濕度傳感器電路圖：DHT11溫濕度傳感器在51單片機(jī)中的應(yīng)用
總結(jié)——調(diào)試STM32F103ZET6及外圍傳感器_電路圖設(shè)計(jì)問(wèn)題+SHT10溫濕度傳感器
1.電路圖設(shè)計(jì)問(wèn)題
（1）2016-11-02：SHT10溫濕度傳感器的DATA引腳未接10K上拉電阻到VCC3.3，造成數(shù)據(jù)讀不出。
（2）2016-11-02：電路圖中的USB轉(zhuǎn)USART模塊中CH340G芯片的2腳為TXD，應(yīng)該接STM32F103ZET6的US1_RX，3腳為RXD，應(yīng)該接STM32F103ZET6的US1_TX，原電路圖中正好畫反了。
（3）2016-11-13：P5的6腳和P5的7腳接反了，實(shí)際板子上6腳->US2_TX ?7腳->US2_RX
（4）2016-11-06：添加RTC_Init()函數(shù)，RTC初始化，必須初始化RTC外部32.678K晶振才能起震工作；此電路板32.678K晶振并聯(lián)的電阻為10M才正常起震。
（5）示波器看傳感器時(shí)序時(shí)有兩種方法：1.看某個(gè)固定的函數(shù)時(shí)序時(shí)可以采用程序中寫while(1)的方式；2.看整個(gè)時(shí)序時(shí)可以采用示波器上的trigger功能，調(diào)整觸發(fā)值為3.3V以下，然后觸發(fā)方式為單次，點(diǎn)擊RUN后便停在有波形的位置。
（6）學(xué)習(xí)到AutoFlowchart和Source Insight 3的使用，可以更直觀的查閱代碼和跟蹤代碼。
開(kāi)發(fā)代碼地址
2.SHT10溫濕度傳感器
以下為SHT10的參考資料：STM32 SHT10溫濕度傳感器的信號(hào)采集SHT20技術(shù)手冊(cè)
? 首先講講SHT10這款溫室度傳感器。SHT1x（包括SHT10,SHT11和SHT15）屬于Sersirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。更之前我講過(guò)的DHT11這款溫濕度傳感器相比，體積小了許多，特別適合用于產(chǎn)品中。SHT10溫濕度傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件（文縐縐的），傳感器內(nèi)部有一個(gè)精度高達(dá)14為位的A/D轉(zhuǎn)換器，適應(yīng)串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應(yīng)速度速度快，抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。
? ?1、接口定義：
SHT10的接口定義如下圖所示：
?
? ?如上圖所示，1腳為GND，4腳為VDD。它的供電電壓范圍為2.4~5.5V，建議的電壓為3.3V，在電源引腳(VDD、GND)之間必須加上一個(gè)0.1uf的電容，應(yīng)于去耦濾波用。它的2腳DATA為數(shù)據(jù)引腳，3腳SCK為時(shí)鐘控制引腳，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)引腳很像IIC所使用的引腳功能？沒(méi)錯(cuò)，這個(gè)傳感器確實(shí)可以認(rèn)為是IIC接口，但是又有卻別。該傳感器不能按照IIC的協(xié)議編址，但是，如果IIC總線上沒(méi)有掛接別的元件，傳感器可以直接連到IIC總線上，但是單片機(jī)必須按照傳感器的協(xié)議工作。傳感器與單片機(jī)的接線如下圖所示：
? ?
? ? 2、傳感器的通訊
? ?
? ?2.1、“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序
用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒?dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變成低電平，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平DATA翻轉(zhuǎn)位高電平。時(shí)序如下：
? ?
? ?2.2、復(fù)位時(shí)序
如果與SHT1x 通訊中斷，可通過(guò)下列信號(hào)時(shí)序復(fù)位：當(dāng)DATA 保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK 時(shí)鐘9 次或更多。時(shí)序圖如下：
? ?
? 2.3、命令集
傳感器的命令包含三個(gè)地址位（目前只支持000，這就是他只能掛接在空閑的IIC總線上的原因）和五個(gè)命令位。。SHT1x 會(huì)以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。命令集如下：
?
