數(shù)字式溫度、濕度傳感器是指能將溫度量、濕度量同時采集并且轉換成數(shù)字電信號的設備或裝置。
MHTRD11 數(shù)字式溫度、濕度傳感器簡稱為溫濕度傳感器。是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫、濕度復合傳感器，本產品具有較高的可靠性與的*穩(wěn)定性。
以下內容如無特殊說明，文中的“溫濕度傳感器”即本“MHTRD11” 產品。
MHTRD11 數(shù)字式溫濕度傳感器產品特點
成本合理、*穩(wěn)定、具備相對濕度和溫度測量、超快響應、抗*力強、超長的信號傳輸距離、單總線式數(shù)字信號輸出、精確校準，優(yōu)良的品質。
MHTRD11 數(shù)字式溫濕度傳感器產品外觀
圖1 產品尺寸圖（單位：mm）
引腳編號 | 名稱 | 功能 | 連接方式 |
1 | VDD | 3.3～5.5V DC | 電源正極 |
2 | DATA | one-wire串行數(shù)據(jù) | 單數(shù)據(jù)總線 |
3 | NC | 無 | 空引腳 |
4 | GND | 信號地 | 電源負極 |
引腳說明表
四、應用范圍
用于暖通空調、除濕器、農業(yè)、冷鏈倉儲、測試及檢測設備、消費品、自動控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家用電器、濕度調節(jié)器、醫(yī)療、車輛船舶交通工具等其他相關需要檢測和控制溫度、濕度的領域。
五、產品參數(shù)
1電氣特性
電氣特性參數(shù)表
參數(shù) | 條件 | min | Type | max | 單 位 |
供電電壓 |
| 3.3 | 5.0 | 5.5 | V |
供電電流 |
| 0.06(待機) | - | 1.0(測量) | mA |
采樣周期 | 測量 |
| >2 |
| S/次 |
2相對濕度
相對濕度測量性能參數(shù)表
參數(shù) | 條件 | min | type | max | 單 位 |
量程范圍 |
| 20 |
| 95 | %RH |
精度[1] | 25℃ |
| ±3 |
| %RH |
重復性 |
|
| ±1 |
| %RH |
互換性 | *互換 | ||||
響應時間[2] | 1/e(60%) |
| <10 |
| S |
遲滯 |
|
| ±0.5 |
| %RH |
漂移[3] | 典型值 |
| <±0.5 |
| %RH/年 |
3溫度
溫度測量性能參數(shù)表
參數(shù) | 條件 | min | type | max | 單 位 |
量程范圍 |
| -20 |
| 60 | ℃ |
精度[1] | 25℃ |
| ±1 |
| ℃ |
重復性 |
|
| ±0.5 |
| ℃ |
互換性 | *互換 | ||||
響應時間[2] | 1/e(60%) |
| <10 |
| S |
遲滯 |
|
| ±0.3 |
| ℃ |
漂移[3] | 典型值 |
| <±0.5 |
| ℃/年 |
注[1]此精度為出廠時檢驗時，傳感器在 25℃和 5V，條件下測試的精度指標，其不包括遲滯和非線性，且只適合非冷凝環(huán)境。
注[2]在 25℃和 1m/s 氣流的條件下，達到一階響應 60%所需要的時間。
注[3]在揮發(fā)性有機混合物中數(shù)值可能會高一些。見說明書的應用儲存信息。
六、典型應用
溫濕度傳感器典型應用電路圖
微處理器與溫濕度傳感器的連接和典型應用電路如上圖所示，傳感器的DATA引腳經(jīng)過信號線連接后，在經(jīng)過上拉電阻后與微處理器的 I/O 端口相連。
電路設計和應用中，以下事項需注意：
1、信號線纜*使用屏蔽線，以獲得理想的信號質量和合適的傳輸距離。
2、建議：連接信號線纜長度在短于5米時用4.7KΩ的上拉電阻，線長大于5m時根據(jù)實際情況降低此電阻的阻值。
3、使用 3.3V 電壓供電時信號連接線盡量短，信號連接線過長會導致傳感器供電不足，引起測量偏差或失敗。
4、每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測量的結果。欲獲取實時數(shù)據(jù),需連續(xù)讀取 2 次，但不建議連續(xù)更多次讀取傳感器。每次讀取傳感器間隔大于 2 秒即可獲得準確的數(shù)據(jù)。
5、電源部分如有波動，會影響到溫度測量值。如使用開關電源紋波過大，溫度會出現(xiàn)跳動，此時應做好濾波措施。
七、串行通信數(shù)據(jù)格式說明（單線雙向 One-Wire）
◎單總線說明
單總線溫濕度傳感器器件采用簡化后的單總線通信方式。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線；單總線通常要求外接一個上拉電阻（常用4.7kΩ），這樣，當總線閑置時， 其狀態(tài)為高電平。由于單總線系統(tǒng)是主從結構（主子機結構），只有主機呼叫從機時，從機才能應答，因此主機訪問器件均必須嚴格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，作為從機的傳感器器件將不響應主機的呼叫。
◎單總線傳送數(shù)據(jù)位定義
DATA線用于主機與溫濕度傳感器之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40 位數(shù)據(jù)，高位先出。
數(shù)據(jù)格式:
8bit 濕度整數(shù)位數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)位數(shù)據(jù) + 8bit 溫度整數(shù)位數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)位數(shù)據(jù) + 8bit 校驗位。
