HTU21D（F）传感器中文资料

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HTU21D（F）传感器

带温度输出的数字相对湿度传感器

DFN型封装

相对湿度和温度数字输出，I2C接口

完全校准

无铅传感器，可回流焊

低功耗

快速响应时间

描述

HTU21D（F），具有MEAS温度输出的新型数字湿度传感器即将在尺寸和智能方面设定新的标准：嵌入3 x 3 mm脚印和0.9 mm高度的回流焊双平面无引线（DFN）封装中，以数字I²C格式提供校准、线性化信号。

HTU21D（F）数字湿度传感器是OEM应用中需要可靠和准确测量的专用湿度和温度即插即用传感器。模块湿度和温度数字输出可与微控制器直接连接。HTU21D（F）数字湿度传感器功耗低，专为空间受限的高容量和成本敏感应用而设计。

每个传感器都经过单独校准和测试。批次标识打印在传感器上，电子标识码存储在芯片上，可通过命令读取。此外，HTU21D（F）数字湿度传感器的分辨率可通过命令改变（RH/T为8/12位至12/14位），可检测到电池电量不足，校验和可提高通信可靠性。

随着传感器的改进和小型化，性能价格比得到了提高——最终，任何设备都应受益于尖端节能操作模式。

可选的PTFE过滤器/薄膜（F）保护HTU21D数字湿度传感器，具有温度输出，防止灰尘、水浸没以及颗粒污染。PTFE过滤器/膜保持高响应时间。白色PTFE过滤器/膜直接粘在传感器壳体上。

特征

完全互换性，在标准条件下无需校准

长期处于饱和阶段后的瞬时去饱和

与自动化组装工艺兼容，包括无铅和回流工艺

符合严格可追溯性要求的单独标记

应用

汽车：除雾、暖通空调

家用电器

医疗设备

打印机

加湿器

命名规则

HTU2XY(F)

(F)带嵌入式PTFE过滤器

输出传感器

Y=D 数字I2C协议的

    =P用于PWM接口，模拟输出

    =S，用于SDM接口，可转换为模拟输出

性能规格

峰值条件：小于运行时间的10%

长时间暴露在绝对最大额定条件下可能会影响传感器的可靠性。

电气和一般项目(@T = 25°C, @Vdd = 3V)

（）(@T = 25°C, @Vdd = 3V)

（@T = 25°C, @Vdd = 3V）

相对湿度

1、建议使用典型值计算能耗，而最大值应用于计算通信中的等待时间

2、在1m/s的空气流量下

25°C时相对湿度误差预算条件

未完待续

串行时钟输入（SCK）

SCK用于同步微控制器和HTU21D（F）传感器之间的通信。由于接口由全静态逻辑组成，因此没有最小SCK频率

串行数据（数据）

数据引脚用于在设备中传输数据。为了向HTU21D（F）传感器发送命令，数据在SCK的上升沿有效，并且在SCK为高时必须保持稳定。在SCK的下降沿之后，可以改变数据值。为了安全通信，在SCK上升沿之前和下降沿之后，数据应分别为有效的tSU和tHD。对于从HTU21D（F）传感器读取数据，在SCK变低后，数据为有效tVD，并保持有效，直到SCK的下一个下降沿。仅对于集电极开路或漏极开路技术微控制器，需要SCK上的外部上拉电阻器（例如10k）将信号拉高。在大多数情况下，上拉电阻器内部包含在微控制器的I/O电路中。

未完待续

数字输入/输出焊盘的时序图

从HTU21D（F）传感器可以看到数据方向。粗体数据线由传感器控制。数据有效读取时间由前切换的下降沿触发

与HTU21D（F）传感器的通信协议

启动传感器

HTU21D（F）传感器需要1.5V和3.6V之间的电源。上电后，当SCK处于高电平时，设备最多需要15毫秒才能达到空闲状态（睡眠模式），即准备接受来自MCU的命令。在此时间之前不应发送任何命令。建议在启动时进行软复位，参见第11页

启动时序（P）(S（P）(S))