? ?2.4、溫濕度測(cè)量
發(fā)布一組測(cè)量命令（‘’表示相對(duì)濕度RH，‘’表示溫度T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過(guò)程需要大約20/80/320ms，分別對(duì)應(yīng)8/12/14bit 測(cè)量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有-30%的變化。。SHT1x 通過(guò)下拉DATA 至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā)SCK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來(lái)讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。
在收到CRC 的確認(rèn)位之后，表明通訊結(jié)束。如果不使用CRC-8 校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值LSB 后，通過(guò)保持ACK高電平終止通訊。在測(cè)量和通訊完成后，SHT1x 自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。
? 2.5、狀態(tài)寄存器
SHT1x 的某些高級(jí)功能可以通過(guò)給狀態(tài)寄存器發(fā)送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，如選擇測(cè)量分辨率，電量不足提醒，使用 OTP 加載或啟動(dòng)加熱功能等。狀態(tài)寄存器度、寫如下：
狀態(tài)寄存器寫
狀態(tài)寄存器讀
狀態(tài)寄存器的具體描述如下表所示：
測(cè)量分辨率：默認(rèn)分辨率 14bit (溫度) 和 12bit (濕度) 可以被降低為 12 和 8bit. 尤其適用于要求測(cè)量速度極高或者功耗極低的應(yīng)用。
電量不足檢測(cè)功能：在電壓不足 2.47V 發(fā)出警告。精度為±0.05 V。
加熱：可通過(guò)向狀態(tài)寄存器內(nèi)寫入命令啟動(dòng)傳感器內(nèi)部加熱器.。加熱器可以使傳感器的溫度高于周圍環(huán)境 5 – 10°C12 。功耗大約為 8mA @ 5V 。
OPT加載：開(kāi)啟此功能，標(biāo)定數(shù)據(jù)將在每次測(cè)量前被上傳到寄存器。如果不開(kāi)啟此功能，可減少大約 10ms的測(cè)量時(shí)間。
上面的寄存器如果沒(méi)有什么特殊要求或應(yīng)用于特定的場(chǎng)合，則無(wú)需配置，選擇默認(rèn)就可以了。
? ?2.6、通訊過(guò)程
傳感器的通訊過(guò)程為：發(fā)送”啟動(dòng)傳輸“時(shí)序，初始化傳感器——>發(fā)送命令——>等待傳感器應(yīng)答，及測(cè)量結(jié)束——>接收傳感器的16位數(shù)據(jù)值——>接收8為的CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)——>休眠，等待下一次傳輸開(kāi)始。
傳輸?shù)倪^(guò)程的測(cè)量時(shí)序可以由下圖示意：
上圖中 TS = 傳輸開(kāi)始, MSB = 高有效字節(jié),LSB =低有效字節(jié), LSb = 低有效位。
下面舉個(gè)實(shí)際測(cè)量時(shí)的相對(duì)濕度測(cè)量時(shí)序例子。時(shí)序如下：
這張圖可以知道：我們接收到的數(shù)據(jù)數(shù)值為”0000 0100 0011 0001“ = 1073 = 35.50% RH （位含溫度補(bǔ)償），至于怎么計(jì)算的，請(qǐng)接著往下看。
? ?
2.7、信號(hào)轉(zhuǎn)化
? ? 2.7.1 溫度的轉(zhuǎn)化
設(shè)T 2 1 SOt為從傳感器上讀出來(lái)的測(cè)量數(shù)值，我們需要用下面的公式將測(cè)量數(shù)值轉(zhuǎn)換成整整的溫度值。
T = d1 + d2 * SOt(其中d1，d2的值根據(jù)實(shí)際情況選擇，選項(xiàng)如下)
? ?2.7.2 濕度的轉(zhuǎn)換?
