土壤型温湿度传感器说明书详细.docx

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土壤型温湿度传感器说明书详细

土壤型温湿度传感器

说明书

_相对湿度和温度测量

_兼有露点

_全部校准，数字输出，

_卓越的长期稳定性

_防水封装，可用于土壤测量

_超低能耗

产品概述

数字温湿度传感器系列中土壤型专用传感器，它把传感元件和信号处理集成起来，输出全标定的数字信号。

产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。

每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，在标定的过程中使用。

传感器在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。

微小的体积极低的功耗，使SS2005成为各类应用的首选。

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土壤专用传感器提供4脚引线封装，且传感器与引线之间采用接插件形式，易于更换与替换。

接口说明：

标识

引线

Name

Comment

黄色

SCK

时钟信号

红色

VDD

电源

黑色或绿色

GND

地

兰色

DATA

数据输出

技术参数：

参数

值

供电电压

2.4-5.5V

测温范围

-40+123.8℃

测温精度

±0.5℃

测湿范围

0-100%RH

测湿精度

±4.5%RH

功耗

80μW（12位测量，1次/s>；

传感器外形尺寸：

SHT系列传感器性能说明

图225℃时传感器的最大相对湿度误差图3最大温度误差p1EanqFDPw

电气特性：

参数条件

min

typ

max

单位

参数条件

供电电压

2.4

3.3

5.5

供电电压

功耗5

休眠

μW

休眠

测量

平均

150

μW

平均

150

通讯

数字两线接口，参见通讯

存储

10-50℃<0-125℃峰值），20-60%RH

1默认测量分辨率为温度14位，湿度12位。

通过状态寄存器可分别降至12位和8位

2在出厂质量检验时，每支传感器都在25℃<77℉）和3.3V条件下测试并且完全符合精度指标。

该精度值不包括滞后与非线性。

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3在25℃和1m/s气流的条件下，达到一阶响应63%所需要的时间。

