电路图设计问题+SHT10温湿度传感器

1.电路图设计问题

（1）2016-11-02：SHT10温湿度传感器的DATA引脚未接10K上拉电阻到VCC3.3，造成数据读不出。

（2）2016-11-02：电路图中的USB转USART模块中CH340G芯片的2脚为TXD，应该接STM32F103ZET6的US1_RX，3脚为RXD，应该接STM32F103ZET6的US1_TX，原电路图中正好画反了。

（3）2016-11-13：P5的6脚和P5的7脚接反了，实际板子上6脚->US2_TX ?7脚->US2_RX

（4）2016-11-06：添加RTC_Init()函数，RTC初始化，必须初始化RTC外部32.678K晶振才能起震工作；此电路板32.678K晶振并联的电阻为10M才正常起震。

（5）示波器看传感器时序时有两种方法：1.看某个固定的函数时序时可以采用程序中写while(1)的方式；2.看整个时序时可以采用示波器上的trigger功能，调整触发值为3.3V以下，然后触发方式为单次，点击RUN后便停在有波形的位置。

（6）学习到AutoFlowchart和Source Insight 3的使用，可以更直观的查阅代码和跟踪代码。

开发代码地址

2.SHT10温湿度传感器
以下为SHT10的参考资料：STM32 SHT10温湿度传感器的信号采集SHT20技术手册

? 首先讲讲SHT10这款温室度传感器。SHT1x（包括SHT10,SHT11和SHT15）属于Sersirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。更之前我讲过的DHT11这款温湿度传感器相比，体积小了许多，特别适合用于产品中。SHT10温湿度传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件（文绉绉的），传感器内部有一个精度高达14为位的A/D转换器，适应串行接口电路实现无缝连接。该产品具有品质卓越、响应速度速度快，抗干扰能力强、性价比高等优点。
? ?1、接口定义：
SHT10的接口定义如下图所示：
?
?   ?如上图所示，1脚为GND，4脚为VDD。它的供电电压范围为2.4~5.5V，建议的电压为3.3V，在电源引脚(VDD、GND)之间必须加上一个0.1uf的电容，应于去耦滤波用。它的2脚DATA为数据引脚，3脚SCK为时钟控制引脚，没有发现这两个引脚很像IIC所使用的引脚功能？没错，这个传感器确实可以认为是IIC接口，但是又有却别。该传感器不能按照IIC的协议编址，但是，如果IIC总线上没有挂接别的元件，传感器可以直接连到IIC总线上，但是单片机必须按照传感器的协议工作。传感器与单片机的接线如下图所示：
?            ?

? ? 2、传感器的通讯
?  ?
? ?2.1、“启动传输”时序
用一组“启动传输”时序来完成数据传输的初始化。它包括：当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变成低电平，随后是在SCK时钟高电平，随后是在SCK时钟高电平DATA翻转位高电平。时序如下：

?       ?

? ?2.2、复位时序
如果与SHT1x 通讯中断，可通过下列信号时序复位：当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多。时序图如下：
?      ?
? 2.3、命令集
传感器的命令包含三个地址位（目前只支持000，这就是他只能挂接在空闲的IIC总线上的原因）和五个命令位。。SHT1x 会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8 个SCK 时钟的下降沿之后，将DATA 下拉为低电平（ACK 位）。在第9 个SCK 时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。命令集如下：
?

? ?2.4、温湿度测量
发布一组测量命令（‘’表示相对湿度RH，‘’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多可能有-30%的变化。。SHT1x 通过下拉DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。
在收到CRC 的确认位之后，表明通讯结束。如果不使用CRC-8 校验，控制器可以在测量值LSB 后，通过保持ACK高电平终止通讯。在测量和通讯完成后，SHT1x 自动转入休眠模式。

? 2.5、状态寄存器
SHT1x 的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率，电量不足提醒，使用 OTP 加载或启动加热功能等。状态寄存器度、写如下：

状态寄存器写

状态寄存器读

状态寄存器的具体描述如下表所示：

测量分辨率：默认分辨率 14bit (温度) 和 12bit (湿度) 可以被降低为 12 和 8bit. 尤其适用于要求测量速度极高或者功耗极低的应用。

电量不足检测功能：在电压不足 2.47V 发出警告。精度为±0.05 V。

加热：可通过向状态寄存器内写入命令启动传感器内部加热器.。加热器可以使传感器的温度高于周围环境 5 – 10°C12 。功耗大约为 8mA @ 5V 。

OPT加载：开启此功能，标定数据将在每次测量前被上传到寄存器。如果不开启此功能，可减少大约 10ms的测量时间。

上面的寄存器如果没有什么特殊要求或应用于特定的场合，则无需配置，选择默认就可以了。

? ?2.6、通讯过程

传感器的通讯过程为：发送”启动传输“时序，初始化传感器——>发送命令——>等待传感器应答，及测量结束——>接收传感器的16位数据值——>接收8为的CRC校验数据——>休眠，等待下一次传输开始。

传输的过程的测量时序可以由下图示意：

上图中 TS = 传输开始, MSB = 高有效字节,LSB =低有效字节, LSb = 低有效位。

下面举个实际测量时的相对湿度测量时序例子。时序如下：

这张图可以知道：我们接收到的数据数值为”0000 0100 0011 0001“ = 1073 = 35.50% RH （位含温度补偿），至于怎么计算的，请接着往下看。

? ?
2.7、信号转化

?  ? 2.7.1 温度的转化

设T 2 1 SOt为从传感器上读出来的测量数值，我们需要用下面的公式将测量数值转换成整整的温度值。

T = d1 + d2 * SOt(其中d1，d2的值根据实际情况选择，选项如下)

?  ?2.7.2 湿度的转换?