濕度的轉(zhuǎn)換公式如下：
。其中濕度的轉(zhuǎn)化參數(shù)如下選擇：根據(jù)采樣的精度不同而不同。
99%以上的濕度已經(jīng)接近飽和必須經(jīng)過(guò)處理顯示100%RH13.請(qǐng)注意 濕度傳感器對(duì)電壓無(wú)依賴性。測(cè)量值與相對(duì)濕度的轉(zhuǎn)化如下圖所示：
相對(duì)濕度根據(jù)上面的參數(shù)與公式算出來(lái)之后，還需要考慮當(dāng)前環(huán)境溫度而進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)墓郊捌鋮?shù)選擇如下：
? ? 2.7.3、露點(diǎn)的計(jì)算
露點(diǎn)的定義：露點(diǎn)溫度指空氣在此溫度下能保持最多的水汽，當(dāng)溫度冷卻到露點(diǎn)，空氣變得飽和，就會(huì)出現(xiàn)霧、露或霜。
SHT1x 并不直接進(jìn)行露點(diǎn)測(cè)量,，但露點(diǎn)可以通過(guò)溫度和濕度讀數(shù)計(jì)算得到.。由于溫度和濕度在同一塊集成電路上測(cè)量，SHT1x 可測(cè)量露點(diǎn)。 一塊集成電路上測(cè)量，SHT1x 可測(cè)量露點(diǎn)。 下面直接給出結(jié)論性的露點(diǎn)計(jì)算公式了。
LogEW=（0.＋7.5*T/（237.3＋T）＋（log10（RH）－2）? ?
露點(diǎn)：Dp=（（0.-logEW）*237.3/（logEW－8.）? ?
例如：RH=10% T=25C->EW=23.7465->露點(diǎn)=-8.69℃
RH=90% T=50C->EW=92.4753->露點(diǎn)=47.89℃
濕度傳感器電路圖：SM-C-I型濕度傳感器電路原理圖(圖文)
SM-C-I型濕度傳感器電路原理圖如圖。
濕敏元件一般由基體、電極和感濕層構(gòu)成，圖中，b為兩種常見(jiàn)的濕敏元件，圖c、d為濕敏元件常用的兩種電路圖形符號(hào)。其中，圖c為常用的濕敏電阻器，圖d為可加熱清洗型的濕敏元件，A--A為測(cè)量極，B--B為加熱清洗電極。
SM-C-I型濕度傳感器是專為濕度儀表、自動(dòng)控制配套設(shè)計(jì)的。其電路包括方波發(fā)生器、取樣及濕度補(bǔ)償電路、電壓跟隨器等部分。
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濕度傳感器電路圖：土壤濕度傳感器設(shè)計(jì)方案匯總（三款濕度傳感器設(shè)計(jì)電路原理圖詳細(xì)）
描述
土壤濕度傳感器介紹
1.土壤濕度傳感器原理--簡(jiǎn)介
土壤濕度傳感器又名：土壤水分傳感器、土壤墑情傳感器、土壤含水量傳感器。主要用來(lái)測(cè)量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測(cè)及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護(hù)目前常用到的土壤濕度傳感器有FDR型和TDR型，即頻域型和時(shí)域型。目前比較流行的是FDR型，常用型號(hào)HA2001.FDR頻域反射儀是一種用于測(cè)量土壤水分的儀器，它利具有簡(jiǎn)便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。
2.土壤濕度傳感器原理--特點(diǎn)
土壤濕度傳感器由濕度檢測(cè)電路和聲報(bào)警電路等部分組成，它主要具有以下幾種特點(diǎn)：
1.傳感器體積小巧化設(shè)計(jì)，攜帶方便，安裝、操作及維護(hù)簡(jiǎn)單。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不繡鋼探針保證使用壽命。
3.外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。
4.測(cè)量精度高，性能可靠，確保正常工作。
5.響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。
3.土壤濕度傳感器原理
土壤濕度傳感器就是監(jiān)測(cè)土壤的濕度，將其的硬件控制電路埋在作物根部的土壤水分傳感器監(jiān)測(cè)根部土壤的水分，該傳感器經(jīng)檢測(cè)電路將“濕度過(guò)高”和“濕度過(guò)低”信號(hào)經(jīng)編碼器傳至主控制器，由主控制器決定控制狀態(tài)。“濕度過(guò)高”則停止灌溉;“濕度過(guò)低”則通過(guò)光電隔離、繼電器控制接在水源的電磁閥。該系統(tǒng)還具有故障報(bào)警功能。主控制器通過(guò)通訊接口與上位機(jī)通訊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況或?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
