濕度傳感器電路圖：DHT11溫濕度傳感器在51單片機中的應(yīng)用
總結(jié)——調(diào)試STM32F103ZET6及外圍傳感器_電路圖設(shè)計問題+SHT10溫濕度傳感器
1.電路圖設(shè)計問題
（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）示波器看傳感器時序時有兩種方法：1.看某個固定的函數(shù)時序時可以采用程序中寫while(1)的方式；2.看整個時序時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采集SHT20技術(shù)手冊
? 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電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件（文縐縐的），傳感器內(nèi)部有一個精度高達14為位的A/D轉(zhuǎn)換器，適應(yīng)串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。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、性價比高等優(yōu)點。
? ?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為時鐘控制引腳，沒有發(fā)現(xiàn)這兩個引腳很像IIC所使用的引腳功能？沒錯，這個傳感器確實可以認為是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，但是單片機必須按照傳感器的協(xié)議工作。傳感器與單片機的接線如下圖所示：
? ?
? ? 2、傳感器的通訊
? ?
? ?2.1、“啟動傳輸”時序
用一組“啟動傳輸”時序來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒擲CK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變成低電平，隨后是在SCK時鐘高電平，隨后是在SCK時鐘高電平DATA翻轉(zhuǎn)位高電平。時序如下：
? ?
? ?2.2、復(fù)位時序
如果與SHT1x 通訊中斷，可通過下列信號時序復(fù)位：當DATA 保持高電平時，觸發(fā)SCK 時鐘9 次或更多。時序圖如下：
? ?
? 2.3、命令集
傳感器的命令包含三個地址位（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）和五個命令位。。SHT1x 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個SCK 時鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。命令集如下：
?
? ?2.4、溫濕度測量
發(fā)布一組測量命令（‘’表示相對濕度RH，‘’表示溫度T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應(yīng)8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有-30%的變化。。SHT1x 通過下拉DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā)SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀出數(shù)據(jù)。
在收到CRC 的確認位之后，表明通訊結(jié)束。如果不使用CRC-8 校驗，控制器可以在測量值LSB 后，通過保持ACK高電平終止通訊。在測量和通訊完成后，SHT1x 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。
? 2.5、狀態(tài)寄存器
SHT1x 的某些高級功能可以通過給狀態(tài)寄存器發(fā)送指令來實現(xiàn)，如選擇測量分辨率，電量不足提醒，使用 OTP 加載或啟動加熱功能等。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：
測量分辨率：默認分辨率 14bit (溫度) 和 12bit (濕度) 可以被降低為 12 和 8bit. 尤其適用于要求測量速度極高或者功耗極低的應(yīng)用。
電量不足檢測功能：在電壓不足 2.47V 發(fā)出警告。精度為±0.05 V。
加熱：可通過向狀態(tài)寄存器內(nèi)寫入命令啟動傳感器內(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：開啟此功能，標定數(shù)據(jù)將在每次測量前被上傳到寄存器。如果不開啟此功能，可減少大約 10ms的測量時間。
上面的寄存器如果沒有什么特殊要求或應(yīng)用于特定的場合，則無需配置，選擇默認就可以了。
? ?2.6、通訊過程
傳感器的通訊過程為：發(fā)送”啟動傳輸“時序，初始化傳感器——>發(fā)送命令——>等待傳感器應(yīng)答，及測量結(jié)束——>接收傳感器的16位數(shù)據(jù)值——>接收8為的CRC校驗數(shù)據(jù)——>休眠，等待下一次傳輸開始。
傳輸?shù)倪^程的測量時序可以由下圖示意：
上圖中 TS = 傳輸開始, MSB = 高有效字節(jié),LSB =低有效字節(jié), LSb = 低有效位。
下面舉個實際測量時的相對濕度測量時序例子。時序如下：
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 （位含溫度補償），至于怎么計算的，請接著往下看。
? ?
2.7、信號轉(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的測量數(shù)值，我們需要用下面的公式將測量數(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)實際情況選擇，選項如下)
? ?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)過處理顯示100%RH13.請注意 濕度傳感器對電壓無依賴性。測量值與相對濕度的轉(zhuǎn)化如下圖所示：
相對濕度根據(jù)上面的參數(shù)與公式算出來之后，還需要考慮當前環(huán)境溫度而進行適當?shù)难a償。補償?shù)墓郊捌鋮?shù)選擇如下：
? ? 2.7.3、露點的計算
露點的定義：露點溫度指空氣在此溫度下能保持最多的水汽，當溫度冷卻到露點，空氣變得飽和，就會出現(xiàn)霧、露或霜。
SHT1x 并不直接進行露點測量,，但露點可以通過溫度和濕度讀數(shù)計算得到.。由于溫度和濕度在同一塊集成電路上測量，SHT1x 可測量露點。 一塊集成電路上測量，SHT1x 可測量露點。 下面直接給出結(jié)論性的露點計算公式了。
LogEW=（0.＋7.5*T/（237.3＋T）＋（log10（RH）－2）? ?
