产品手册
产品规格书
产品规格书
产品名称： | 数字式温度湿度传感器 |
产品型号： | MHTRD11 |
制定人： | 贺根文 |
审核人： | 袁超 |
时间： | 2023-04- 17 |
修改记录表：
版本 | 更改内容 | 更改人 | 更改日期 |
V1.0 | 新建 | 贺根文 | 2020-4-24 |
一、产品概述
数字式温度、湿度传感器是指能将温度量、湿度量同时采集并且转换成数字电信号的设备或装置。
MHTRD11 数字式温度、湿度传感器简称为温湿度传感器。是一款含有已校准数字信号输出的温、湿度复合传 感器，本产品具有较高的可靠性与卓越的长期稳定性。
以下内容如无特殊说明，文中的“温湿度传感器”即本“MHTRD11” 产品。
二、产品特点
成本合理、长期稳定、具备相对湿度和温度测量、超快响应、抗干扰能力强、超长的信号传输距离、单总线式 数字信号输出、精确校准，优良的品质。
三、产品外观
图 1 产品尺寸图 (单位：mm )
引脚编号 | 名称 | 功能 | 连接方式 |
1 | VDD | 3.3~5.5V DC | 电源正极 |
2 | DATA | one-wi re 串行数据 | 单数据总线 |
3 | NC | 无 | 空引脚 |
4 | GND | 信号地 | 电源负极 |
引脚说明表
四、应用范围
用于暖通空调、除湿器、农业、冷链仓储、测试及检测设备、消费品、 自动控制、数据记录器、气象站、家用 电器、湿度调节器、医疗、车辆船舶交通工具等其他相关需要检测和控制温度、湿度的领域。
五、产品参数
1 电气特性
电气特性参数表
参数 | 条件 | min | Type | max | 单 位 |
供电电压 | 3.3 | 5.0 | 5.5 | V | |
供电电流 | 0.06(待机) | - | 1.0(测量) | mA | |
采样周期 | 测量 | >2 | S/次 |
2 相对湿度
相对湿度测量性能参数表
参数 | 条件 | min | type | max | 单 位 |
量程范围 | 20 | 95 | %RH | ||
精度[1] | 25℃ | ±3 | %RH | ||
重复性 | ±1 | %RH | |||
互换性 | 完全互换 | ||||
响应时间[2] | 1/e(60%) | <10 | S | ||
迟滞 | ±0.5 | %RH | |||
漂移[3] | 典型值 | <±0.5 | %RH/年 | ||
3 温度
温度测量性能参数表
参数 | 条件 | min | type | max | 单 位 |
量程范围 | -20 | 60 | ℃ | ||
精度[1] | 25℃ | ±1 | ℃ | ||
重复性 | ±0.5 | ℃ | |||
互换性 | 完全互换 | ||||
响应时间[2] | 1/e(60%) | <10 | S | ||
迟滞 | ±0.3 | ℃ | |||
漂移[3] | 典型值 | <±0.5 | ℃/年 | ||
注[1]此精度为出厂时检验时，传感器在 25℃和 5V，条件下测试的精度指标，其不包括迟滞和非线性，且只适合非冷凝环境。 注[2]在 25℃和 1m/s 气流的条件下，达到一阶响应 60%所需要的时间。
注[3]在挥发性有机混合物中数值可能会高一些。见说明书的应用储存信息。
六、典型应用
温湿度传感器典型应用电路图
微处理器与温湿度传感器的连接和典型应用电路如上图所示，传感器的 DATA 引脚经过信号线连接后，在经过 上拉电阻后与微处理器的 I/O 端口相连。
电路设计和应用中，以下事项需注意：
1 、信号线缆推荐使用屏蔽线，以获得理想的信号质量和合适的传输距离。
2 、建议：连接信号线缆长度在短于 5 米时用 4.7KΩ的上拉电阻，线长大于 5m 时根据实际情况降低此电阻的阻值。
3 、使用 3.3V 电压供电时信号连接线尽量短，信号连接线过长会导致传感器供电不足，引起测量偏差或失败。
4、每次读出的温湿度数值是上一次测量的结果。欲获取实时数据, 需连续读取 2 次，但不建议连续更多次读取传感 器。每次读取传感器间隔大于 2 秒即可获得准确的数据。
5 、电源部分如有波动，会影响到温度测量值。如使用开关电源纹波过大，温度会出现跳动，此时应做好滤波措施。
七、串行通信数据格式说明 (单线双向 O n e -W ire )
◎单总线说明
单总线温湿度传感器器件采用简化后的单总线通信方式。单总线即只有一根数据线。系统中的数据交换、控制 均由单总线完成。设备 (主机或从机) 通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能 够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个上拉电阻 (常用 4.7k Ω ) ，这样，当总线闲置时， 其状态为高电平。由于单总线系统是主从结构 (主子机结构) ，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访 问器件均必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，作为从机的传感器器件将不响应主机的呼叫。