土壤濕度傳感器設(shè)計(jì)方案（一）
濕度傳感器：
上面四個(gè)端口，從最左到右一次為A0，D0，GND，Vcc。A0接A4，D0接A0，GND接GND，Vcc接5V電壓
下面兩個(gè)端口接右邊的探測(cè)插頭，上面左右各一個(gè)指示燈當(dāng)這個(gè)探測(cè)器插到面包板上時(shí)右邊亮，當(dāng)右邊的插頭插到土壤中時(shí)左邊燈亮起，再下邊靠左的是一個(gè)可調(diào)電阻，電阻右邊為一個(gè)芯片。
電路圖：
結(jié)果實(shí)物圖：
原理：
1.這是一個(gè)簡(jiǎn)易的水分傳感器可用于檢測(cè)土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時(shí)，模塊輸出一個(gè)高電平，反之輸出低電平。使用這個(gè)傳感器制作一款自動(dòng)澆花裝置，讓您的花園里的植物不用人去管理。
2.靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）
4.工作電壓3.3V-5V
5.模塊雙輸出模式，數(shù)字量輸出簡(jiǎn)單，模擬量輸出更精確。
6.設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝
7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm
8.電源指示燈（紅色）和數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出指示燈（綠色）
9.比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定
10.VCC外接3.3V-5V
11.GND外接GND
12.DO小板數(shù)字量輸出接口（0和1）
13.AO小板模擬量輸出接口
土壤濕度傳感器設(shè)計(jì)方案（二）
采用數(shù)字式溫濕度傳感器可以制作一溫濕度實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)，如圖所示。采用AT89S52單片機(jī)作為該系統(tǒng)的控制單元，傳感器采用DHT90，此傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另外SCK端用于單片機(jī)與DHT90之間的通訊同步，這里采用AT89S52的P3．7與DHT90的SCK相連，用P3．6與DATA端相連，Vcc接電源，CND接地，顯示模塊為L(zhǎng)CD。單片機(jī)采集到米自DHT90的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)軟件線性擬合，最終送列LCD上顯示溫濕度數(shù)據(jù)。
土壤濕度傳感器設(shè)計(jì)方案（三）
振蕩電路
振蕩電路的作用是將電容的變化量轉(zhuǎn)化為頻率可變的方波。由圖3可知，這是一個(gè)非對(duì)稱多諧振蕩器。或非門G1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，把它的輸出電壓直接連接到或非門G2的輸入端。G2即可得到一個(gè)介于高低電平之間的靜態(tài)偏置電壓，從而使G2的靜態(tài)工作點(diǎn)也處于電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)上。反饋環(huán)路中電容使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩。
由于電容充放電的時(shí)間T為2.2RC，所以輸出的方波頻率：可見(jiàn)輸出頻率和電容值成反比。通過(guò)這個(gè)電路使?jié)穸刃盘?hào)變?yōu)殡娙葜担詈笞優(yōu)轭l率信號(hào)輸出。
消除零點(diǎn)電容
需要指出的是，圖3所示的濕度傳感器零點(diǎn)電容比較大，靈敏度不夠高，濕度從0%～100%RH，電容的變化量不超過(guò)30～50PF。為此，最好將零點(diǎn)電容消除掉，在實(shí)際設(shè)計(jì)中我們用兩片CMOS4001集成電路對(duì)圖3進(jìn)行改造，具體見(jiàn)圖4。
