SHT15在嵌入式系統(tǒng)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(shù)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(shù)字式溫濕度傳感器SHT15的基本特點、工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(tǒng)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(tǒng)，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(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的測氡儀溫濕度測控系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、實時性強、精度高、穩(wěn)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(shù)應用、環(huán)境*價、工業(yè)計量、工業(yè)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(tǒng)的模擬式溫濕度傳感器一般都要涉及信號調(diào)理電路并需要經(jīng)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(chǎn)的SHT15單芯片傳感器，是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，應用專利的工業(yè)COMS過程微加工技術(shù)（CMOSens），確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)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(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。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，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(shù)字溫濕度傳感器芯片。該芯片廣泛應用于暖通空調(diào)、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(zhuǎn)換和I2C總線接口等功能集成到一個芯片上；

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

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

　　4）提供溫度補償和濕度測量值以及高質(zhì)量的露點計算功能；

　　5）由于采用了CMOSensTM技術(shù)，可浸入水中進行測量。

　　1.2 SHT15性能參數(shù)

　　SHT15的性能參數(shù)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(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、濕度感測、信號變換、A／D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 SHT15內(nèi)部結(jié)構(gòu)