环境温、湿度及光照三合一传感器设计

作者：时间：2011-07-14来源：网络收藏

摘要设计了基于I2C总线接口的全校准数字式相对湿度、温度传感器和环境光三合一传感器。其具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路，提供I2C数字接口以及8～12位温度感测、湿度感测和22位超宽光动态范围的特点。传感器IC设计工作在3．3 V供电，满负荷工作时仅消耗20μA电流，休眠电流为0．3μA。针对传感器的性能特点、接口时序与命令进行了阐述，给出了与单片机的接口电路及相应程序。实时监测表明，其具有精度高、成本低、体积小、接口简单的优点。
关键词数字电路；温湿度；光传感器；I2C总线

在对环境温度、湿度和光照度进行测量时，大多使用热敏电阻、湿敏电容和光敏器件来分别测量温度、湿度和光照度。这种测量方法一般要设计相应的信号调理电路，还要经过复杂的标定过程，测量精度难以保证。当对两个以上的参数进行监测时，每一个测量点都必须使用独立传感器和独立的信号调理电路，这不仅使得测量系统的成本和体积大幅提高，也在一定程度上增加了系统设计的复杂性。本设计采用SHT11温湿度传感器芯片和一款集成了ADC的环境光传感器MAX9635，实现温、湿度及光照 三合一传感器设计。

1 三合一传感器简介
该传感器集环境温、湿度和光照度传感器于一体，使测量系统的成本和体积大为降低，减少了系统设计的复杂性。
1．1 温湿度测量
环境温度、湿度测量采用SHT11数字温湿度传感器芯片。其主要特点有：(1)高度集成。(2)提供二线数字串行接口，接口简单。(3)测量精度可编程调节。(4)测量精确度高，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算。(5)测量和通信结束后，自动转入低功耗模式。(6)高可靠性，自校准。
SHT11将温度、湿度感测、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，该芯片分别将湿度和温度转换成电信号，经14位A／D转换后；由二线串行数字接口输出数字信号。在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。
由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其他类型湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性。传感器可直接通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接，从而减少了接口电路的硬件成本，简化了接口方式。
1．2 光照度测量
环境光传感器采用集成了光电二极管和ADC，且提供I2C数字接口的光传感器MAX9635。传感器IC具有超低电流损耗(典型值为0．65μA)和极宽的光动态范围为0．045～188 000 lx。片内自动量程调整机制无需用户干涉增益范围的设置。