湿度的转换公式如下：
。其中湿度的转化参数如下选择：根据采样的精度不同而不同。

99%以上的湿度已经接近饱和必须经过处理显示100%RH13.请注意 湿度传感器对电压无依赖性。测量值与相对湿度的转化如下图所示：

相对湿度根据上面的参数与公式算出来之后，还需要考虑当前环境温度而进行适当的补偿。补偿的公式及其参数选择如下：

?  ? 2.7.3、露点的计算

露点的定义：露点温度指空气在此温度下能保持最多的水汽，当温度冷却到露点，空气变得饱和，就会出现雾、露或霜。

SHT1x 并不直接进行露点测量,，但露点可以通过温度和湿度读数计算得到.。由于温度和湿度在同一块集成电路上测量，SHT1x 可测量露点。 一块集成电路上测量，SHT1x 可测量露点。 下面直接给出结论性的露点计算公式了。

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

露点：Dp=（（0.-logEW）*237.3/（logEW－8.）?   ?

例如：RH=10% T=25C->EW=23.7465->露点=-8.69℃

RH=90% T=50C->EW=92.4753->露点=47.89℃

湿度传感器电路图：SM-C-I型湿度传感器电路原理图(图文)

　　SM-C-I型湿度传感器电路原理图如图。
　　湿敏元件一般由基体、电极和感湿层构成，图中，b为两种常见的湿敏元件，图c、d为湿敏元件常用的两种电路图形符号。其中，图c为常用的湿敏电阻器，图d为可加热清洗型的湿敏元件，A--A为测量极，B--B为加热清洗电极。
　　SM-C-I型湿度传感器是专为湿度仪表、自动控制配套设计的。其电路包括方波发生器、取样及湿度补偿电路、电压跟随器等部分。
 :w w w . d z i u u . c o m