A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)的波形如圖5所示。由圖4中U1的4個(gè)或非門組合邏輯可知：只要調(diào)整C的脈沖寬度，就可以得到D的脈沖寬度，從而可以消除零點(diǎn)電容，經(jīng)過(guò)調(diào)制的電容變化信號(hào)也就是濕度信號(hào)。將同一封裝內(nèi)的門電路U2A、U2B、U2C、U2D并聯(lián)使用，可以擴(kuò)大CMOS門電路輸出低電平時(shí)吸收負(fù)載電流的能力。
線性輸出信號(hào)調(diào)理
電路濕度的脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號(hào)比較微弱，再經(jīng)過(guò)一個(gè)同向比例放大器把信號(hào)放大，最終把信號(hào)調(diào)理為0～3V的輸出。
濕度變送器的設(shè)計(jì)
采用了美國(guó)BB公司生產(chǎn)的XTR105作為濕度變送器的芯片，把濕度傳感器輸入的0～3V電壓轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號(hào)輸出。其電路如圖7所示。
濕度傳感器輸出的0～3V電壓通過(guò)XTR105芯片的2和13引腳輸入。調(diào)整3和4引腳間的電阻RG和RG1的值，可以改變XTR105芯片的內(nèi)置儀表放大器增益值，從而選定合適的測(cè)量范圍。RCM取為1KO，它提供一個(gè)附加電壓降，使XTR105的輸入電壓限制在共模方式下的電壓范圍內(nèi)。與RCM并聯(lián)的0.01μF旁路電容用于降低共模噪聲。整個(gè)裝置的電壓，電流傳遞函數(shù)為：
其中Rm=RG·RG1/（RG+RG1），VIN是VIN+（13引腳），VIN-（2引腳）兩端輸入電壓。VREG引腳（11引腳）還專門為外部電路提供5.1V的精密電壓，11引腳最大輸出電流為1mA，超過(guò)1mA會(huì)影響到零輸出電流。
三極管Q1是4～20mA電流回路的主要電流傳導(dǎo)器件，用于吸收回路中的大部分電流。該器件將外部電源電流與XTR105的內(nèi)部消耗嚴(yán)格分開(kāi)。由于外接三極管位于反饋回路中，其參數(shù)不能在臨界點(diǎn)。當(dāng)電源電壓低于36V時(shí)，功耗可低一些。IN4048接成的橋式電路可以保證XTR105的電源極性不反接，從而真正實(shí)現(xiàn)兩線制。C2為去耦電容，其值是0.01μF，用于降低高頻干擾。負(fù)載RL用于將傳送的4～20mA的電流轉(zhuǎn)換為電壓，供后級(jí)處理。選擇負(fù)載阻抗RL，應(yīng)使得輸出在4～20mA范圍內(nèi)變化時(shí)，引腳7和引腳8之間的電壓保持在11.6V～40V的電源電壓范圍內(nèi)。也可以由下式確定最大的RL：
所以取RL=250ω。
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濕度傳感器電路圖：濕度傳感器電路圖
電容型濕度傳感器應(yīng)用電路
電容型濕度傳感器是用高分子材料的濕敏元件作為敏感元件，它利用有機(jī)高分子材料的吸濕性能與膨潤(rùn)性能制成的，屬水分子親和力型濕敏元件，吸濕后，介電常數(shù)發(fā)生明顯變化的高分子電介質(zhì)，可做成電容式濕敏元件。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。高分子濕敏元件的薄膜做得極薄，一般約5000埃，使元件易于很快的吸濕與脫濕，減少了滯后誤差，響應(yīng)速度快。
這種濕敏元件的缺點(diǎn)是不宜用于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境，元件也不能耐80qc以上的高溫。電容型濕度傳感器的應(yīng)用電路圖所示。它由兩個(gè)時(shí)基電路IC1、IC2組成，556為雙時(shí)基電路即兩個(gè)555多諧振蕩器，IC1及外圍元件組成多諧振蕩器．主要產(chǎn)生觸發(fā)IC2的脈沖，IC2和電容型濕敏元件及外圍元件組成可調(diào)寬的脈沖發(fā)生器，其脈沖寬度將取決于濕敏元件的電容值的大小，而濕敏元件的電容值的大小決定于空氣中的相對(duì)濕度，調(diào)寬脈沖從IC2的⑨腳輸出，經(jīng)R5、C3濾波后成為直流信號(hào)輸出。輸出電壓的大小正比于空氣的相對(duì)濕度，其靈敏度為2 mV/%oRH。
土壤濕度傳感器電路圖
濕度傳感器接口電路圖