为了启动传输，必须发出起始位。它包括在SCK高时降低数据线，然后降低SCK

停止时序（P）

要停止传输，必须发出停止位。它包括数据线的加高，而SCK在SCK加高之前为高。

HTU21D（F）传感器命令和寄存器地址列表

有关示例源代码，请请求humidity.application@meas-spec.com

发出命令

发送开始条件后，后续I²C报头由7位I²C设备地址0x80和数据方向位（读：'1'，写：'0'）组成。HTU21D（F）传感器在第8个SCK时钟下降沿之后通过将数据引脚拉低（ACK位）来指示字节的正确接收。发出测量命令（0xE3表示温度，0xE5表示相对湿度）后，MCU必须等待测量完成。下表给出了基本命令：

保持/不保持主模式

有两种不同的操作模式与HTU21D（F）传感器通信：保持主模式和无保持主模式。

在第一种情况下，SCK线路在测量过程中被阻塞（由HTU21D（F）传感器控制），而在第二种情况下传感器处理测量过程中，SCK线保持开放以进行其他通信

无保持主模式允许在HTU21D（F）传感器测量时处理总线上的其他I²C通信任务。两种模式的通信顺序如下所示。在Hold Master模式下，HTU21D（F）在测量时下拉SCK线，以迫使Master进入等待状态。通过释放SCK线路，HTU21D（F）传感器指示内部处理已完成，并且可以继续传输。

在非保持主模式下，MCU必须轮询HTU21D（F）传感器内部处理的终止。这是通过发送启动条件，然后发送I²C报头（0x81），如下所示。如果内部处理完成，HTU21D（F）传感器确认MCU的轮询，MCU可以读取数据。如果测量处理未完成，HTU21D（F）传感器无应答ACK位，必须再次发出启动条件

（LSB，位43和44）用于发送状态信息。两个LSB的第1位表示测量类型（“0”：温度，“1”：湿度）。当前未分配位0

灰色块由HTU21D（F）传感器控制。对于保持主序列，比特45可以改变为NACK，然后是停止条件以省略校验和传输。

对于无保持主序列，如果在“读取”命令时测量未完成，传感器不会在第27位提供ACK（可能会有更多的迭代）。如果比特45被改变为NACK，接着是停止条件，则校验和传输被省略。

在这些示例中，HTU21D（F）传感器输出为SRH='0110'0011'0101'0000（0x6350）。为了计算物理值，状态位必须设置为“0”。参见第14页“信号输出转换”

测量的最大持续时间取决于测量类型和选择的分辨率。MCU的通信规划应选择最大值。有关测量时间规格，请参阅表p.3和p.4。

I²C通信允许重复启动条件，无需关闭具有停止条件的先前序列

软复位

该命令用于重新启动HTU21D（F）传感器，再次关闭和打开电源。收到该命令后，HTU21D（F）传感器系统根据默认设置重新初始化并开始运行，用户寄存器中的加热器位除外。软复位时间小于15毫秒

灰色块由HTU21D（F）传感器控制

用户寄存器

用户寄存器的内容如下表所示。保留位不得更改，且各保留位的默认值可能随时间而更改，而无需事先通知。因此，对于用户寄存器的任何写入，必须首先读取保留位的默认值。

当电池电量低于2.25V时，“电池电量耗尽”警报/状态激活

加热器用于功能诊断：温度升高时相对湿度下降。加热器耗电约5.5mW，温度升高约0.5-1.5°C

OTP重新加载是一项安全功能，在每次测量之前，将整个OTP设置加载到寄存器中，加热器位除外。默认情况下禁用此功能，不建议使用。请改用软重置，因为它包含OTP重新加载

该状态位在每次测量后更新

“电池结束”信号的截止值可能变化±0.1V

保留位不得更改

每次发出测量命令后，OTP重新加载活动负载默认设置

I²C通信读写用户寄存器示例

在本例中，分辨率从默认配置设置为8位/12位（对于RH/Temp）

灰色块由HTU21D（F）传感器控制

CRC校验和

HTU21D（F）传感器为错误检测提供CRC-8校验和。使用的多项式为X8+X5+X4+1

基本考虑

CRC代表循环冗余校验。它是最有效的错误检测方案之一，需要最少的资源。

HTU21D（F）传感器中实施的CRC可检测的错误类型为：

•数据传输中任何位置的任何奇数错误

•传输中任何地方的所有双位错误

•可包含在8位窗口中的任何错误簇（1-8位不正确）

•大多数较大的错误簇

CRC是一种错误检测代码，通常用于数字网络和存储设备，以检测原始数据的意外更改

进入这些系统的数据块根据其内容的多项式除法的余数获得附加的短校验值；检索时，重复计算，如果检查值不匹配，则可以针对假定的数据损坏采取纠正措施

之所以称为CRC，是因为校验（数据验证）值是冗余（它在不添加信息的情况下扩展消息），并且算法基于循环码。CRC很受欢迎，因为它们易于在二进制硬件中实现，易于数学分析，并且特别擅长检测传输信道中由噪声引起的常见错误。由于校验值具有固定长度，因此生成它的函数偶尔用作哈希函数

