AHT20 — цифровой датчик влажности и температуры Aosong (ASAIR)

Выводы

Нумерация — по таблице 5 даташита, вид сверху: выводы 1–3 идут по одной стороне корпуса, 4–6 — по другой в обратную сторону, ключ у вывода 1. Типовая схема (рис. 16) такая: между VDD и GND — конденсатор развязки 10 мкФ как можно ближе к датчику, питание подано через резистор R1 330–390 Ом, который вместе с конденсатором образует RC-фильтр, а SCL и SDA подтянуты резисторами 4,7 кОм к тому же питанию. В тексте допустимый диапазон подтяжек — 2,0–4,7 кОм; подобрать номинал под ёмкость шины поможет калькулятор подтяжки I²C.

Порядок включения важен: VDD подают раньше SCL и SDA или одновременно с ними, иначе ток через выводы шины может запустить кристалл в нерабочем состоянии. На рис. 15 Aosong показывает и питание датчика от вывода микроконтроллера — так его можно перезапустить, сняв питание; наш расчёт: при токе измерения 980 мкА на R1 = 390 Ом падает около 0,38 В, поэтому от 3,3 В на датчике остаётся около 2,9 В — выше минимума 2,2 В (без учёта падения на выводе микроконтроллера). Под датчиком не прокладывают дорожки и полигоны, а от тёплых деталей его отделяют прорезью в плате.

Параметры

По таблицам 1–3, 6–8 даташита. Точность измерена при питании 3,3 В и 25 °C, без учёта гистерезиса и нелинейности, в отсутствие конденсации.

Нормальный рабочий диапазон влажности — 0–80 %. После 60 часов при высокой влажности показания уходят примерно на 3 % и потом медленно возвращаются; ускорить восстановление можно сушкой при 60–85 °C и влажности ниже 5 % в течение 2–10 часов. После пайки оплавлением полимеру нужна перегидратация: 12–72 часа при 25 °C и влажности выше 75 % либо 2–6 часов при 60–85 °C и влажности выше 85 %.

Порядок опроса

1. После включения подождать не меньше 100 мс.
2. Прочитать байт состояния (байт адреса на чтение — 0x71). Бит 7 — «занят», бит 3 — «откалиброван». Если состояние & 0x18 ≠ 0x18, датчик инициализируют записью в регистры 0x1B, 0x1C, 0x1E по примеру с сайта Aosong — сам даташит процедуру не раскрывает. Проверка нужна только после включения.
3. Через 10 мс отправить команду измерения: 0xAC, 0x33, 0x00.
4. Подождать 80 мс и прочитать байт состояния: при бите 7, равном 0, данные готовы, при 1 — ждать дальше.
5. Прочитать шесть байт: состояние, два с половиной байта влажности и два с половиной байта температуры. Седьмой байт — контрольная сумма; если она не нужна, мастер отвечает NACK после шестого байта.

Контрольная сумма — CRC-8 с полиномом 1 + x⁴ + x⁵ + x⁸ и начальным значением 0xFF. Наш вывод: это тот же полином 0x31 и то же начальное значение, что у Sensirion SHT3x, так что для проверки годится одна функция и калькулятор CRC.

Пересчёт кодов

Влажность и температура приходят 20-битными кодами S. По рисунку на с. 13 код влажности занимает байты 1, 2 и старшие четыре бита байта 3, код температуры — младшие четыре бита байта 3 и байты 4, 5 (байт 0 — состояние):

• влажность, %: RH = S / 2²⁰ × 100;
• температура, °C: T = S / 2²⁰ × 200 − 50.

Наш расчёт: пришли байты 0x18, 0x80, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00. Состояние 0x18 — не занят, откалиброван. Код влажности 0x80000 = 524 288, RH = 524 288 / 1 048 576 × 100 = 50,0 %. Код температуры 0x60000 = 393 216, T = 393 216 / 1 048 576 × 200 − 50 = 75 − 50 = 25,0 °C.

Наш вывод о разрядности: 20 бит в кадре не означают 20 бит точности. Шаг 20-битного кода — 100 / 2²⁰ ≈ 0,0001 %, а заявленное разрешение влажности — 0,024 %, что соответствует примерно 12 битам (100 / 4096 ≈ 0,024 %). Выводить показания AHT20 с тремя-четырьмя знаками после запятой бессмысленно.

Сравнение с SHT31

Обе микросхемы проверяют кадр одним и тем же CRC-8. Наш вывод: по типичной точности они близки, но SHT31 быстрее, допускает два адреса и подробнее документирован — у Sensirion для каждого исполнения есть графики максимальной погрешности по всему диапазону. AHT20 проще в обмене: один адрес, одна команда измерения. Датчик с собственным однопроводным протоколом — DHT22, а влажность вместе с давлением меряет BME280; на модулях AHT20 часто соседствует с барометром BMP280, и адреса у них не пересекаются. Об адресах на шине — на странице «Адрес I²C», о собственном нагреве датчиков — на странице «Самонагрев».

Расхождения в документации

• «Команда» 0x71. В разделе 7.4 сказано, что байт состояния получают «отправкой 0x71». По рисунку на с. 13 это байт адреса на чтение (адрес 0x38 и бит R = 1 в младшем разряде), а не команда: состояние просто читают.
• Время запуска. Разделы 7.1 и 7.4 требуют не меньше 100 мс после включения, а примечание к рис. 15 разрешает подавать высокий уровень на SCL и SDA через 5 мс. Наш вывод: первый обмен — не раньше 100 мс.
• Частота SCL. Раздел 5.2 говорит, что минимальной частоты SCL нет, раздел 4.4 советует 10–400 кГц во время измерения.
• Подписи и ссылки. В таблице 7 входные уровни VIL и VIH подписаны как выходные; раздел 6.1 и подпись к рис. 7 ссылаются на «таблицу 2» вместо таблицы 3 с электрическими параметрами; сноска 5 к таблице 3 описывает средний ток при измерении раз в 2 с, которого в таблице нет.
• Площадка снизу. Раздел 4.1 описывает открытую теплоотводящую площадку и трафарет 1,4 × 2,3 мм под неё, но на чертеже корпуса (рис. 1) только шесть контактов. Наш вывод: посадочное место рисуют по рис. 1 и рис. 8, а не по тексту.
• Диапазоны. Рабочая температура — до 85 °C, а график погрешности температуры (рис. 3) обрывается на 80 °C. Влажность — 0–100 % в таблице 1 и «нормальный диапазон 0–80 %» в сноске 3; там же сдвиг «>3 %» после 60 часов при 90 %, а в разделе 3.1 — «+3 %» после 60 часов при влажности выше 80 %.