4在挥发性有机混合物中数值可能会高一些。

见说明书1.3。

5在VDD=5.5V和25℃的条件下，每秒进行一次12位精度测量的平均值。

6响应时间取决于传感器表面的热容和热阻。

使用指南

1.应用信息

1.1工作条件

传感器在建议的工作条件下性能正常，请参阅图4。

超出建议的工作范围可能导致信号暂时性漂移<60小时后漂移+3%RH）。

当恢复到正常工作条件后，传感器会缓慢自恢复到校正状态。

可参阅1.4小节的“恢复处理”以加速恢复进程。

在非正常条件下的长时间，会加速产品的老化。

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图4工作条件

1.2插座与焊接

为了确保传感器的高精度，不允许直接焊接传感器。

必须使用配套插座，如“Preci-dip/Mill-Max851-93-004-20-001"或类似产品。

使用标准的波峰焊炉，在最高235℃的温度条件下不超过20秒。

手动焊接，在最高350℃7的温度条件下接触时间须少于5秒。

焊接后，将传感器在>75%RH的环境下存放至少12小时，以保证聚合物的重新水合。

不论在哪种情况下，无论是手动焊接还是回流焊结，在焊接后都不允许冲洗电路板。

如果将传感器应用于腐蚀性气体中，插针与PCB都需要被封装起来以避免接触不良或短路。

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1.3贮存条件与操作说明

湿度传感器不是普通的电子元器件，需要仔细防护，这一点用户必须重视。

长期暴露在高浓度的化学蒸汽中将会致使传感器的读数产生漂移。

因此建议将传感器存放于原包装包括封装的ESD包内，并且符合以下条件：

温度范围10℃-50℃<在有限时间内0-80℃）；湿度为20-60%RH<没有ESD封装的传感器）。

若传感器没有原包装，则需要存放在PE-HD8材质的ESD袋中。

在生产和运输过程中，要保证传感器远离高浓度的化学溶剂。

要避免使用挥发性胶水、粘性胶带、不干胶贴纸，或具有挥发性的包装材料，如发泡塑料袋、泡沫塑料等。

生产场合需要保持通风。

详细信息请参考“操作说明”或联系我们。

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1.4恢复处理

暴露在极端工作条件或化学蒸汽中的传感器，可通过如下处理，使其恢复到校准状态。

烘干：

在100-105℃（100-105℃对应于212-221℉，20-30℃对应于68-86℉>和<5%RH的湿度条件下保持10小时；重新水合：

在20-30℃和>75%RH的湿度条件下保持12小时（75%RH的湿度场可以很便利的由NaCl饱和盐溶液制得>。

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1.5温度影响

气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。

因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。

在做测试时，应保证两个传感器在同样的温度下，然后比较湿度的读数。

SS2005的封装设计减少了从插针到传感器的热传递。

如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将SS2005远离发热电子元件，以减小热传递。

而且，如果测量频率过高则会导致自动加热效应，详细信息请参考3.3节。

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1.6光线

SS2005对光线不敏感。

但长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使外壳老化。

1.7用于密封和安装的材质

许多材质吸收湿气并将充当缓冲器的角色，这会加大响应时间和迟滞。

因此传感器周边的材质应谨慎选用。

推荐使用的材料有：

所有的金属,LCP,POM（Delrin>,PTFE（Teflon>,PE,PEEK，PP,PB,PPS,PSU,PVDF,Zzz6ZB2Ltk

PVF。

用于密封和粘合的材质<保守推荐）：

推荐使用充满环氧树脂的方法进行电子元件的封装，或是硅树脂。

这些材料释放的气体也有可能污染SS2005（见1.3>。

加工后应将传感器置于通风良好处，或在50℃的环境中干燥24小时，以使其在封装前将污染气体释放。

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1.8配线注意事项与信号传输的完整性

使SCK和DATA信号线相互平行以及使它们相互靠近且距离超过10cm<如使用导线时），有可能导致信号串扰和通讯失败。

解决方法是在两个信号线之间配置VDD和/或GND线，SCK和DATA可使用屏蔽线。

此外，降低SCK频率将有可能提高信号传输的完整性。

详情可参阅应用说明“ESD、latch-up和EMC”。

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1.9ESD（静电释放）

ESD静电释放符合MILSTD883Emethod3015标准<人体模式±2KV）。

电路闭锁测试依据JEDEC78A标准，满足强制电流在±100mA，环境温度Tamb=80℃条件下不闭锁。

详情可参阅应用说明“ESD、latch-up、EMC”。

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态逻辑，因而不存在最小SCK频

率。

2.1电源引脚

SS20系列传感器的供电电压为2.4-5.5V,建议供电电压为3.3V。

SS20系列传感器的串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理；传感器不能按照I2C协议编址，但是，如果I2C总线上没有挂接别的元件，传感器可以连接到I2C总线上，但单片机必须按照传感器的协议工作。

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2.2串行时钟输入

SCK用于微处理器与SS20系列传感器之间的通讯同步。

由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。

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2.3串行数据

DATA三态门用于数据的读取。

DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。

数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。

为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。

需要一个外部的上拉电阻<例如：

10kΩ）将信号提拉至高电平<参见图2）。

上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。

详细的I/O特性，参见表2。

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2.4电气特性

电气特性，如能耗，低、高电平，输入、输出电压等，都取决于电源。

表2详细解释了SS2005的电气特性，若没有标明，则表示供电电压为5V。

若想与传感器获得最佳通讯效果，请设计时严格遵照表3与图6的条件。

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图6时序图，参数详见表3

*TR_max+TF_max=（FSCK>-1–TSCKH–TSCKL

**TR0isdeterminedbytheRP*Cbustime-constantatDATAlineM2ub6vSTnP

***TV_maxandTSU_maxdependonexternalpull-upresistor0YujCfmUCw

（RP>andtotalbuslinecapacitance（Cbus>atDATAlineeUts8ZQVRd

****TH0_max

表3SS20系列传感器I/O信号特性

10为保证传感器的最高精度，建议供电电压为3.3V。

11最小值基于每秒进行一次8位精度的测量，不加载OTP。

典型值基于每秒进行一次12位精度的测量。

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3.传感器通讯

3.1启动传感器

首先，选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于1V/ms。

通电后传感器需要11ms进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。

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3.2发送命令

用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。

它包括：

当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平TIrRGchYzg

图7“启动传输”时序

后续命令包含三个地址位<目前只支持“000”），和五个命令位。

SS20系列传感器会以下述方式表示已正确地接收到指令：

在第8个SCK时钟的下降沿之后，将DATA下拉为低电平

在第9个SCK时钟的下降沿之后，释放DATA<恢复高电平）。

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表4命令集

3.3测量时序

发布一组测量命令<‘00000101’表示相对湿度RH，‘00000011’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。

