基于4～20mA输出的温湿度传感器设计

任勇峰，朱泽珲，贾兴中

（中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原 030051）

现代工业和自动化领域中，温度和湿度的测量与采集都是非常重要的。温湿度信号的测量结果都需要转换成模拟量信号才能传输到几百米外的测试设备或者采集设备上，与传送电压调制信号的方式相比，4～20 mA 电流环具有很强的抗干扰能力[1]，并且信号的传输距离长，且不需考虑噪声干扰、线长、压降和线路阻抗等影响[2]，极大地提高了电路的传输性能。该设计采用C8051F410 单片机驱动控制SHT15 芯片测量温湿度，并通过搭建V/I 转换电路实现高精度的4～20 mA 电流输出，完成测量。

1 电路组成

温湿度传感器硬件电路由SHT15 接口电路、C8051F410 单片机外围控制电路、V/I 转换电路组成，如图1 所示。C8051F410 单片机控制SHT15 测量温湿度并将温湿度信号的数字量通过IDAC 功能转换成微小电流量[3]，通过接地电阻转换成理想的电压值，再通过V/I 转换电路输出4～20 mA 的电流信号。

图1 电路组成

2 电路设计

2.1 SHT15接口电路设计

SHT15 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[4]。它包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙性测温元件[5]，并与一个14 位的A/D 转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝链接。因此，这款芯片具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点[6]。

SHT15 与C8051F410 单片机的接口电路如图2所示，SHT15 和单片机之间的通信采用串行二线接口DATA 和SCK 实现[6]，其中DATA 为数据线，SCK 为时钟线，分别与单片机的P0.2、P0.3 的I/O 口连接。DATA 数据传输为三态门，为保证信号传输和数据读取稳定，DATA 和SCK 均需要接入一个外部上拉电阻（一般为10 kΩ电阻）。……