导言
新一代Sensirion温湿度传感器SHT2x，选用适于回流焊的双列扁平无引脚DFN无铅封装，底面3 mm×3mm，高度1.1 mm，具有超小型的体积，特别合适移动丈量设备。传感器输出经过标定的数字信号，是规范的I2C总线格局。SHT2x配有一个全新规划的4C代CMOSens芯片、一个经过改善的电容式湿度传感元件和一个规范的能隙温度传感元件，内置放大器、A/D转化器、OTP内存和数字处理单元，能一起检测温度和湿度。SHT2x的功能和可靠性，特别是在高湿环境下的稳定性，相关于前一代传感器SHT1x和SHT7x有很大提高，而数据传输操作更为简略。每一个传感器都经过校准和测验，在芯片内存储了电子辨认码，能够经过输入指令读出这些辨认码。此外，SHT2x的分辨率能够经过输入指令进行改动，传感器能够检测到电池低电量状况，有极低功耗的节能形式，具有优异的长时刻稳定性。SHT2x系列中最高精度的SHT25的相对湿度丈量精度到达1.8％，温度丈量精度为0.2。
1接口和通讯协议
1.1芯片引脚、信号和时序阐明
SHT2x运用了6引脚封装中的4个引脚，别离是电源VDD、地VSS、双向串行时钟SCL和双向串行数据SDA。SHT2x供电规模为2.1～3.6 V，引荐电压为3.0 V。SCK用于微处理器与SHT1x之间的通讯同步。
SDA引脚用于传感器的数据输入和输出。当向传感器发送指令时，SDA在串行时钟SCL的上升沿有用，且当SCL为高电平时，SDA有必要坚持稳定。在SCL下降沿之后，SDA值可被改动。为确保通讯安全，SDA的有用时刻在SCL上升沿之前和下降沿之后应该别离延伸至tSU和tHD，数字输入/输出端时序如图1所示。当从传感器读取数据时，SDA在SCL变低今后有用tVD时长，且坚持到下一个SCL的下降沿。图1中的缩略语在表1中解说。图1中DATA OUT SDA由传感器操控，DATA IN SDA由MCU操控。SDA有用读取时刻由前一个转化的下降沿触发。
1.2通讯协议
SHT2x选用规范的I2C总线协议进行通讯，一切传感器都被设置为相同的7位I2C总线地址1000 000. 1.2.1传感器的发动与中止时序上电后，传感器需求15 ms时刻以到达闲暇状况，即预备接纳由主机（MCU）发送的指令，此刻SCL为高电平。每个传输序列都以发动传输状况（S）作为开端，并以中止传输状况（P）作为完毕。图2是发动传输状况的时序图。
当SCL为高电平时，SDA由高电平转化为低电平。开端状况是由主机操控的一种特别的总线状况，指示从机传输开端，发动之后，总线处于占线状况。图3是中止传输状况的时序图。
当SCL高电平时，SDA由低电平转化为高电平。中止状况是由主机操控的一种特别的总线状况，指示从机传输完毕，中止之后，总线处于搁置状况。
1.2.2发送指令和接纳数据
在发动传输后，随后传输的首字节包含7位的I2C总线设备地址和一个SDA方向位，读为“1”，写为“0”。在第8个SCL时钟下降沿之后，经过拉低SDA引脚（ACK位），指示传感器数据接纳正常。在宣布丈量指令之后主机有必要等候丈量完结。根本的指令在表2中进行阐明，有两种不同的方法可选——主机形式或非主机形式。
MCU与传感器之间的通讯有两种不同的作业形式：主机形式和非主机形式。在主机形式下，在丈量的过程中，SCL线被封锁（由传感器进行操控）；在非主机形式下，当传感器在履行丈量使命时，SCL线依然坚持敞开状况，可进行其他通讯。非主机形式答应传感器进行丈量时在总线上处理其他I2C总线通讯使命。本文只触及主机形式，其时序如图4所示。
在主机形式下丈量时，SHT2x将SCL拉低，强制主机进入等候状况。经过开释SCL线，表明传感器内部处理作业完毕，然后能够持续数据传送。
图4中灰色部分由SHT2x操控。假如要省掉校验和（CRC）传输，可将第45位改为NACK，之后接一个传输中止时序。
因为丈量的最大分辨率为14位，第2个字节SDA上的后两位LSB，即第43和44位用来传输相关的状况信息，第43位表明丈量的类型，“0”表明丈量温度，“1”表明丈量湿度，第0位当时没有运用。
