易用且可靠，綜合性能優(yōu)秀的溫濕度傳感器 —— 瑞薩US082-HS3001EVZ 測(cè)評(píng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的傳感器設(shè)備進(jìn)入我們生活、生產(chǎn)中。溫濕度傳感器也是其中使用較為廣泛且備受關(guān)注的器件。

器件介紹

HS3001是瑞薩電子推出的一款高精度、完全校準(zhǔn)的溫濕度傳感器。精度高、快速的測(cè)量響應(yīng)時(shí)間和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以及小封裝尺寸，使HS3001成為從便攜式到惡劣環(huán)境的各種應(yīng)用的理想選擇。

集成校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償邏輯通過標(biāo)準(zhǔn) I2C 輸出提供完全校正的濕度和溫度值 。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部校正和補(bǔ)償，可在很寬的溫度和濕度水平范圍內(nèi)準(zhǔn)確運(yùn)行——無需用戶校準(zhǔn)。

US082-HS3001EVZ是瑞薩電子特意為HS3001傳感器推出的一款評(píng)估板。本次測(cè)評(píng)也是針對(duì)該評(píng)估板進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步驗(yàn)證HS3001的使用便捷程度和性能。

特性

• 濕度測(cè)量范圍：0% - 100% RH
• 濕度測(cè)量精度：典型±5%（HS3001，10%-90% RH, 25℃）
• 14位分辨率：典型001% RH
• 獨(dú)立可編程的分辨率：8、10、12、14位
• 快速的RH響應(yīng)時(shí)間：典型1秒（1m/s 空氣流速），典型4秒（靜態(tài)空氣）
• 溫度測(cè)量精度：典型±2℃（HS3001，-10℃-+80℃）
• 低功耗：每秒進(jìn)行1次濕度和溫度測(cè)量的情況下，平均1uA（8位分辨率，8V供電），平均24.4uA（14位分辨率，3.3V供電）
• 卓越的抗老化穩(wěn)定性
• 具有極強(qiáng)的抗惡劣環(huán)境特性和機(jī)械沖擊保護(hù)

評(píng)估板介紹

首先我們來對(duì)US082-HS3001EVZ評(píng)估板進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

這是評(píng)估板的電路原理圖。

模塊對(duì)外連接使用Pmod? Type 6A接口，一個(gè)輸入，一個(gè)輸出，方便與評(píng)估板之間的串接。HS3001使用I2C接口通訊，電源輸入和內(nèi)部電源輸出對(duì)地掛接去耦電容。電路板上I2C接口連線上有兩個(gè)可以通過跳線選擇的上拉電阻。

這是評(píng)估板的電路板正面：

電路板右側(cè)可以連接MCU控制板，左側(cè)可以連接附加的Pmod接口的傳感器電路板。中間部分是HS3001溫濕度傳感器芯片，還有兩個(gè)用來連接上拉電阻的跳線。

評(píng)估板背面絲印了評(píng)估板型號(hào)及跳線功能等信息。

HS3001使用I2C接口進(jìn)行通訊，可通過數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的指令與芯片通信。

模塊上電后默認(rèn)處于睡眠狀態(tài)，需要使用I2C寫指令觸發(fā)，等待轉(zhuǎn)換后可以使用讀指令讀取濕度、溫度數(shù)據(jù)。等待時(shí)間長(zhǎng)短由使用溫濕度的分辨率位數(shù)而定。

讀取的溫濕度數(shù)據(jù)已經(jīng)是芯片內(nèi)部經(jīng)過校正和補(bǔ)償結(jié)束的數(shù)據(jù)，不需要用戶另外進(jìn)行處理。

可以通過公式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型的溫濕度。

芯片還自帶非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)溫度、濕度數(shù)據(jù)分辨率進(jìn)行設(shè)置。需要在芯片上電后10ms內(nèi)使用I2C寫入指令進(jìn)入編程模式，同樣可以使用指令退出編程模式。

編程模式下可以讀取芯片ID，修改溫度、濕度數(shù)據(jù)分辨率，需要注意的是溫度、濕度數(shù)據(jù)分辨率存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，改寫分辨率前，要將存儲(chǔ)器內(nèi)其他數(shù)據(jù)一起讀出，并只改寫對(duì)應(yīng)分辨率的數(shù)據(jù)位，不然造成測(cè)量結(jié)果的偏差。

HS3001無論是工作功耗還是待機(jī)功耗都非常低，不進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候默認(rèn)處于睡眠模式，3.3V供電情況下，全溫度范圍-40-+125℃待機(jī)電流小于1uA。

溫濕度使用14位分辨率，3.3V供電下，1s進(jìn)行1次測(cè)量，平均電流24.4uA。

所以HS3001特別適合電池供電的應(yīng)用。

測(cè)試

測(cè)試使用到的設(shè)備：

邏輯分析儀、功耗測(cè)試儀、瑞薩MCU開發(fā)板套件、MCU主控測(cè)試板

US082-HS3001EVZ屬于瑞薩的快速連接評(píng)估板，可以很方便的和瑞薩的開發(fā)板套件進(jìn)行連接。e2studio編譯軟件自帶的FSP靈活配置軟件包中包含了HS3001的底層程序，用戶可以通過簡(jiǎn)單配置使用HS3001溫濕度傳感器。參照官方給出的示例程序就可以做出簡(jiǎn)單的應(yīng)用。

當(dāng)然也可以通過數(shù)據(jù)手冊(cè)中的I2C指令對(duì)HS3001進(jìn)行操作。

使用杜邦線連接MCU控制板和US082-HS3001EVZ模塊，使用功耗測(cè)試儀測(cè)量模塊電流。

可以看到上電后，模塊的待機(jī)功耗約為0.43uA，觸發(fā)開啟溫濕度測(cè)量后，可以看到模塊1s一次的測(cè)量平均電流約為23.42uA。

使用自己做的上位機(jī)程序可以更加直觀得看到溫濕度數(shù)據(jù)，溫濕度數(shù)據(jù)都非常穩(wěn)定。使用手去觸摸評(píng)估板，可以看到溫濕度的響應(yīng)非常迅速。

使用邏輯分析儀分別連接評(píng)估板的GND、VCC、SDA、SCL，然后將控制板連接電腦并開啟溫濕度測(cè)量。

使用邏輯分析儀抓取測(cè)量過程中主控與評(píng)估板之間I2C通訊的數(shù)據(jù)，可以更加直觀的看到整個(gè)通訊過程。首先主控給HS3001發(fā)送測(cè)量觸發(fā)指令，等待一定時(shí)間后可以獲取有效的溫濕度數(shù)據(jù)。

小結(jié)

通過對(duì)US082-HS3001EVZ評(píng)估板的測(cè)試我們可以看到，溫濕度傳感器使用十分簡(jiǎn)單，僅通過簡(jiǎn)單的I2C指令就可獲取內(nèi)部校正和補(bǔ)償后可靠的溫濕度數(shù)據(jù)。

整個(gè)芯片的功耗也非常低，特別適合對(duì)功耗要求高的應(yīng)用。

還有高精度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，不得不說，瑞薩的HS3001芯片是一顆在各個(gè)方面都非常優(yōu)秀的溫濕度傳感器。