温湿度传感器SHT21在安全储粮监测系统中的应用

　　摘要：在储粮监测系统中，不仅需要对粮堆内部情况进行实时监测，也需要对粮仓的储粮环境进行监测。监测粮仓储粮环境的温湿度，能够更好地把握储粮环境的整体情况。文章介绍了Sensirion公司数字式温湿度传感器SHT21各方面特点以及应用方法和软硬件实现，将小体积数字式一体化温湿度传感器SHT21应用在储粮监测系统中，能够节省空间、提升测量精度、加强系统可靠性。

　　概述

　　温湿度传感器是环境测量与控制的重要器件，广泛应用于农业生产、仓储管理、科学研究以及日常生活等领域。相比传统的模拟式温湿度传感器，数字式传感器在测量精度、线性度和一致性等方面有着良好的表现，同时数字式传感器易于复用和替换，无需重复校准。SHT21是瑞士Sensirion公司基于CMOSens芯片技术推出的一系列温湿度一体化传感器之一，将CMOS芯片技术与传感器技术相结合，其应用在一定程度上方便了嵌入式系统的环境温湿度测量。

　　将SHT21温湿度传感器用于储粮监测系统中，用于监测粮仓储粮环境的温湿度，无需分别部署传感器，节省空间;SHT21传感器维护简单，无需校准，易于复用替换，其测量范围及精度适用于储粮监测系统。

　　传感器特点

　　SHT21是一款由Sensirion公司生产的新型温湿度传感器，其主要特性如下：DNF封装，小体积，适用于回流焊;输出经校准的数字信号，完全符合I²C协议标准;重新设计的温湿度传感器，性能优于前代产品;每片SHT21单独进行校准和测试，有可读取的识别ID;通过设置寄存器对测量精度、电源状态和传感器加热功能进行设置;通过CRC循环冗余校验码保证数据正确传输。

　　传感器控制命令

　　SHT21传感器基本命令如表1所示。

　　传感器配置寄存器各位说明如表2所示。其中OTP重载位并不推荐置位，可以通过软复位重载OTP寄存器。加热器使能位用于当温度过低或者湿度过高出现凝结现象时使用，功耗5.5mW，提升温度0.5 – 1.5℃。

　　I²C通信时序

　　SHT21以标准I²C协议和主机进行通信，所有SHT21出厂的7位地址均为1000’000b，I²C头部bit 0为方向指示位，1为读，0为写。SHT21传感器有两种测量模式，分别为主机等待模式(hold master mode)和主机查询模式(no hold master mode)，不同模式可以应用在不同场合下。测量精度越高，测量完成所需要的时间越长，根据手册数据，最长测量时间达88ms。

　　SHT21传感器针对测量所得数据运算出对应的循环冗余校验码，并在传送数据后默认传送。其循环冗余校验码可以检查出传送过程中奇数错误、双位错误，以及8位窗口内的任意长度的串错误。对应的运算多项式为：
       
　　8位窗口应初始化为00000000’b。如果主机在接收数据结束后发送NACK应答，则传感器不会发送校验和数据。

　　(1)主机等待模式(hold master mode)

　　主机等待模式下SDA数据线时序如图1所示，其中白色部分为主机发送数据，灰色部分为SHT21发送。在起始标志S之后依次传送写地址头部，主机等待模式测量命令(根据表，此为湿度测量命令)，在起始标志以及读地址头部后，释放总线，等待传感器传送数据以及校验和。主机需要完成接收每个字节数据后发送ACK应答，完成全部3个字节接收后发送NACK应答后再发送结束标志P以释放I²C总线。