◎单总线传送数据位定义
DATA 线用于主机与温湿度传感器之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先出。 数据格式:
8bit 湿度整数位数据 + 8bit 湿度小数位数据 + 8bit 温度整数位数据 + 8bit 温度小数位数据 + 8bit 校验位。
◎校验位数据定义
“8bit 湿度整数数据 + 8bit 湿度小数数据 + 8bit 温度整数数据 + 8bit 温度小数数据” ，位长为 8bit 。 校验位等于所得结果的末 8 位。
名 称 | 单总线数据格式定义 |
起始信号 | 微处理器把数据总线 (SDA) 拉低一段时间至少 18ms (最大不得超过 30ms) ，通知传感器准备数据。 |
响应信号 | 传感器把数据总线 (SDA) 拉低 83µs，再接高 87µs 以响应主机的起始信号。 |
数据格式 | 收到主机起始信号后，传感器一次性从数据总线 (SDA) 串行输出 40 位数据，高位先出。 |
湿 度 | 湿度高位为湿度整数部分数据，湿度低位为湿度小数部分数据。 |
温 度 | 温度高位为温度整数部分数据，温度低位为温度小数部分数据， 定义温度低位 bit8 为 1 时表示负温度，温度低位 bit8 为 0 时表示正温度。 |
校验位 | 校验位＝湿度高位+湿度低位+温度高位+温度低位。 |
单总线传送数据信号规范格式表
示例一：接收到的 40 位数据如下：
0011 1010 | 0000 0101 | 0001 0111 | 0000 0110 | 0101 1100 |
湿度 高 8 位(整数) | 湿度 低 8 位(小数) | 温度 高 8 位(整数) | 温度 低 8 位(小数) | 校验位 |
校验位计算：0011 1010+0000 0101+0001 0111+0000 0110= 0101 1100，
计算的校验位数值为 0101 0001 和 收到的校验位的值 0101 0001 相等，则接收数据正确。 解析如下：
湿度值：0011 1010(整数)=3AH=58% RH 0000 0101(小数)=05H=0.5% RH
=>湿度值为：58%RH + 0.5% RH = 58.5%RH
温度值：0001 0111(整数)=17H=23℃ 0000 0110(小数)=06H=0.6℃
=>温度值为 23℃ + 0.6℃ = 23.6℃
◎特殊说明：
当温度低于 0 ℃ 时温度数据的低 8 位的第一位(即最高位)置为 1。示例： - 12.3 ℃ 表示为 0000 1100 1000 0011
温度值：0000 1100(整数)=0CH=12℃ ，1000 0011(小数)=03H＝0.3℃ ，1 代表温度为零下
=>温度值为-(12℃+0.3℃)＝ - 12.3℃
示例二：接收到的 40 位数据如下：
0011 1010 | 0000 0101 | 0001 0111 | 0000 0110 | 0101 1101 |
湿度 高 8 位(整数) | 湿度 低 8 位(小数) | 温度 高 8 位(整数) | 温度 低 8 位(小数) | 校验位 |
校验位计算：0011 1010+0000 0101+0001 0111+0000 0110＝ 0101 1100
因为计算的校验位数值为 0101 1100 和 收到的校验位的值 0101 1101 不相等，本次接收的数据不正确， 数据将被丢弃，需重新发送和接收数据。
◎数据时序图
用户主机 (微处理器 MCU) 发送一次开始信号后，从机/子机 (温湿度传感器 Sensor) 从低功耗模式转换到高 速模式，待主机开始信号结束后，传感器发送响应信号，送出 40bit 的数据，并触发一次信号采集。信号发送时序 如图所示。
数据时序图 注：主机从传感器读取的温湿度数据总是前一次的测量值，如两次测间隔时间很长，请连续读两次数据，并抛弃第 一次数据，以第二次获得的测量值为实时温湿度值。
◎外设读取步骤
主机和从机之间的通信可通过如下几个步骤完成【微处理器 MCU (如外设) 读取传感器 Sensor 的数据的步骤】。 步骤一: 温湿度传感器上电后(温湿度传感器上电后要等待 1 秒以越过不稳定状态，在此期间不能发送任何指令)， 测试环境温、湿度数据，并记录数据在传感器内。同时，温湿度传感器的 DATA 数据线由上拉电阻拉高一直保持高 电平，此时温湿度传感器的 DATA 引脚处于输入状态，时刻检测外部信号，等待主机的呼叫。
步骤二: 微处理器 (主机) 的 I/O 设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms (最大不得超过 30ms) ，然后微处理器的 I/O 设置为输入状态。由于上拉电阻拉高电平，微处理器的 I/O 即 温湿度传感器的 DATA 数据线也随之变高，等待温湿度传感器作出回答信号，发送信号如图所示：
步骤三:
