温湿度传感器模块HTU21D产品简介与应用

1．温湿度传感器模块HTU21D产品简介

基于法国Humirel公司高性能的湿度感应元件制成，新一代HTU21D温度和湿度传感器在尺寸与智能方面建立了新的标准：它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚DFN 封装， 底面3x3mm，高度1．1mm。传感器输出经过标定的数字信号，标准 I2C格式。多样化的输出方式，宽的工作电压范围，同时具有很高的温度精度和湿度精度。HTU21系列模块专为低功耗小体积应用设计，具有良好的品质、快的响应速度、抗干扰能力强、性价比高等优点，微小的体积（3x3mm）、极低的功耗

数字输出温湿度传感器模块HTU21D传感器重要参数

供电电压：1．5V—3．6V

湿度测量范围：0—100％RH

温度测量范围： －40℃—125℃

最大消耗功率： 2．7uW

通信方式：

I2C

湿度精度范围（10％RH to 95％RH）： ±2％RH

湿度迟滞：±1％RH

测量时间：50ms

年漂移量：－0．5％RH／year

响应时间：5 s

HTU21D温度和湿度传感器为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测量数据。通过一个微控制器的接口和模块连接达到温度和湿度数字输出。HTU21D 的分辨率可以通过输入命令进行改变（8／12bit 乃至12／14bit 的RH／T），传感器可以检测到电池低电量状态，并且输出校验和，有助于提高通信的可靠性。

2．规格参数

25摄氏度，3．3V供电时的电气特性如下：

印刷板设计注意：

如果SCL 和SDA 信号线相互平行并且非常接近，有可能导致信号串扰和通讯失败。解决方法是在两个信号线之间放置VDD 或GND，将信号线隔开，或使用屏蔽电缆。此外，降低SCL 频率也可能提高信号传输的完整性。须在电源引脚（VDD， GND）之间加一个100nF 的去藕电容，用于滤波。此电容应尽量靠近传感器。

引脚定义：

本实验采用的为成品HTU21D模块，直接与 STM32 开发板连接即可。

引脚 说明

电源引脚 （VDD， GND） HTU21 的供电范围为 1．8VDC － 3．6VDC，推荐电压为 3．0V。电源（VDD）和接地（VSS）之间须连接一个0．1uF的去耦电容，且电容的位置应尽可能靠近传感器。

串行时钟输入（SCK） SCK 用于微处理器与 HTU21 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小 SCK 频率。

串行数据 （DATA） DATA 引脚为三态结构，用于读取传感器数据。当向传感器发送命令时， DATA 在 SCK 上升沿有效且在 SCK 高电平时必须保持稳定。 DATA 在 SCK 下降沿之后改变。当从传感器读取数据时， DATA 在 SCK 变低以后有效，且维持到下一个 SCK 的下降沿。为避免信号冲突，微处理器应驱动 DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如： 10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的 I／O 电路中。

3．通讯过程

Htu21d遵循标准的 IIC 进行通信，关于 IIC 的介绍请看—＞IIC专题（一）——基础知识准备。本文设计也多参考此篇文章–＞STM32F10x＿模拟I2C读写EEPROM。

3．1 IIC启动信号

启动传输，发送一位数据时，包括 DATA 线在 SCK 线高电平期间一个向低电平的跳变。

3．2 IIC停止信号

终止传输，停止发送数据时，包括 DATA 线在 SCK 线高电平期间一个向高电平的跳变。

3．2 IIC数据传输

SCL时钟电平为低， 可以改换SDA数据线的电平，在SCL上升沿的过程将SDA数据发送出去。SCL为高电平时，SDA上的数据保持稳定。

I2C 是以字节（8位）的方式进行传输，总线上每传输完1字节之后会有一个应答信号，应答信号总是由接收方来产生。通信过程的时钟由主器件（主机）提供。

IIC 写一字节：

数据发送结束，进行应答操作。

0：表示从机应答，可以继续下一步操作；

1：表示从机非应答，不能进行下一步操作。

IIC读一字节：

IIC读取操作类似于发送，只是传输数据方向相反。

3．3 IIC应答信号处理

等待应答：

产生应答：

产生非应答：

4．HTU21D数据测量

测量命令如下表：

本文采用非保持主机：

／／非主机模式

＃define HTU＿TEMP    0xf3

＃define HTU＿HUMI    0Xf5

在非主机模式下， MCU 需要对传感器状态进行查询。此过程通过发送一个启动传输时序，之后紧接着是如图所示的I2C 首字节（1000’0001）来完成。如果内部处理工作完成，单片机查询到传感器发出的确认信号后，相关数据就可以通过MCU 进行读取。如果测量处理工作没有完成，传感器无确认位（ACK）输出，此时必须重新发送启动传输时序。

传感器初始化：

传感器数据读取与转换：

传感器内部设置的默认分辨率为相对湿度12位和温度14 位。 SDA 的输出数据被转换成两个字节的数据包，高字节MSB 在前（左对齐）。每个字节后面都跟随一个应答位。两个状态位，即LSB 的后两位在进行物理计算前须置‘0’。

转换计算如下图：

源代码实现：

显示方式：

本实验通过串口打印和 TFTLCD 显示，串口打印有助于程序的调试。

对于测量出来float的数值如何直接显示到LCD上，代码中简要的介绍了两种方式：

LCD显示方式1：sprintf函数将结果打印到test数组里，转换成字符串显示（LCD＿ShowString）。

LCD显示方式2：将得到的数值拆分成整数和小数直接显示在液晶（LCD＿ShowxNum）。

液晶显示直接参考正点原子的驱动。