SHT15在嵌入式系統中的應用方案

摘要： 為了提高測氡儀溫濕度測量的精度及實時性，提出了數字式溫濕度傳感器SHT15在測氡儀中的應用方案。首先介紹了數字式溫濕度傳感器SHT15的基本特點、工作原理、內部結構，測量分辨率和測量范圍，操作命令及啟動時序，同時給出了 SHT15溫濕度傳感器在嵌入式系統中的應用，利用SHT15與S3C2440A微控制器組成了測氡儀的溫濕度測控系統，并詳細介紹了硬件電路設計，軟件設計及溫濕度、露點的計算方法。實驗結果表明，與傳統的模擬式溫度和濕度傳感器相比，基于SHT15的測氡儀溫濕度測控系統具有電路結構簡單、實時性強、精度高、穩定性好等特點。

　　氡及其子體的測量是一個涵蓋智能儀器、核輻射探測、核技術應用、環境*價、工業計量、工業自動化、計算機通信與軟件等多領域的問題。然而氡及其子體濃度受溫濕度的影響很大，因此溫濕度的測量對于測氡儀來說是非常重要的。傳統的模擬式溫濕度傳感器一般都要涉及信號調理電路并需要經過復雜的校準和標定過程，所以測量精度難以保證。由某公司生產的SHT15單芯片傳感器，是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，應用專利的工業COMS過程微加工技術（CMOSens），確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括1個電容式聚合體測濕元件和1個能隙式測溫元件，并與1個14位的A／D轉換器以及串行接口電路在同一芯片上實現無縫連接。因此，該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比高等優點。系統采用S3C2440A作為微控制器，S3C2440A采用ARM920T內核，提供了一套完整的通用系統外設，有130個多功能輸入／輸出端口，所以在設計時直接利用S3C2440A的通用I／O口來模擬通信時序控制SHT15，整個電路設計簡單。

　　1 SHT15簡介

　　1.1 SHT15性能特點

　　SHT15是瑞士Sensirion公司推出的一款數字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。其主要特點如下：

　　1）將溫濕度感測、信號變換、A／D轉換和I2C總線接口等功能集成到一個芯片上；

　　2）提供兩線數字串行接口SCK和DATA，并支持CRC傳輸校驗；

　　3）測量精度可編程調節，內置A／D轉換器；

　　4）提供溫度補償和濕度測量值以及高質量的露點計算功能；

　　5）由于采用了CMOSensTM技術，可浸入水中進行測量。

　　1.2 SHT15性能參數

　　SHT15的性能參數如下：

　　1）濕度測量范圍：0～100％RH；2）溫度測量范圍：-40～+123.8℃；3）濕度測量精度：±2.0％RH；4）溫度測量精度：±0.3℃；5）響應時間：8 s（tau63％）；6）可完全浸沒。

　　由于該款溫濕度傳感器具有高精度，并能浸入水中測量等特點，而所設計的測氡儀要求具有測量土壤、大氣，水中氡濃度的功能，因此采用該款溫濕度傳感器完全滿足要求。

　　1.3 SHT15內部結構及工作原理

　　數字式溫濕度傳感器SHT15是8引腳SMD（LCC）表面貼片封裝形式，如圖1所示。其中引腳1接地，引腳4接電源，工作電壓為2.4～5.5 VDC，為了達到傳感器的最高精確度，供電電壓為3.3 V為宜。引腳2為數據線，引腳3為時鐘線，引腳5～8為空管腳。

圖1 SHT15引腳圖

　　數字式溫濕度傳感器SHT15將溫度感測、濕度感測、信號變換、A／D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內部結構如圖2所示。

圖2 SHT15內部結構