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Summary研制了基于HDC3022传感器的温湿度检测电路,改电路具有低功耗、体积小、耐寒、精度高等优点,系统中使用MSP430处理器作为主控芯片,并采用多个稳压芯片进行电压转换和稳压,通信协议采用I2C。由于该传感器具有耐低温、防尘防水等特性,能够适用于冷链运输的温湿度检测功能,研究成果具有一定的设计参考价值和市场潜力。
Keys:传感器,PCB设计,温湿度检测,低功耗
引言
随着我国经济的快速发展,人们对于新鲜食材和物品保鲜的需求度越来越高。因此,冷链技术也得到了迅速发展。低功耗、耐寒、检测精度高的传感器成为了温湿度检测电路的首选。系统中使用TI公司的HDC3022传感器,设计了温湿度检测电路,具有低功耗、体积小、耐寒、精度高等优点,设计的温湿度检测电路可以用于冷链环节中,包括冷链运输车和冷库等环境,适用于长时间的高精度环境温湿度监测功能,具有一定的商业价值。
1HDC3022传感器特性研究
系统中使用的温湿度传感器型号为HDC3022。该传感器是一款基于集成电容的温湿度传感器,能够在低温下正常工作,且功耗较低。,对工作电源的兼容性较好,。传感器内部的温度传感器模块和湿度传感器模块在量产阶段均经过100%测试和修正,可通过NIST进行追溯,且使用经ISO/IEC17025标准校准的设备进行了验证。传感器HDC3022经过漂移校正,漂移校正功能可减少RH传感器因老化、暴露于极端工作条件和污染物环境所产生的偏移,使器件恢复到精度规格内。在电池供电的物联网应用中,自动测量模式和警报功能可通过更大程度减少MCU睡眠时间来降低系统功耗。有四种不同I2C地址支持高达1MHz的速度。系统中选用的HDC3022传感器具有IP67滤膜,可以起到高质量防尘防水的作用。同时,该传感器内部具有集成的加热器,通过加热元件可以消散冷凝和湿气,适用于冷链运输环境。
该传感器的功能框图如图1所示,其内部的相对湿度传感器模块和温度传感器模块经过ADC转换为数字信号后,通过校正功能电路的线性校正,经I2C
通讯总线进行通信。图中SCL和SDA引脚为时钟和数据通讯引脚,VDD和GND引脚为传感器的电源引脚,-DC5V,。ADDR和ADDR1引脚用于连接外部设备,属于I2C设备的地址引脚,RESET引脚为复位引脚,低电平时启动。ALERT引脚用于连接外部高阻负载,属于推挽输出结构的输出引脚,不用时应该保持悬空状态。
图1HDC3022传感器功能框图
2传感器电路设计
系统中使用USB接口提供的5V电压进行供电,通过LDO芯片进行降压,。主控芯片为MSP430的低功耗版本,型号为MSP430F5528IRGCR,,,系统中使用低压差稳压芯片TLV70033DCKR进行供电。与传感器通过I2C协议进行通信,HDC3022传感器支持4个I2C地址,分别是0x44,0x45,0x46和0x47,系统中使用了0x44地址作为固定地址。在冷链运输系统中,可以使用多个传感器组成温湿度检测链,对目标环境中的温湿度进行检测。HDC3020传感器的电路原理图如图2所示,期中SCL和SDA引脚芯片TCA9517DGKR连接,该芯片为具有断电高阻抗的2位电平转换中继器,用于I2C系统,可以在混合模
式中提供低电压和高电压的电平转换功能,系统中将传感器和主控芯片的SCL、SDA引脚连接在一起,保证传感器的正常通信。
图2传感器HDC3022电路原理图
结论
本文研制了基于HDC3022传感器的温湿度检测系统,包括传感器、主控芯片、电源供电电路和通信电路等。由于选用的HDC3022传感器具有低功耗、耐寒、防尘防水等功能,较为适合使用在冷链环境中,例如冷链运输车或冷库中,进行长时间的温湿度监测。同时,由于其具有多地址线的特性,可以使用多个传感器组成传感器网络,对目标区域进行多点检测。
作者信息:牛湧越,男,就读于吉林建筑大学,电气与计算机学院,建筑电气与智能化专业,邮箱:******@
黄奕桐,女,就读于吉林建筑大学,电气与计算机学院,邮箱:******@;
指导教师:靖辉,女,副教授,吉林建筑大学,电气与计算机学院,邮箱:******@;
李彬,男,讲师,吉林建筑大学,电气与计算机学院,邮箱:******@
 
-全文完-