◎校驗位數(shù)據(jù)定義
“8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”，位長為8bit 。
校驗位等于所得結果的末 8 位。
名 稱 | 單總線數(shù)據(jù)格式定義 |
起始信號 | 微處理器把數(shù)據(jù)總線（SDA）拉低一段時間至少 18ms（大不得超過 30ms），通知傳感器準備數(shù)據(jù)。 |
響應信號 | 傳感器把數(shù)據(jù)總線（SDA）拉低 83µs，再接高 87µs 以響應主機的起始信號。 |
數(shù)據(jù)格式 | 收到主機起始信號后，傳感器一次性從數(shù)據(jù)總線（SDA）串行輸出 40 位數(shù)據(jù)，高位先出。 |
濕 度 | 濕度高位為濕度整數(shù)部分數(shù)據(jù)，濕度低位為濕度小數(shù)部分數(shù)據(jù)。 |
溫 度 | 溫度高位為溫度整數(shù)部分數(shù)據(jù)，溫度低位為溫度小數(shù)部分數(shù)據(jù)， 定義溫度低位 bit8 為 1 時表示負溫度，溫度低位 bit8 為 0 時表示正溫度。 |
校驗位 | 校驗位＝濕度高位+濕度低位+溫度高位+溫度低位。 |
單總線傳送數(shù)據(jù)信號規(guī)范格式表
示例一：接收到的 40 位數(shù)據(jù)如下：
0011 1010 | 0000 0101 | 0001 0111 | 0000 0110 | 0101 1100 |
濕度 高8位(整數(shù)) | 濕度 低8位(小數(shù)) | 溫度 高8位(整數(shù)) | 溫度 低8位(小數(shù)) | 校驗位 |
校驗位計算：0011 1010+0000 0101+0001 0111+0000 0110= 0101 1100，
計算的校驗位數(shù)值為 0101 0001 和 收到的校驗位的值 0101 0001 相等，則接收數(shù)據(jù)正確。
解析如下：
濕度值：0011 1010(整數(shù))=3AH=58%RH0000 0101(小數(shù))=05H=0.5%RH
=>濕度值為：58%RH + 0.5%RH = 58.5%RH
溫度值：0001 0111(整數(shù))=17H=23℃0000 0110(小數(shù))=06H=0.6℃
=>溫度值為23℃ + 0.6℃ = 23.6℃
◎特殊說明：
當溫度低于 0 ℃ 時溫度數(shù)據(jù)的低 8 位的位（即醉高位）置為 1。示例： -12.3 ℃ 表示為 0000 1100 1000 0011
溫度值：0000 1100(整數(shù))=0CH=12℃，1000 0011(小數(shù))=03H＝0.3℃ ，1 代表溫度為零下
=>溫度值為-(12℃+0.3℃)＝ -12.3℃
示例二：接收到的 40 位數(shù)據(jù)如下：
0011 1010 | 0000 0101 | 0001 0111 | 0000 0110 | 0101 1101 |
濕度 高8位(整數(shù)) | 濕度 低8位(小數(shù)) | 溫度 高8位(整數(shù)) | 溫度 低8位(小數(shù)) | 校驗位 |
校驗位計算：0011 1010+0000 0101+0001 0111+0000 0110＝ 0101 1100
因為計算的校驗位數(shù)值為0101 1100 和 收到的校驗位的值0101 1101 不相等，本次接收的數(shù)據(jù)不正確，
數(shù)據(jù)將被丟棄，需重新發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
◎數(shù)據(jù)時序圖
用戶主機（微處理器MCU）發(fā)送一次開始信號后，從機/子機（溫濕度傳感器Sensor）從低功耗模式轉換到高速模式，待主機開始信號結束后，傳感器發(fā)送響應信號，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集。信號發(fā)送時序如圖所示。
數(shù)據(jù)時序圖
注：主機從傳感器讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測量值，如兩次測間隔時間很長，請連續(xù)讀兩次數(shù)據(jù)，并拋棄次數(shù)據(jù)，以第二次獲得的測量值為實時溫濕度值。
◎外設讀取步驟
主機和從機之間的通信可通過如下幾個步驟完成【微處理器MCU（如外設）讀取傳感器Sensor的數(shù)據(jù)的步驟】。
步驟一: 溫濕度傳感器上電后（溫濕度傳感器上電后要等待 1秒以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間不能發(fā)送任何指令），測試環(huán)境溫、濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)在傳感器內。同時，溫濕度傳感器的DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平，此時溫濕度傳感器的DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號，等待主機的呼叫。
步驟二: 微處理器（主機）的I/O 設置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 18ms（大不得超過 30ms），然后微處理器的I/O 設置為輸入狀態(tài)。由于上拉電阻拉高電平，微處理器的 I/O 即 溫濕度傳感器的 DATA 數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待溫濕度傳感器作出回答信號，發(fā)送信號如圖所示：
