發布日期：2022-10-09 點擊率：96
總結——調試STM32F103ZET6及外圍傳感器_電路圖設計問題+SHT10溫濕度傳感器
1.電路圖設計問題
（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，造成數據讀不出。
（2）2016-11-02：電路圖中的USB轉USART模塊中CH340G芯片的2腳為TXD，應該接STM32F103ZET6的US1_RX，3腳為RXD，應該接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，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，調整觸發值為3.3V以下，然后觸發方式為單次，點擊RUN后便停在有波形的位置。
（6）學習到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），傳感器內部有一個精度高達14為位的A/D轉換器，適應串行接口電路實現無縫連接。該產品具有品質卓越、響應速度速度快，抗干擾能力強、性價比高等優點。
? ?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，應于去耦濾波用。它的2腳DATA為數據引腳，3腳SCK為時鐘控制引腳，沒有發現這兩個引腳很像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”時序來完成數據傳輸的初始化。它包括：當SCK時鐘高電平時DATA翻轉為低電平，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翻轉位高電平。時序如下：
? ?
? ?2.2、復位時序
如果與SHT1x 通訊中斷，可通過下列信號時序復位：當DATA 保持高電平時，觸發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（恢復高電平）。命令集如下：
?
? ?2.4、溫濕度測量
發布一組測量命令（‘’表示相對濕度RH，‘’表示溫度T）后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應8/12/14bit 測量。確切的時間隨內部晶振速度，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，表示測量的結束。控制器在再次觸發SCK 時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。檢測數據可以先被存儲，這樣控制器可以繼續執行其它任務在需要時再讀出數據。
在收到CRC 的確認位之后，表明通訊結束。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 自動轉入休眠模式。
? 2.5、狀態寄存器
SHT1x 的某些高級功能可以通過給狀態寄存器發送指令來實現，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。狀態寄存器度、寫如下：
狀態寄存器寫
狀態寄存器讀
狀態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用。
電量不足檢測功能：在電壓不足 2.47V 發出警告。精度為±0.05 V。
加熱：可通過向狀態寄存器內寫入命令啟動傳感器內部加熱器.。加熱器可以使傳感器的溫度高于周圍環境 5 – 10°C12 。功耗大約為 8mA @ 5V 。
OPT加載：開啟此功能，標定數據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：發送”啟動傳輸“時序，初始化傳感器——>發送命令——>等待傳感器應答，及測量結束——>接收傳感器的16位數據值——>接收8為的CRC校驗數據——>休眠，等待下一次傳輸開始。
傳輸的過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,LSB =低有效字節, 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：我們接收到的數據數值為”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、信號轉化
? ? 2.7.1 溫度的轉化
設T 2 1 SOt為從傳感器上讀出來的測量數值，我們需要用下面的公式將測量數值轉換成整整的溫度值。
T = d1 + d2 * SOt(其中d1，d2的值根據實際情況選擇，選項如下)
? ?2.7.2 濕度的轉換?
濕度的轉換公式如下：
。其中濕度的轉化參數如下選擇：根據采樣的精度不同而不同。
99%以上的濕度已經接近飽和必須經過處理顯示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化如下圖所示：
相對濕度根據上面的參數與公式算出來之后，還需要考慮當前環境溫度而進行適當的補償。補償的公式及其參數選擇如下：
? ? 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℃
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、自動控制配套設計的。其電路包括方波發生器、取樣及濕度補償電路、電壓跟隨器等部分。
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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，做土壤墑情監測及農業灌溉和林業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、自動化、寬量程、少標定等優點。
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計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。
2.結構設計合理，不繡鋼探針保證使用壽命。
3.外部以環氧樹脂純膠體封裝，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.響應速度快，數據傳輸效率高。
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測根部土壤的水分，該傳感器經檢測電路將“濕度過高”和“濕度過低”信號經編碼器傳至主控制器，由主控制器決定控制狀態。“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，可以實時監測系統運行狀況或對歷史數據進行分析。
土壤濕度傳感器設計方案（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電阻，電阻右邊為一個芯片。
電路圖：
結果實物圖：
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（圖中藍色數字電位器調節）
4.工作電壓3.3V-5V
5.模塊雙輸出模式，數字量輸出簡單，模擬量輸出更精確。
6.設有固定螺栓孔，方便安裝
7.小板PCB尺寸：3cm*1.6cm
8.電源指示燈（紅色）和數字開關量輸出指示燈（綠色）
9.比較器采用LM393芯片，工作穩定
10.VCC外接3.3V-5V
11.GND外接GND
12.DO小板數字量輸出接口（0和1）
13.AO小板模擬量輸出接口
土壤濕度傳感器設計方案（二）
采用數字式溫濕度傳感器可以制作一溫濕度實時顯示系統，如圖所示。采用AT89S52單片機作為該系統的控制單元，傳感器采用DHT90，此傳感器僅需要一條數據線進行數據傳輸，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的數據，經過軟件線性擬合，最終送列LCD上顯示溫濕度數據。
土壤濕度傳感器設計方案（三）
振蕩電路
振蕩電路的作用是將電容的變化量轉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折區，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偏置電壓，從而使G2的靜態工作點也處于電壓傳輸特性轉折區上。反饋環路中電容使電路在兩個暫穩態之間往復振蕩。
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。通過這個電路使濕度信號變為電容值，最后變為頻率信號輸出。
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，經過調制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內的門電路U2A、U2B、U2C、U2D并聯使用，可以擴大CMOS門電路輸出低電平時吸收負載電流的能力。
線性輸出信號調理
電路濕度的脈沖信號再經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，再經過一個同向比例放大器把信號放大，最終把信號調理為0～3V的輸出。
濕度變送器的設計
采用了美國BB公司生產的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。調整3和4引腳間的電阻RG和RG1的值，可以改變XTR105芯片的內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。與RCM并聯的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的內部消耗嚴格分開。由于外接三極管位于反饋回路中，其參數不能在臨界點。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的電流轉換為電壓，供后級處理。選擇負載阻抗RL，應使得輸出在4～20mA范圍內變化時，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。也可以由下式確定最大的RL：
所以取RL=250ω。
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電容型濕度傳感器應用電路
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，介電常數發生明顯變化的高分子電介質，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境，元件也不能耐80qc以上的高溫。電容型濕度傳感器的應用電路圖所示。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．主要產生觸發IC2的脈沖，IC2和電容型濕敏元件及外圍元件組成可調寬的脈沖發生器，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，調寬脈沖從IC2的⑨腳輸出，經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
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