露點：Dp=（（0.-logEW）*237.3/（logEW－8.）? ?
例如：RH=10% T=25C->EW=23.7465->露點=-8.69℃
RH=90% T=50C->EW=92.4753->露點=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為兩種常見的濕敏元件，圖c、d為濕敏元件常用的兩種電路圖形符號。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、自動控制配套設(shè)計的。其電路包括方波發(fā)生器、取樣及濕度補償電路、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)計方案匯總（三款濕度傳感器設(shè)計電路原理圖詳細）
描述
土壤濕度傳感器介紹
1.土壤濕度傳感器原理--簡介
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。主要用來測量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護目前常用到的土壤濕度傳感器有FDR型和TDR型，即頻域型和時域型。目前比較流行的是FDR型，常用型號HA2001.FDR頻域反射儀是一種用于測量土壤水分的儀器，它利具有簡便安全、快速準確、定點連續(xù)、自動化、寬量程、少標定等優(yōu)點。
2.土壤濕度傳感器原理--特點
土壤濕度傳感器由濕度檢測電路和聲報警電路等部分組成，它主要具有以下幾種特點：
1.傳感器體積小巧化設(shè)計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，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)測根部土壤的水分，該傳感器經(jīng)檢測電路將“濕度過高”和“濕度過低”信號經(jīng)編碼器傳至主控制器，由主控制器決定控制狀態(tài)。“濕度過高”則停止灌溉;“濕度過低”則通過光電隔離、繼電器控制接在水源的電磁閥。該系統(tǒng)還具有故障報警功能。主控制器通過通訊接口與上位機通訊，可以實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況或?qū)v史數(shù)據(jù)進行分析。
土壤濕度傳感器設(shè)計方案（一）
濕度傳感器：
上面四個端口，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
下面兩個端口接右邊的探測插頭，上面左右各一個指示燈當這個探測器插到面包板上時右邊亮，當右邊的插頭插到土壤中時左邊燈亮起，再下邊靠左的是一個可調(diào)電阻，電阻右邊為一個芯片。
電路圖：
結(jié)果實物圖：
原理：
1.這是一個簡易的水分傳感器可用于檢測土壤的水分，當土壤缺水時，模塊輸出一個高電平，反之輸出低電平。使用這個傳感器制作一款自動澆花裝置，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)計方案（二）
采用數(shù)字式溫濕度傳感器可以制作一溫濕度實時顯示系統(tǒng)，如圖所示。采用AT89S52單片機作為該系統(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)線進行數(shù)據(jù)傳輸，另外SCK端用于單片機與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LCD。單片機采集到米自DHT90的數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件線性擬合，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，這是一個非對稱多諧振蕩器。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暫穩(wěn)態(tài)之間往復(fù)振蕩。
由于電容充放電的時間T為2.2RC，所以輸出的方波頻率：可見輸出頻率和電容值成反比。通過這個電路使?jié)穸刃盘栕優(yōu)殡娙葜担詈笞優(yōu)轭l率信號輸出。
消除零點電容
需要指出的是，圖3所示的濕度傳感器零點電容比較大，靈敏度不夠高，濕度從0%～100%RH，電容的變化量不超過30～50PF。為此，最好將零點電容消除掉，在實際設(shè)計中我們用兩片CMOS4001集成電路對圖3進行改造，具體見圖4。
A、B、C、D四個點的波形如圖5所示。由圖4中U1的4個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，從而可以消除零點電容，經(jīng)過調(diào)制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內(nèi)的門電路U2A、U2B、U2C、U2D并聯(lián)使用，可以擴大CMOS門電路輸出低電平時吸收負載電流的能力。
線性輸出信號調(diào)理
電路濕度的脈沖信號再經(jīng)過后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號比較微弱，再經(jīng)過一個同向比例放大器把信號放大，最終把信號調(diào)理為0～3V的輸出。
濕度變送器的設(shè)計
采用了美國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的電流信號輸出。其電路如圖7所示。
濕度傳感器輸出的0～3V電壓通過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，從而選定合適的測量范圍。RCM取為1KO，它提供一個附加電壓降，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1mA會影響到零輸出電流。
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)部消耗嚴格分開。由于外接三極管位于反饋回路中，其參數(shù)不能在臨界點。當電源電壓低于36V時，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。負載RL用于將傳送的4～20mA的電流轉(zhuǎn)換為電壓，供后級處理。選擇負載阻抗RL，應(yīng)使得輸出在4～20mA范圍內(nèi)變化時，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，它利用有機高分子材料的吸濕性能與膨潤性能制成的，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是不宜用于含有機溶媒氣體的環(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。它由兩個時基電路IC1、IC2組成，556為雙時基電路即兩個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輸出。輸出電壓的大小正比于空氣的相對濕度，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
