数字式温湿度模块 MHTRD11

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

2相对湿度

相对湿度测量性能参数表

3温度

温度测量性能参数表

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 One-Wire）

◎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4.7kΩ），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。

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：

校验位计算：0011 1010+0000 0101+0001 0111+0000 0110= 0101 1100，

计算的校验位数值为  和 收到的校验位的值  相等，则接收数据正确。

解析如下：

湿度值：0011 1010(整数)=3AH=58%RH0000 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（即位）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：

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（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：

微处理器（主机）发送起始信号示意图

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.

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”。

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

电容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*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

u 手动焊接，在 300℃的温度条件下接触时间须少于 3 秒。

u 波峰焊温度不高于260摄氏度，时间须少于 5 秒。

u 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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