温湿度传感器 (从机/子机) 的 DATA 引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平状态结束，经过拉 高等待延迟时序后，温湿度传感器的 DATA 引脚处于输出状态，输出 83 微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出 87 微秒的高电平通知外设准备接收数据。同时，微处理器的 I/O 处于输入状态，检测到 I/O 有低电平 (温湿度传 感器的 83 微秒回应信号) 后，等待 87 微秒的高电平后的数据接收，发送信号如图所示：
传感器 (从机/子机) 响应信号示意图
步骤四:
由温湿度传感器的 DATA 引脚输出 40 位数据，微处理器根据 I/O 电平的变化接收 40 位数据， 位数据“0”的格式为： 54 微秒的低电平和 23-27 微秒的高电平，
位数据“1”的格式为： 54 微秒的低电平加 68-74 微秒的高电平。
位数据“0” 、“1”信息的信号格式如图所示：
结束信号：
温湿度传感器的 DATA 引脚输出 40 位数据后，继续输出低电平 54 微秒后转为输入状态，由于上拉电阻上拉， DATA 线随之变为持续高电平，释放总线。
此时温湿度传感器内部重测环境温湿度数据，并记录存储数据，等待外部信号的到来。
注：为保证传感器的准确通讯，用户在读取信号时，请严格按照下表和数据时序图中的参数和时序进行设计.
符号 | 参数 | min | type | max | 单位 |
Tbe | 主机起始信号拉低时间 | 18 | 20 | 30 | ms |
Tgo | 主机释放总线时间 | 10 | 13 | 35 | S |
Trel | 响应低电平时间 | 78 | 83 | 88 | S |
Treh | 响应高电平时间 | 80 | 87 | 92 | S |
TLOW | 信号“0”、“1”低电平时间 | 50 | 54 | 58 | S |
T H0 | 信号“0”高电平时间 | 23 | 24 | 27 | S |
T H1 | 信号“1”高电平时间 | 68 | 71 | 74 | S |
en | 传感器释放总线时间 | 52 | 54 | 56 | S |
八、应用信息
1 、工作与贮存条件
超出建议的工作范围可能导致高达 3%RH 的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态 恢复。要加速恢复进程可参阅下一节“恢复处理”。
环 境 | 温度 (℃) | 湿度 (RH) |
工作环境 | -20~60 | 5%~95% |
存储环境 | -20~60 (建议 10~30) | 5%~95% (建议 40~70%) |
在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。
避免将元件长期放在结露和过于干燥的环境中以及以下环境。
A 、盐雾 ； B 、酸性或氧化气体，例如二氧化硫，盐酸；
2 、恢复处理
置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。
处理程序：在 45℃ 和 <10%RH 的湿度条件下保持 2 小时 (恒温烘干) ；随后在 20~30℃和 >70%RH 的湿 度条件下保持 5 小时以上。
3 、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。 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传感器远离发热的电子元件，并安装在热源 下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，传感器引脚尽量减少金属连接，传感器的焊盘与印刷电路板其它 部分的铜、锡、金等金属镀层接触面积应尽可能最小或距离尽可能大，并在两者之间留出一道缝隙。
4 、光线影响
长时间暴露在太阳光照射下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。
5 、暴露在化学物质中的影响
电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度 下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。上文所述的恢复处理可以加速实现这一过程。
高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏，从而使得传感器失效。
6 、配线注意事项
信号线材的质量会影响通讯距离和通讯信号质量，推荐使用高质量屏蔽线。
7 、注意事项
令 手动焊接，在最高 300℃的温度条件下接触时间须少于 3 秒。
令 波峰焊温度不高于 260 摄氏度，时间须少于 5 秒。
令 禁止用酒精、洗板水或其他液体对器件本体清洗、或泡入液体内。
九、关键通告
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