溫濕度傳感器SHT21在安全儲糧監測系統中的應用

　　摘要：在儲糧監測系統中，不僅需要對糧堆內部情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，也需要對糧倉的儲糧環(huán)境進(jìn)行監測。監測糧倉儲糧環(huán)境的溫濕度，能夠更好地把握儲糧環(huán)境的整體情況。文章介紹了Sensirion公司數字式溫濕度傳感器SHT21各方面特點(diǎn)以及應用方法和軟硬件實(shí)現，將小體積數字式一體化溫濕度傳感器SHT21應用在儲糧監測系統中，能夠節省空間、提升測量精度、加強系統可靠性。

　　概述

　　溫濕度傳感器是環(huán)境測量與控制的重要器件，廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)、倉儲管理、科學(xué)研究以及日常生活等領(lǐng)域。相比傳統的模擬式溫濕度傳感器，數字式傳感器在測量精度、線(xiàn)性度和一致性等方面有著(zhù)良好的表現，同時(shí)數字式傳感器易于復用和替換，無(wú)需重復校準。SHT21是瑞士Sensirion公司基于CMOSens芯片技術(shù)推出的一系列溫濕度一體化傳感器之一，將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)相結合，其應用在一定程度上方便了嵌入式系統的環(huán)境溫濕度測量。

　　將SHT21溫濕度傳感器用于儲糧監測系統中，用于監測糧倉儲糧環(huán)境的溫濕度，無(wú)需分別部署傳感器，節省空間;SHT21傳感器維護簡(jiǎn)單，無(wú)需校準，易于復用替換，其測量范圍及精度適用于儲糧監測系統。

　　傳感器特點(diǎn)

　　SHT21是一款由Sensirion公司生產(chǎn)的新型溫濕度傳感器，其主要特性如下：DNF封裝，小體積，適用于回流焊;輸出經(jīng)校準的數字信號，完全符合I²C協(xié)議標準;重新設計的溫濕度傳感器，性能優(yōu)于前代產(chǎn)品;每片SHT21單獨進(jìn)行校準和測試，有可讀取的識別ID;通過(guò)設置寄存器對測量精度、電源狀態(tài)和傳感器加熱功能進(jìn)行設置;通過(guò)CRC循環(huán)冗余校驗碼保證數據正確傳輸。

　　傳感器控制命令

　　SHT21傳感器基本命令如表1所示。

　　傳感器配置寄存器各位說(shuō)明如表2所示。其中OTP重載位并不推薦置位，可以通過(guò)軟復位重載OTP寄存器。加熱器使能位用于當溫度過(guò)低或者濕度過(guò)高出現凝結現象時(shí)使用，功耗5.5mW，提升溫度0.5 – 1.5℃。

　　I²C通信時(shí)序

　　SHT21以標準I²C協(xié)議和主機進(jìn)行通信，所有SHT21出廠(chǎng)的7位地址均為1000’000b，I²C頭部bit 0為方向指示位，1為讀，0為寫(xiě)。SHT21傳感器有兩種測量模式，分別為主機等待模式(hold master mode)和主機查詢(xún)模式(no hold master mode)，不同模式可以應用在不同場(chǎng)合下。測量精度越高，測量完成所需要的時(shí)間越長(cháng)，根據手冊數據，最長(cháng)測量時(shí)間達88ms。

　　SHT21傳感器針對測量所得數據運算出對應的循環(huán)冗余校驗碼，并在傳送數據后默認傳送。其循環(huán)冗余校驗碼可以檢查出傳送過(guò)程中奇數錯誤、雙位錯誤，以及8位窗口內的任意長(cháng)度的串錯誤。對應的運算多項式為：
       
　　8位窗口應初始化為00000000’b。如果主機在接收數據結束后發(fā)送NACK應答，則傳感器不會(huì )發(fā)送校驗和數據。

　　(1)主機等待模式(hold master mode)

　　主機等待模式下SDA數據線(xiàn)時(shí)序如圖1所示，其中白色部分為主機發(fā)送數據，灰色部分為SHT21發(fā)送。在起始標志S之后依次傳送寫(xiě)地址頭部，主機等待模式測量命令(根據表，此為濕度測量命令)，在起始標志以及讀地址頭部后，釋放總線(xiàn)，等待傳感器傳送數據以及校驗和。主機需要完成接收每個(gè)字節數據后發(fā)送ACK應答，完成全部3個(gè)字節接收后發(fā)送NACK應答后再發(fā)送結束標志P以釋放I²C總線(xiàn)?！　?/p>