微處理器（主機）發(fā)送起始信號示意圖
步驟三:
溫濕度傳感器（從機/子機）的DATA 引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平狀態(tài)結束，經(jīng)過拉高等待延遲時序后，溫濕度傳感器的 DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 83 微秒的低電平作為應答信號，緊接著輸出 87 微秒的高電平通知外設準備接收數(shù)據(jù)。同時，微處理器的 I/O 處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平（溫濕度傳感器的83微秒回應信號）后，等待 87 微秒的高電平后的數(shù)據(jù)接收，發(fā)送信號如圖所示：
傳感器（從機/子機）響應信號示意圖
步驟四:
由溫濕度傳感器的 DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O 電平的變化接收 40 位數(shù)據(jù)，
位數(shù)據(jù)“0”的格式為： 54 微秒的低電平和 23-27 微秒的高電平，
位數(shù)據(jù)“1”的格式為： 54 微秒的低電平加 68-74 微秒的高電平。
位數(shù)據(jù)“0”、“1”信息的信號格式如圖所示：
結束信號：
溫濕度傳感器的DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平 54 微秒后轉為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻上拉，DATA線隨之變?yōu)槌掷m(xù)高電平，釋放總線。
此時溫濕度傳感器內部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄存儲數(shù)據(jù)，等待外部信號的到來。
注：為保證傳感器的準確通訊，用戶在讀取信號時，請嚴格按照下表和數(shù)據(jù)時序圖中的參數(shù)和時序進行設計.
符號 | 參數(shù) | min | type | max | 單位 |
Tbe | 主機起始信號拉低時間 | 18 | 20 | 30 | ms |
Tgo | 主機釋放總線時間 | 10 | 13 | 35 | µS |
Trel | 響應低電平時間 | 78 | 83 | 88 | µS |
Treh | 響應高電平時間 | 80 | 87 | 92 | µS |
TLOW | 信號“0”、“1”低電平時間 | 50 | 54 | 58 | µS |
TH0 | 信號“0”高電平時間 | 23 | 24 | 27 | µS |
TH1 | 信號“1”高電平時間 | 68 | 71 | 74 | µS |
Ten | 傳感器釋放總線時間 | 52 | 54 | 56 | µS |
八、應用信息
1、工作與貯存條件
超出建議的工作范圍可能導致高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準狀態(tài)恢復。要加速恢復進程可參閱下一節(jié)“恢復處理”。
環(huán) 境 | 溫度（℃） | 濕度（RH） |
工作環(huán)境 | -20~60 | 5%~95% |
存儲環(huán)境 | -20~60（建議10~30） | 5%~95%（建議40~70%） |
在非正常工作條件下長時間使用會加速產品的老化過程。
避免將元件*放在結露和過于干燥的環(huán)境中以及以下環(huán)境。
A、鹽霧 ； B、酸性或氧化氣體，例如二氧化硫，鹽酸；
2、恢復處理
置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復到校準時的狀態(tài)。
處理程序：在 45℃ 和 <10%RH 的濕度條件下保持 2 小時（恒溫烘干）；隨后在20～30℃和 >70%RH 的濕度條件下保持 5 小時以上。
3、溫度影響
氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應盡可能將傳感器遠離發(fā)熱的電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風。為降低熱傳導，傳感器引腳盡量減少金屬連接，傳感器的焊盤與印刷電路板其它部分的銅、錫、金等金屬鍍層接觸面積應盡可能小或距離盡可能大，并在兩者之間留出一道縫隙。
4、光線影響
長時間暴露在太陽光照射下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低。
5、暴露在化學物質中的影響
電容式濕度傳感器的感應層會受到化學蒸汽的干擾，化學物質在感應層中的擴散可能導致測量值漂移和靈敏度下降。在一個純凈的環(huán)境中，污染物質會緩慢地釋放出去。上文所述的恢復處理可以加速實現(xiàn)這一過程。
高濃度的化學污染會導致傳感器感應層的*損壞，從而使得傳感器失效。
6、配線注意事項
信號線材的質量會影響通訊距離和通訊信號質量，*使用高質量屏蔽線。
7、注意事項
u 手動焊接，在醉高 300℃的溫度條件下接觸時間須少于 3 秒。
u 波峰焊溫度不高于260攝氏度，時間須少于 5 秒。
u 禁止用酒精、洗板水或其他液體對器件本體清洗、或泡入液體內。
九、關鍵通告
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