单总线传感器AM2302温湿度测控系统原理及应用

朱嵘涛 ,徐爱钧

(1.长江大学 工程技术学院 信息系，荆州 434023；2.长江大学 电信学院)



单总线传感器AM2302温湿度测控系统原理及应用

朱嵘涛1,徐爱钧2

(1.长江大学 工程技术学院 信息系，荆州 434023；2.长江大学 电信学院)

新型单总线数字温湿度传感器AM2302具有体积小、功耗低、响应速度快、超长的信号传输距离等特点。本文简要介绍了单总线概念，阐述了AM2302的基本原理和控制使用方法，以及其在温湿度测控系统中的应用。经测试证明，AM2302具有安装简单、维护方便、稳定性高等优势。

单总线；温湿度传感器；AM2302

引　言

新一代的数字温湿度传感器AM2302具有体积小、功耗低、响应速度快、超长的信号传输距离等特点，得到了越来越广泛的应用。

1　单总线简介[1-3]

目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。其中，I2C总线以同步串行2线方式进行通信(一条时钟线和一条数据线)，SPI总线则以同步串行3线方式进行通信(一条时钟线、一条数据输入线和一条数据输出线)，而SCI总线是以异步方式进行通信(一条数据输入线，一条数据输出线)。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。

美国的达拉斯半导体公司推出了一项特有的单总线(1-Wire Bus)技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单、硬件开销少、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点。

单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。

2　AM2302的主要特点及其引脚说明[4]

AM2302数字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。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与良好的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个AM2302传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，校准系数以程序的形式存储在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

作为一种新型的单总线数字温湿度传感器，AM2302能够广泛应用于各个领域。其基本指标如下：全量程标定校准，单总线数字输出；温度测量范围为 -40～80 ℃；湿度测量精度为 ±2.0% RH；温度测量精度为 <±0.5 ℃；响应时间 <5 s；低功耗；超长的信号传输距离；出色的长期稳定性。

AM2302数字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，它采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术, 具有很高的可靠性与稳定性。单线制串行接口, 使之与微控制器的连接可以更简洁，并且功耗极低, 信号传输距离可达20 m以上。AM2302采用4针单排引脚封装, 电路连接方便, 引脚说明如表1所列。

表1　引脚说明

AM2302数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入/输出双向传输。其数据包由5字节组成。数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40位，高位先出。数据格式：8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和，数据为前4个字节相加。AM2302一次通信时间最长为3 ms，主机连续采样间隔建议不小于100 ms。

3　AM2302典型应用电路

图1　MCU与AM2302的典型连接电路

AM2302的供电电压为3.3～6 V,传感器上电后，要等待1 s以越过不稳定状态，在此期间无需发送任何指令。电源引脚(VDD和GND)之间可增加一个100 nF 的电容，用以去耦滤波，MCU与AM2302的典型连接电路如图1所示。

4　AM2302通信时序说明[5]

MCU发送一次开始信号后,AM2302从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,AM2302发送响应信号，送出40位的数据,并触发一次信号采集。MCU从AM2302读取的温湿度数据总是前一次的测量值，因此在实际测量中如两次测量间隔时间较长，应连续读两次数据以获得实时的温湿度值。

AM2302通信时序总图如图2所示。首先MCU 在数据线上发出开始信号，AM2302在检测到此信号后回复响应信号，接着拉高数据线，然后向主机发送测量得到的数据，数据发送完毕后，释放总线。

AM2302通信时序详细时序图如图3所示。空闲时总线为高电平，通信开始时MCU拉低总线1～10 ms后释放总线，延时 20～40 μs后主机开始检测AM2302的响应信号。AM2302的响应信号是一个80 μs左右的低电平，随后从机拉高总线80 μs,代表即将进入数据传送。

图2　AM2302通信时序总图

图3　AM2302通信时序详细时序图

高电平后就是数据位，每位数据都是由一个低电平时隙和一个高电平组成。低电平时隙就是一个50 μs左右的低电平，它代表数据位的起始，其后的高电平的长度决定数据位所代表的数值，较长的高电平代表1，较短的高电平代表0,共40位数据，当最后一位数据传送完毕后，从机将再次拉低总线50 μs左右，随后释放总线，由上拉电阻拉高。数字“1”的信号时序图如图4所示，数字“0”的信号时序图如图5所示。

图4　数字“1”的信号时序图

图5　数字“0”的信号时序图

温湿度读取子程序如下：

5　基于AM2302的温湿度测控系统应用实例

基于AM2302的温湿度测控系统框图如图6 所示，采用STC15F2K61S2微控制器实现对 AM2302的温湿度数据的读取，并将读取到的数据经过分析处理后，将温湿度数据实时显示在LCD1602上，同时将数据通过串口送到上位机。如果当前的温湿度数据超过系统设定的温湿度范围，会触发报警信号，与此同时该报警信号会打开加湿机和空调来调节室内温度和湿度，这样便有效地实现了对温湿度的实时控制。

图6　温湿度测控系统框图

结　语

通过多次实验对比测试，AM2302在温湿度测量的准确性和稳定性上都能较好地满足用户的需求。AM2302采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗， 可达20 m以上的信号传输距离，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的极佳选择。

[1] 黄河.基于DS18B20的单总线数字温度计[J].湘潭师范大学:自然科学版，2008，30(4).

[2] 徐敏，诸葛振荣，宋加仁.基于1-Wire技术的数字温度计[J].机电工程,2007,24(4).

[3] 农静，郑宗亚，刘志杰.单总线数字温度传感器DS18B20原理及其应用[J].贵州师范大学学报:自然科学版,2007,25(3).

[4] 朱嵘涛,叶传涛.基于nRF2401和STC15F2K61S2的多点无线温湿度检测系统的设计[J].石油仪器，2014,28(1).

[5] 倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2010,10(6).

朱嵘涛(讲师)，主要研究领域为单片机与嵌入式系统应用；徐爱钧(教授)，主要研究领域为模糊控制理论与应用、嵌入式系统和单片机智能化仪器仪表。

Temperature Humidity Measurement and Control System Principle and Application Based on 1-wire Bus Sensor AM2302

Zhu Rongtao1,Xu Aijun2

(1.Department of Information,Yangtze University College of Technology&Enginerring,Jingzhou 434023,China;2.College of Electronics&Information,Yangtze University)

The new 1-wire bus digital temperature humidity sensor AM2302 has many advantages such as small volume,low-power consumption,rapid response speed and long signal transmission distance.In the paper,the concept of 1-wire bus is briefly introduced,the basic principle and the application method of AM2302 and its application in the temperature and humidity control system are given.The test results show that the system has the advantages of install simple,maintenance friendly and high stablity.

1-wire bus;temperature humidity sensor;AM2302

TP368

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(责任编辑：杨迪娜2015-11-03)