SHTxx merupakan sebuah chip yang di dalamnya terdapat sensor kelembaban dan sensor temperatur dengan output digital yang telah terkalibrasi. Kedua sensor tersebut dihubungkan dengan analog to digital converter (ADC) 14 bit (setelah mengalami penguatan) dan serial interface circuit pada satu chip yang sama untuk menghasilkan sinyal output yang bagus, waktu respon yang cepat dan ketahanan terhadap gangguan yang berasal dari luar.
Gambar 2.10. SHT7x/1x
Tiap SHTxx secara individual telah dikalibrasi pada suatu ruangan yang dinamakan precision humidity chamber dengan chilled mirror hygrometer sebagai referensinya. Dan koefisien hasil kalibrasi tersebut diprogramkan pada calibration memory. Koefisien ini digunakan secara internal pada saat pengukuran untuk mengkalibrasi sinyal dari sensor.
2-wire serial interface dan internal voltage regulation memungkinkan kemudahan dan kecepatan integrasi ke suatu sistem. Ukurannya yang kecil dan konsumsi daya yang rendah membuatnya pilihan utama untuk sebagian besar aplikasi. Sensor ini terdiri dari 2 bentuk yaitu surface-mountable LCC (Leadless Chip Carrier) dan pluggable 4-pin single-in-line.
Gambar 2.11. Blok Diagram Sensor
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 1
2.4.1. Spesifikasi Sensor
Tabel 2.7. Spesifikasi Sensor
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 2
Gambar 2.12. Grafik Akurasi RH
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 2
Gambar 2.13. Grafik Akurasi Temperatur
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 2
2.4.2. Spesifikasi Interface
Gambar 2.14. Aplikasi Sensor
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 2
2.4.2.1. Power Pin
SHTxx memerlukan supply tegangan antara 2,4V – 5,5V. Setelah dihidupkan, alat ini memerlukan waktu 11ms untuk mencapai keadaan “sleep”. Sebelum keadaan ini tercapai, tidak diperpolehkan adanya pengiriman perintah. Power supply pin (VCC, GND) dapat dipasang kapasitor sebesar 100nF.
2.4.2.2. Serial Interface
Serial interface dari SHTxx dioptimalkan untuk pembacaan sensor dan konsumsi power, dan tidak kompatibel dengan I2C interface.
• Serial Clock Input (SCK)
Digunakan untuk sinkronisasi komunikasi antara microcontroller dan SHTxx. Karena interface ini terdiri dari dari static logic sepenuhnya maka tidak ada batasan frekuensi minimum dari SCK.
• Serial Data (DATA)
Pin data merupakan tri-state pin yang digunakan untuk transfer data in dan data out. DATA berubah setelah transisi turun, dan valid pada transisi naik dari serial clock SCK. Selama transisi, DATA line harus stabil selama SCK high. Untuk menghindari adanya signal contention, microcontroller hanya diperbolehkan men-drive DATA low. Eksternal pull-up resistor (10K) diperlukan untuk membantu sinyal high.
2.4.2.3. Mengirim Command
Untuk memulai transmisi dikirimkan “Transmisi Start” dengan cara memberi logic low pada DATA line (ketika SCK high), diikuti sebuah sinyal low pada SCK dan memberi logic high lagi pada DATA (ketika SCK high).
Gambar. 2.15. Transmission Start Sequence
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 3
Urutan pesan terdiri dari 3 bit address (yang mendukung hanya 000) dan 5 bit command bit. SHTxx mengindikasikan penerimaan pesan yang benar dengan memberi logic low pada pin DATA (ACK bit) setelah transisi turun ke-8 dari clock SCK. Kontrol DATA line dilepas (sehingga menjadi high karena pull-up) setelah transisi turun ke-9 clock SCK.
Tabel 2.8. Command List SHTxx
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 3
2.4.2.4. Measurement Sequence
Setelah mengirim perintah pengukuran (‘00000101’ untuk RH, ‘00000011’ untuk temperatur), microcontroller harus menunggu sampai pengukuran selesai yang membutuhkan waktu kurang lebih 11/55/210 ms untuk pengukuran 8/12/14 bit. Waktu sesungguhnya bervariasi sampai +15% dari kecepatan osilator internal. Untuk menandakan pengukuran telah selesai, SHTxx akan memberi logic low pada data line. Microcontroller harus menunggu tanda ini sebelum memulai clock SCK lagi.
Kemudian 2 byte hasil pengukuran dan 1 byte CRC ditransmisikan, microcontoller harus memberi signal acknowledge untuk tiap byte dengan memberi logic low pada DATA line. Semua nilai output dimulai dengan MSB dan right justified (contoh : SCK ke-5 adalah MSB untuk output 12 bit, sedangkan untuk output 8 bit, byte pertama tidak digunakan). Komunikasi berhenti setelah acknowledge bit dari CRC output. Bila CRC tidak diperlukan, maka microcontoller dapat menghentikan komunikasi setelah output pengukuran LSB
(dengan membiarkan ACK high). SHTxx secara otomatis kembali ke keadaan “sleep” setelah pengukuran dan komunikasi berakhir.
