溫濕度傳感器SHT21在安全儲糧監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：在儲糧監(jiān)測系統(tǒng)中，不僅需要對糧堆內(nèi)部情況進(jìn)行實時監(jiān)測，也需要對糧倉的儲糧環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)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(shù)字式溫濕度傳感器SHT21各方面特點以及應(yīng)用方法和軟硬件實現(xiàn)，將小體積數(shù)字式一體化溫濕度傳感器SHT21應(yīng)用在儲糧監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠節(jié)省空間、提升測量精度、加強(qiáng)系統(tǒng)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(yīng)用于農(nóng)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(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器，數(shù)字式傳感器在測量精度、線性度和一致性等方面有著良好的表現(xiàn)，同時數(shù)字式傳感器易于復(fù)用和替換，無需重復(fù)校準(zhǔn)。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(jié)合，其應(yīng)用在一定程度上方便了嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境溫濕度測量。

　　將SHT21溫濕度傳感器用于儲糧監(jiān)測系統(tǒng)中，用于監(jiān)測糧倉儲糧環(huán)境的溫濕度，無需分別部署傳感器，節(jié)省空間;SHT21傳感器維護(hù)簡單，無需校準(zhǔn)，易于復(fù)用替換，其測量范圍及精度適用于儲糧監(jiān)測系統(tǒng)。

　　傳感器特點

　　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(zhǔn)的數(shù)字信號，完全符合I²C協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);重新設(shè)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(zhǔn)和測試，有可讀取的識別ID;通過設(shè)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(shè)置;通過CRC循環(huán)冗余校驗碼保證數(shù)據(jù)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明如表2所示。其中OTP重載位并不推薦置位，可以通過軟復(fù)位重載OTP寄存器。加熱器使能位用于當(dāng)溫度過低或者濕度過高出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象時使用，功耗5.5mW，提升溫度0.5 – 1.5℃。

　　I²C通信時序

　　SHT21以標(biāo)準(zhǔn)I²C協(xié)議和主機(jī)進(jìn)行通信，所有SHT21出廠的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。SHT21傳感器有兩種測量模式，分別為主機(jī)等待模式(hold master mode)和主機(jī)查詢模式(no hold master mode)，不同模式可以應(yīng)用在不同場合下。測量精度越高，測量完成所需要的時間越長，根據(jù)手冊數(shù)據(jù)，最長測量時間達(dá)88ms。

　　SHT21傳感器針對測量所得數(shù)據(jù)運算出對應(yīng)的循環(huán)冗余校驗碼，并在傳送數(shù)據(jù)后默認(rèn)傳送。其循環(huán)冗余校驗碼可以檢查出傳送過程中奇數(shù)錯誤、雙位錯誤，以及8位窗口內(nèi)的任意長度的串錯誤。對應(yīng)的運算多項式為：
       
　　8位窗口應(yīng)初始化為00000000’b。如果主機(jī)在接收數(shù)據(jù)結(jié)束后發(fā)送NACK應(yīng)答，則傳感器不會發(fā)送校驗和數(shù)據(jù)。

　　(1)主機(jī)等待模式(hold master mode)

　　主機(jī)等待模式下SDA數(shù)據(jù)線時序如圖1所示，其中白色部分為主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，灰色部分為SHT21發(fā)送。在起始標(biāo)志S之后依次傳送寫地址頭部，主機(jī)等待模式測量命令(根據(jù)表，此為濕度測量命令)，在起始標(biāo)志以及讀地址頭部后，釋放總線，等待傳感器傳送數(shù)據(jù)以及校驗和。主機(jī)需要完成接收每個字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)送ACK應(yīng)答，完成全部3個字節(jié)接收后發(fā)送NACK應(yīng)答后再發(fā)送結(jié)束標(biāo)志P以釋放I²C總線。