在图4中，传感器输出为0110 0011 0101 0010.在进行物理换算时，后两位状况位应置0.所需最长丈量时刻取决于丈量类型和分辨率，最高分辨率14位的丈量时刻最大值为85ms，丈量时刻的最大值由MCU操控。
2信号转化传感器
内部设置的默许分辨率是最高分辨率，即相对湿度12位、温度14位。SDA的输出数据被转化成两个字节的数据包，高字节MSB在前，低字节LSB在后，左对齐。每个字节后边都跟从两个状况位和一个应对位。两个状况位，即LSB的后两位在进行物理核算前须置0.这样在图4的示例中，所传输的16位相对湿度数据为SRH=0110 0011 0101 0000=25 424. 2.1相对湿度转化公式相对湿度RH能够依据SDA输出的相对湿度信号SRH经过下面的公式核算，单位以％RH表明。
RH=-6+125.（SRH/216）
关于图4的比如，相对湿度的核算结果为42.5％RH.RH物理值对应于世界气象组织（WMO）所规则的根据液态水的相对湿度。
2.2温度转化公式
温度T能够经过SDA温度输出信号ST代入到下面的公式核算得到，单位以℃表明。
T=-46.85+175.72.（ST/216）
相对湿度和温度转化公式对一切分辨率都适用。
用温度和湿度能够核算露点，相关公式见参考文献。
3硬件规划
电路规划中，PCB布局、布线，拼装工艺对器材的精度影响很大，为确保器材和体系的精度，硬件规划需考虑多方要素。图5是某个多点无线数据收集运用中与SHT2x相关部分的电路图。MCU选用STC11L16XE，STC11系列MCU的仅有ID号在辨认多个传感器节点时很便利，其掉电自唤醒功能以极低的功耗延伸电池寿数，I/O引脚形式可控的强推挽输出能够用作SHT2x的可控电源。别的，STC11系列的低电压中止可用于电池电压监测，超大的EEPROM能够用于数据存储。
电路中包含了上拉电阻R1、R2和VDD与GND之间的去耦电容。布局时，电容的方位应尽量挨近传感器。
将P3.5引脚设置为强推挽，输出电流可达20 mA，而SHT2x的最大作业电流为330μA.I/O口高电平电压约为3 V，这是SHT2x的引荐作业电压。用MCU的一个引脚供给可控电源，能够将SHT2x的静态电流减小到0. SHT2x是一种混合信号IC，需求低噪声供电。经过MCU的引脚供电，易受MCU电源的数字噪声的影响。因而，要在MCU的供电引脚加一个RC滤波器，图5中的R1和C1构成了一个RC滤波器。
在布线时，假如SCL和SDA信号线彼此平行而且十分挨近，有或许导致信号串扰和通讯失利。解决方法是在两个信号线之间放置GND，将信号线离隔。
能够运用规范的回流焊炉对SHT2x进行焊接。回流焊接后，需将传感器在》75％RH的环境下寄存至少12小时，以确保聚合物的从头水合，否则将导致传感器读数的漂移。也能够将传感器放置在自然环境（》40％RH）下5天以上，使其从头水合。
无论是手动焊接仍是回流焊接，在焊接后都不答应冲刷电路板。主张运用“免洗”型焊锡膏。
假如将传感器运用于腐蚀性气体中或有冷凝水发生（如高湿环境），引脚焊盘与PCB都需求密封以防止接触不良或短路。
假如传感器与易发热的电子元件在同一个印刷线路板上，在规划电路时应采纳办法，尽或许将热传递的影响减小到最小。SHT2x与印刷电路板其他部分的铜镀层应尽或许最小，或在两者之间开一道缝隙。
4软件规划
在软件中需操控丈量频率，当丈量频率过高时，传感器的本身温度会升高，然后影响丈量精度。假如要确保它的本身温升低于0.1℃，SHT2x的激活时刻不该超越丈量时刻的10％。例如在12位丈量时，每s丈量次数最多不超越2次。
编译器运用Keil C51，根据STC11系列MCU的收集SHT2x的首要程序和注释略。
结语
SHT2x湿温度传感器比其上一代产品SHT1x有更高的精度，体积更小，丈量规模更宽，MCU对其操控和操作愈加便利。
本文介绍的运用体系在掉电休眠时实测电流为15μA.选用LQFP-44封装的STC11系列MCU作为操控器与SHT2x组成的温湿度收集体系具有体积小、功耗低、多点ID辨认的长处，加上无线数据传输单元能够构成很合适电池供电的小型无线温湿度数据收集节点。