使用I²C协议的HTU21D（F）传感器的CRC

当HTU21D（F）传感器通过与标准I²C协议通信运行时，8位CRC可用于检测传输错误。CRC覆盖传感器传输的所有读取数据。下表列出了与I²C协议通信的HTU21D（F）传感器的CRC属性

CRC计算

要计算n位二进制CRC，将表示行中输入的位排成一行，并将表示CRC除数的（n+1）位模式（称为“多项式”）放置在行左端下方

这首先用对应于CRC的位长度n的零填充

如果最左侧除数位以上的输入位为0，则不执行任何操作。如果最左边的除数位上方的输入位为1，则除数被异或到输入中（换句话说，除数中每个1位以上的输入位被切换）。然后将除数向右移动一位，并重复该过程，直到除数到达输入行的右端

由于最左边的除数位对其接触的每个输入位置零，因此当该过程结束时，输入行中唯一可以非零的位是行右端的n位。这n位是除法步骤的剩余部分，也是CRC函数的值

通过再次执行上述计算，可以很容易地验证接收到的消息的有效性，这一次添加了校验值而不是零。如果没有可检测的错误，则余数应等于零

CRC示例

输入消息11011100（0xDC）将具有结果0111001（0x79）。

输入消息01101000111010（0x683A:24.7°C）的结果为01111100（0x7C）。

输入消息01001110 10000101（0x4E85:32.3%RH）将具有结果011011（0x6B）。

信号输出的转换

默认分辨率设置为12位相对湿度和14位温度读数。测量数据在两字节包中传输，即在8位长度的帧中传输，其中最高有效位（MSB）首先传输（左对齐）。每个字节后面跟着一个确认位。在计算物理值之前，必须将两个状态位（LSB的最后一位）设置为“0”。

为了适应/适应任何工艺变化（湿度管芯的标称电容值），必须考虑100%相对湿度以上和0%相对湿度以下的传感器公差。因此：

118%RH对应于0xFF，这是可以从ASIC发送的最大RH数字输出。相对湿度输出可达到118%相对湿度，高于此值时，相对湿度输出将钳位到该值

-6%RH对应于0x00，这是可以从ASIC发送的最小RH数字输出。相对湿度输出可达到-6%相对湿度，低于该值时，相对湿度输出将被箝位到该值

相对湿度转换

对于相对湿度信号输出SRH，通过以下公式获得相对湿度（结果为%RH），无论选择哪种分辨率

在第10页给出的示例中，传输的16位相对湿度数据为0x7C80:31872。相对湿度结果为54.8%RH

Temperature conversion

温度转换

通过将温度信号输出STemp插入以下公式（结果单位为°C）来计算温度T，无论选择哪种分辨率

应用：露点温度测量

露点是空气中的水蒸气饱和并开始凝结的温度

露点与相对湿度有关。高相对湿度表示露点更接近当前空气温度。100%的相对湿度表示露点等于当前温度（空气最大程度上被水饱和）。当露点保持恒定且温度升高时，相对湿度将降低

使用HTU21D（F）传感器的环境相对湿度和温度测量值计算空气露点温度，公式如下：

环境温度下的分压（PPTamb）公式

根据分压（PPTamb）得出的露点温度（Td）公式

PPtamb    环境温度下的部分压力（以毫米汞柱为单位，Tamb）

RHamb    根据HTU21D（F）传感器计算的环境湿度（相对湿度%）

Tamb    根据HTU21D（F）传感器计算的湿度传感器温度，单位为°C

Td    计算露点，单位为°C

A，B，C    常数：A=8.1332；B=1762.39；C=235.66

未完待续

Autom汽车未完待续：除雾、暖通空调otive: defogging, HVAC