Untuk menjaga self heating dibawah 0,1˚C, SHTxx sebaiknya tidak diaktifkan lebih dari 15% periodenya (misal: maksimal 3 pengukuran per detik untuk akurasi 12 bit ).
Gambar 2.16. Contoh Pembacaan Sensor RH
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 3
2.4.2.5. Connection Reset Sequence
Bila komunikasi dengan chip hilang/putus, maka diperlukan reset koneksi dengan menjalankan clock SCK lebih dari 9 kali dengan menjaga DATA tetap high yang kemudian diikuti dengan “Transmission Start” sequence. sekuen ini hanya me-reset interface komunikasi saja, tidak berpengaruh terhadap isi status register.
Gambar 2.17. Connection Reset Sequence
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 3
Gambar 2.18. Format Pesan
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 4
2.4.2.6. Status Register
Beberapa fungsi dari SHTxx terdapat pada “Status Register”, di bawah ini akan dideskripsikan lebih lanjut.
Gambar 2.19. Format Penulisan/Pembacaan Status Register Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 4
Tabel 2.9. Status Register
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 4
2.4.2.7. Resolusi Pengukuran
Default resolusi pengukuran adalah 14 bit untuk temperatur dan 12 bit untuk RH. Resolusi ini dapat diubah menjadi 12 bit untuk temperatur dan 8 bit untuk RH untuk penggunaan yang memerlukan kecepatan tinggi atau konsumsi daya yang rendah.
2.4.2.8. End of Battery
Fungsi End of Battery ini untuk mendeteksi tegangan VDD di bawah 2,47 V dengan tingkat akurasi +0,05V.
2.4.2.9. Heater
Di dalam chip SHTxx terdapat elemen heater yang dapat dinyalakan. Bila heater ini dinyalakan akan meningkatkan temperatur dari sensor +5˚C (9˚F), dan konsumsi daya naik ~8mA @ 5V. Dengan membandingkan hasil pengukuran temperatur dan RH sebelum dan sesudah penggunaan heater, maka akan diketahui berfungsi tidaknya sensor tersebut.
Dalam lingkungan dengan kelembaban tinggi (RH>95%), penggunaan heater akan menghambat terjadinya kondensasi, meningkatkan waktu respon dan tingkat akurasi. SHTxx dengan heater yang dihidupkan akan menunjukkan hasil pengukuran temperatur yang lebih tinggi dan RH yang lebih rendah dari pengukuran pada kondisi normal.
2.4.3. Electrical Characteristics
Tabel 2.10. Electrical Characteristics
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 4
Gambar 2.20. Timing Diagram
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 4
2.4.4. Konversi Output SHTxx ke Nilai Fisik 2.4.4.1. Relative Humidity
Untuk kompensasi ke-tidak linear-an dari sensor kelembaban dan memperoleh akurasi penuh, disarankan untuk mengkonversi pembacaan sensor dengan rumus berikut:
RHlinear = c1 + c2 * SORH + c3 * SORH2 (2.3)
Tabel 2.11. Konstanta Kompensasi Linearitas
SORH c1 c2 c3
12 bit -4 0,0405 -2,8 *10-6 8 bit -4 0,648 -7,2 *10-4
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 5
Sensor kelembaban ini tidak dipengaruhi secara signifikan oleh tegangan.
Gambar 2.21. Grafik Linearitas Sensor RH
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 5
Untuk kompensasi ketergantungan RH terhadap temperatur digunakan rumus berikut:
RHtrue = (T˚C - 25) * (t1 + t2 * SORH) + RHlinear (2.4)
Tabel 2.12. Konstanta Kompensasi Pengaruh Temperatur Terhadap RH
SORH t1 t2
12 bit 0,01 0,00008 8 bit 0,01 0,00128
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 5
2.4.4.2. Temperatur
Untuk sensor temperatur memiliki desain PTAT yang sudah linear (Proportional To Absolute Temperature). Untuk membaca temperatur dari pembacaan digital dapat digunakan rumus berikut:
Temperatur = d1 + d2 * SOT (2.5)
Tabel 2.13. Konstanta Konversi Temperatur
VDD d1[˚C] d1[˚F] SOT d2[˚C] d2[˚F] 5V -40,00 -40,00 14 bit 0,01 0,018 4V -39,75 -39,50 12 bit 0,04 0,072 3,5V -39,66 -39,35 3V -39,60 -39,28 2,5V -39,55 -39,23
Sumber: Sensirion. SHT1x/SHT7x Humidity & Temperature Sensor. 12 May 2006. <http://www.sensirion.com/en/download/humiditysensor/SHT11.htm>, p. 5