SHT15在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

摘要： 為了提高測(cè)氡儀溫濕度測(cè)量的精度及實(shí)時(shí)性，提出了數(shù)字式溫濕度傳感器SHT15在測(cè)氡儀中的應(yīng)用方案。首先介紹了數(shù)字式溫濕度傳感器SHT15的基本特點(diǎn)、工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，測(cè)量分辨率和測(cè)量范圍，操作命令及啟動(dòng)時(shí)序，同時(shí)給出了 SHT15溫濕度傳感器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用SHT15與S3C2440A微控制器組成了測(cè)氡儀的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了硬件電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)及溫濕度、露點(diǎn)的計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的模擬式溫度和濕度傳感器相比，基于SHT15的測(cè)氡儀溫濕度測(cè)控系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

　　氡及其子體的測(cè)量是一個(gè)涵蓋智能儀器、核輻射探測(cè)、核技術(shù)應(yīng)用、環(huán)境*價(jià)、工業(yè)計(jì)量、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)通信與軟件等多領(lǐng)域的問(wèn)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(cè)量對(duì)于測(cè)氡儀來(lái)說(shuō)是非常重要的。傳統(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器一般都要涉及信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，所以測(cè)量精度難以保證。由某公司生產(chǎn)的SHT15單芯片傳感器，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，應(yīng)用專利的工業(yè)COMS過(guò)程微加工技術(shù)（CMOSens），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和1個(gè)能隙式測(cè)溫元件，并與1個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用S3C2440A作為微控制器，S3C2440A采用ARM920T內(nèi)核，提供了一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，有130個(gè)多功能輸入／輸出端口，所以在設(shè)計(jì)時(shí)直接利用S3C2440A的通用I／O口來(lái)模擬通信時(shí)序控制SHT15，整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

　　1 SHT15簡(jiǎn)介

　　1.1 SHT15性能特點(diǎn)

　　SHT15是瑞士Sensirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：

　　1）將溫濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和I2C總線接口等功能集成到一個(gè)芯片上；

　　2）提供兩線數(shù)字串行接口SCK和DATA，并支持CRC傳輸校驗(yàn)；

　　3）測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器；

　　4）提供溫度補(bǔ)償和濕度測(cè)量值以及高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能；

　　5）由于采用了CMOSensTM技術(shù)，可浸入水中進(jìn)行測(cè)量。

　　1.2 SHT15性能參數(shù)

　　SHT15的性能參數(shù)如下：

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

　　由于該款溫濕度傳感器具有高精度，并能浸入水中測(cè)量等特點(diǎn)，而所設(shè)計(jì)的測(cè)氡儀要求具有測(cè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

　　數(shù)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(dá)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(shù)據(jù)線，引腳3為時(shí)鐘線，引腳5～8為空管腳。

圖1 SHT15引腳圖

　　數(shù)字式溫濕度傳感器SHT15將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 SHT15內(nèi)部結(jié)構(gòu)