这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit测量。

确切的时间随内部晶振速度，最多可能有-30%的变化。

SS20系列传感器通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。

控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。

检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。

接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验。

uC需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。

所有的数据从MSB开始，右值有效<例如：

对于12bit数据，从第5个SCK时钟起算作MSB；lzq7IGf02E

而对于8bit数据，首字节则无意义）。

用CRC数据的确认位，表明通讯结束。

如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量值LSB后，通过保持确认位ack高电平，来中止通讯。

在测量和通讯结束后，SS20系列传感器自动转入休眠模式。

警告：

为保证自身温升低于0.1℃，SS20系列传感器的激活时间不要超过10%<例如，对应12bit精度测量，每秒最多进行1次测量）。

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3.4通讯复位时序

如果与SS20系列传感器通讯中断，下列信号时序可复位串口：

当DATA保持高电平时，触发SCK时钟9次或更多，参阅图8。

在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。

这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。

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图8通讯复位时序

3.5CRC-8校验

数字信号的整个传输过程由8bit校验来确保。

任何错误数据将被检测到并清除。

用户可选择是否做CRC校验。

详情可参阅应用说明“CRC-8校验”。

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3.6状态寄存器

SS20系列传感器的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率，电量不足提醒或启动加热功能等。

下面的章节概括介绍了这些功能。

详情可参阅应用说明“状态寄存器”。

在读状态寄存器或写状态寄存器之后，8位状态寄存器的内容将被读出或写入，参阅表4。

通讯请阅图9和图10-状态寄存器位请阅表5。

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图9状态寄存器写

图10状态寄存器读

完整的通讯循环请参阅图11，图12

图11

图11测量时序

3.5CRC-8校验

数字信号的整个传输过程由8bit校验来确保。

任何错误数据将被检测到并清除。

用户可选择是否做CRC校验。

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图12相对湿度测量时序示例，数值“0000’1001‘0011’0001”=2353=75.79%RH<未包含温度补偿）。

DATA有效时间已标出，可参见DATA线。

传感器控制加粗的DATA线，单片机控制单线的DATA线。

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表5状态寄存器位

测量分辨率：

默认的测量分辨率分别为14bit<温度）、12bit<湿度），也可分别降至12bit和8bit。

通常在高速或超低功耗的应用中采用该功能。

电量不足：

“电量不足”功能可监测到Vdd电压低于2.47V的状态。

精度为±0.05V。

加热原件：

芯片上集成了一个可通断的加热元件。

接通后，在环境温度基础上可将DHTxx的温度提高大约5-10℃。

功耗约增加8mA@5V供电。

例如，加热元件可用于功能性分析：

比较加热前后的温度和湿度值，温度上升的同时，湿度将会降低，露点不变。

注意:

加热SHT9x后，读出的温度值并不是环境温度值，而是传感器在加热之后元件本身的温度值。

所以，传感器不适合在启动加热元件的情况下连续使用。

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12对应9-18℉

4.输出转换为物理量

4.1相对湿度

为了补偿湿度传感器的非线性以获取准确数据，请参阅

图13，建议使用如下公式修正读数：

RHlinear=c1+c2·SORH+c3·SORH2（%RH>

表6优化V4版湿度转换系数

表6中的系数优化了V4版传感器的满量程精度。

在早期版本中的系数Cx*，优化了V3版的传感器，同样适用于V4传感器，请参阅表7。

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表7V3版湿度转换系数，同样适用于V4

简化的修正算法，可参阅应用说明“相对湿度与温度的非线性补偿”。

对高于99%的那些测量值则表示空气已经完全饱和，必须被处理成显示值均为100%RH13。

请注意湿度传感器对电压基本上没有依赖性。

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图13从SORH转化到相对湿度

4.2相对湿度对于温度依赖性的补偿

由于实际温度与测试参考温度25℃（~77℉>的显著不同，湿度信号需要温度补偿。

温度校正粗略对应于0.12%RH/℃@50%RH，温度补偿系数请参阅表8。

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RHtrue=（T°C-25>•（t1+t2•SORH>+RHlinear