湿度传感器电路图：土壤湿度传感器设计方案汇总（三款湿度传感器设计电路原理图详细）

描述
土壤湿度传感器介绍
1.土壤湿度传感器原理--简介
土壤湿度传感器又名：土壤水分传感器、土壤墒情传感器、土壤含水量传感器。主要用来测量土壤容积含水量，做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护目前常用到的土壤湿度传感器有FDR型和TDR型，即频域型和时域型。目前比较流行的是FDR型，常用型号HA2001.FDR频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器，它利具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。
2.土壤湿度传感器原理--特点
土壤湿度传感器由湿度检测电路和声报警电路等部分组成，它主要具有以下几种特点：
1.传感器体积小巧化设计，携带方便，安装、操作及维护简单。
2.结构设计合理，不绣钢探针保证使用寿命。
3.外部以环氧树脂纯胶体封装，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蚀。
4.测量精度高，性能可靠，确保正常工作。
5.响应速度快，数据传输效率高。
3.土壤湿度传感器原理
土壤湿度传感器就是监测土壤的湿度，将其的硬件控制电路埋在作物根部的土壤水分传感器监测根部土壤的水分，该传感器经检测电路将“湿度过高”和“湿度过低”信号经编码器传至主控制器，由主控制器决定控制状态。“湿度过高”则停止灌溉;“湿度过低”则通过光电隔离、继电器控制接在水源的电磁阀。该系统还具有故障报警功能。主控制器通过通讯接口与上位机通讯，可以实时监测系统运行状况或对历史数据进行分析。
土壤湿度传感器设计方案（一）
湿度传感器：
上面四个端口，从最左到右一次为A0，D0，GND，Vcc。A0接A4，D0接A0，GND接GND，Vcc接5V电压
下面两个端口接右边的探测插头，上面左右各一个指示灯当这个探测器插到面包板上时右边亮，当右边的插头插到土壤中时左边灯亮起，再下边靠左的是一个可调电阻，电阻右边为一个芯片。
电路图：
结果实物图：
原理：
1.这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，模块输出一个高电平，反之输出低电平。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。
2.灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）
4.工作电压3.3V-5V
5.模块双输出模式，数字量输出简单，模拟量输出更精确。
6.设有固定螺栓孔，方便安装
7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm
8.电源指示灯（红色）和数字开关量输出指示灯（绿色）
9.比较器采用LM393芯片，工作稳定
10.VCC外接3.3V-5V
11.GND外接GND
12.DO小板数字量输出接口（0和1）
13.AO小板模拟量输出接口
土壤湿度传感器设计方案（二）
采用数字式温湿度传感器可以制作一温湿度实时显示系统，如图所示。采用AT89S52单片机作为该系统的控制单元，传感器采用DHT90，此传感器仅需要一条数据线进行数据传输，另外SCK端用于单片机与DHT90之间的通讯同步，这里采用AT89S52的P3．7与DHT90的SCK相连，用P3．6与DATA端相连，Vcc接电源，CND接地，显示模块为LCD。单片机采集到米自DHT90的数据，经过软件线性拟合，最终送列LCD上显示温湿度数据。
土壤湿度传感器设计方案（三）
振荡电路
振荡电路的作用是将电容的变化量转化为频率可变的方波。由图3可知，这是一个非对称多谐振荡器。或非门G1工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2的静态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。
由于电容充放电的时间T为2.2RC，所以输出的方波频率：可见输出频率和电容值成反比。通过这个电路使湿度信号变为电容值，最后变为频率信号输出。
消除零点电容
需要指出的是，图3所示的湿度传感器零点电容比较大，灵敏度不够高，湿度从0%～100%RH，电容的变化量不超过30～50PF。为此，最好将零点电容消除掉，在实际设计中我们用两片CMOS4001集成电路对图3进行改造，具体见图4。
A、B、C、D四个点的波形如图5所示。由图4中U1的4个或非门组合逻辑可知：只要调整C的脉冲宽度，就可以得到D的脉冲宽度，从而可以消除零点电容，经过调制的电容变化信号也就是湿度信号。将同一封装内的门电路U2A、U2B、U2C、U2D并联使用，可以扩大CMOS门电路输出低电平时吸收负载电流的能力。
线性输出信号调理
电路湿度的脉冲信号再经过后面的二极管整流、RC积分电路，得到随温度变化的电压。由于信号比较微弱，再经过一个同向比例放大器把信号放大，最终把信号调理为0～3V的输出。
湿度变送器的设计
采用了美国BB公司生产的XTR105作为湿度变送器的芯片，把湿度传感器输入的0～3V电压转换为4～20mA的电流信号输出。其电路如图7所示。
湿度传感器输出的0～3V电压通过XTR105芯片的2和13引脚输入。调整3和4引脚间的电阻RG和RG1的值，可以改变XTR105芯片的内置仪表放大器增益值，从而选定合适的测量范围。RCM取为1KO，它提供一个附加电压降，使XTR105的输入电压限制在共模方式下的电压范围内。与RCM并联的0.01μF旁路电容用于降低共模噪声。整个装置的电压，电流传递函数为：
其中Rm=RG·RG1/（RG+RG1），VIN是VIN+（13引脚），VIN-（2引脚）两端输入电压。VREG引脚（11引脚）还专门为外部电路提供5.1V的精密电压，11引脚最大输出电流为1mA，超过1mA会影响到零输出电流。
三极管Q1是4～20mA电流回路的主要电流传导器件，用于吸收回路中的大部分电流。该器件将外部电源电流与XTR105的内部消耗严格分开。由于外接三极管位于反馈回路中，其参数不能在临界点。当电源电压低于36V时，功耗可低一些。IN4048接成的桥式电路可以保证XTR105的电源极性不反接，从而真正实现两线制。C2为去耦电容，其值是0.01μF，用于降低高频干扰。负载RL用于将传送的4～20mA的电流转换为电压，供后级处理。选择负载阻抗RL，应使得输出在4～20mA范围内变化时，引脚7和引脚8之间的电压保持在11.6V～40V的电源电压范围内。也可以由下式确定最大的RL：
所以取RL=250ω。
打开APP阅读更多精彩内容

湿度传感器电路图：湿度传感器电路图

　　电容型湿度传感器应用电路
　　电容型湿度传感器是用高分子材料的湿敏元件作为敏感元件，它利用有机高分子材料的吸湿性能与膨润性能制成的，属水分子亲和力型湿敏元件，吸湿后，介电常数发生明显变化的高分子电介质，可做成电容式湿敏元件。常用的高分子材料是醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等。高分子湿敏元件的薄膜做得极薄，一般约5000埃，使元件易于很快的吸湿与脱湿，减少了滞后误差，响应速度快。
　　这种湿敏元件的缺点是不宜用于含有机溶媒气体的环境，元件也不能耐80qc以上的高温。电容型湿度传感器的应用电路图所示。它由两个时基电路IC1、IC2组成，556为双时基电路即两个555多谐振荡器，IC1及外围元件组成多谐振荡器．主要产生触发IC2的脉冲，IC2和电容型湿敏元件及外围元件组成可调宽的脉冲发生器，其脉冲宽度将取决于湿敏元件的电容值的大小，而湿敏元件的电容值的大小决定于空气中的相对湿度，调宽脉冲从IC2的⑨脚输出，经R5、C3滤波后成为直流信号输出。输出电压的大小正比于空气的相对湿度，其灵敏度为2 mV/%oRH。

　　土壤湿度传感器电路图

　　湿度传感器接口电路图