SHT15在嵌入式系统中的应用方案

图3 微控制器与SHT15的硬件连接图

3 软件设计

在程序开始，控制器S3C2440A需要用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平的启动，如图4所示，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。接着SCK变为低电平，随后又变为高电平，SCK时钟为高电平时，DATA再次翻转为高电平。

图4 启动传输时序

控制器发出启动命令后，接着发出一个后续8为命令码。后续命令包含3个地址位（目前只支持000’）和5个命令位。相应代码对应的命令集如表2所示。

表2 SHT15命令集

　　SHT15接收到上述地址和命令码后，在第8个时钟下降沿，将DATA下拉为低电平作为从机的ACK；在第9个时钟下降沿之后，从机释放DATA（恢复高电平）总线；释放总线后，从机开始测量当前湿度，测量结束后，再次将DATA总线拉为低电平；主机检测到DATA总线被拉低后，得知湿度测量已经结束，给出SCK时钟信号；从机在第8个时钟下降沿，先输出高字节数据；在第9个时钟下降沿，主机将DATA总线拉低作为ACK信号。然后释放总线DATA；在随后8个SCK周期下降沿，从机发出低字节数据；接下来的SCK下降沿，主机再次将DATA总线拉低作为接收数据的ACK信号；最后8个SCK下降沿从机发出CRC校验数据，主机不予应答（NACK）则表示测量结束。

本设计中微处理器为三星公司的S3C2440A，通过对I／O寄存器编程来模拟通信过程。该处理器的I／O口可根据需要设置成输入、输出，高阻等状态。在软件实现过程中通过子函数来实现I／O口状态的改变。

　　以上函数可以实现SCK和DATA总线的各种输入与输出状态。在SHT15的通信中还需要延时函数，设计时采用函数void DelaylIn8（U32 tt）实现软延时。这样就能完成对SHT15通信协议的模拟。

　　4 温湿度及露点的计算

4.1 相对湿度

SHT15可通过I2C总线直接输出数字量湿度值，其相对湿度系数输出特性曲线如图5所示。

图5 从SORH转换为相对湿度

由图5可知，SHT15的输出特性呈一定的非线性，为了补偿湿度传感器非线性以获取准确数据，采用式（1）来修正输出数值。

　　其中C1，C2，C3的值如表3所示，SHT15的相对湿度输出值（SORH）为12 bit。

表3 温度线性补偿系数

　　4.2 温度计算及相对湿度的温度补偿

该温湿度传感器具有很好的线性，可用式（2）将数字输出转换为温度值。温度转换系数如表4所示。

表4 温度转换系数

　实际测量时利用式（3）修正温度系数。温度补偿系数如表5所示。
表5 温度补偿系数

4.3 露点计算

露点是一个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度。当空气的温度低于露点时，空气容纳不了过多的水份，这些水份会变成雾、露水或霜。露点可以根据当前相对湿度值和温度值计算得出，具体的计算公式如下：

式中，T为当前温度值，SORH为相对湿度值，Dp为露点。

5 实验结果

采用测氡仪对室内氡浓度进行测量，同时测量温湿度，为了保证测量的准确性，在不同地方对大气中进行了测量，同时测量测试为20次，求平均值计算，测量结果如表6所示。

表6 氡浓度及温湿度测量值

　　6 结束语

本文提出了数字式温湿度传感器SHT15在嵌入式系统中的应用方案，并详细介绍了测氡仪温湿度测控模块的设计过程。由于SHT15集成了14位A／D转换器，采用数字输出，具有精度高、体积小、抗干扰性强等优点。作为测氡仪温湿度的监控系统，能够满足系统设计的要求。该设计也为其在其他监控设备中的应用提供参考作用。