表8温度补偿系数14

4.3温度

由能隙材料PTAT（正比于绝对温度>研发的温度传感器具有极好的线性。

可用如下公式将数字输出转换为温度值，温度转换系数请阅表9：

ORjBnOwcEd

12TT=d+d•SO

表9温度转换系数15

4.4露点

SS20系列传感器不能直接测量露点，但可由温度和湿度值计算得出露点。

由于湿度与温度经由同一块芯片测量，SS20系列传感器系列产品可以同时实现高质量的露点测量。

可以使用多种公式进行露点Td计算，但大多数都很复杂。

对于温度范围为-40-50℃，如下的近似计算可得出高精度的露点值，系数请参阅表10：

2MiJTy0dTT

表10露点计算参数

关于露点计算的详细资料，请参看“露点计算”。

5.环境稳定性

若传感器可以在装配或设备中应用，那么应用环境需要和测试传感器相一致。

在装置中传感器的响应时间会变长，所以在测量时要预留出足够的时间。

具体信息请参考应用说明“认证指南”。

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应用领域:

数据采集器变送器自动化过程控制汽车行业楼宇控制&暖通空调电力计量测试医药业

使用注意事项：

感器的应用环境要求

如果一些大分子与传感器内部的湿敏元件接触，很难再挥发到空气中，会阻塞空气中水分子的渗入，导致传感器反应不灵敏，测量湿度偏高。

因此，在使用过程中，传感器要远离塑料、硅胶、香水等大分子材料和物质。

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意上拉电阻的连接。

因为有很多客户由于不加上拉电阻或者阻值选用不当，给应用带来麻烦，提醒客户注意。

通常情况，我们建议在数据线DATA上加10K-20K的上拉电阻。

具体情况由用户根据自己的单片机类型进行实际调整。

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意SCK的频率选择。

我们建议SCK的频率范围为4-6MHz,最高频率不得超过10MHz.。

如果用户选用晶振频率较高，要在软件上加一些延时和空操作指令，以调整时序。

SCK的最低频率没有限制。

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4．注意单片机的I/O设置。

注意选用不同单片机编程时对SCK、DATA的I/O方向设置与转

换。

5．注意避免冷凝现象的发生。

SHT系列温湿度传感器在结露和浸水情况下，其本身的性能和

质量不会受到任何损坏，但是，由于水滴对敏感元件的影响，会导致传感器测量数据不准确，

此时读出的数据不具有实际意义。

如果传感器工作在95%RH以上高湿环境，要避免发生冷

凝现象。

方法：

通过软件驱动传感器内部的加热器，打破冷凝条件。

数据读取正常后，即可

关掉加热器。

6．程序调试过程中有效排查方法：

在程序仿真运行过程中，用示波器监测DATA，SCK两路

信号的输出波形，与SHTXX的技术手册中的传输时序波形比对，看是否符合传感器的时序

要求，对软件进行相应调整。

7．按引脚说明图连接电路。

区分使用引脚和非使用引脚，并注意VCC,GND,DATA,SCK四个引脚的具体位置。

SCK>，SCK用于微处理器与SS20系列传感器之间的通讯同步。

由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频asfpsfpi4k

率。

温湿度传感器SHT系列功耗的正确测量方法

<以下方法由总部测试工程师：

梁书成提供）

正确的功耗测量方法是传感器在正确的工作状态下的测量，我们传感器的正确接法如下：

在这个基础上我们的功耗测试的连接应该如下：

但这只是硬件的基本连接，这并不能代表我们的传感器就已经在正确的工作状态了。

根据下图我们知道，传感器只有在sck保持低电平，data保持高电平，传感器才会进入正确的工作

状态<在无读取时进入休眠状态），测量到的功耗才是正确的。

我们知道，传感器只有在sck保持低电平，data保持高电平，传感器才会进入正确的工作

状态<在无读取时进入休眠状态），测量到的功耗才是正确的。