SHT15在嵌入式系统中的应用方案

　　该芯片包括1个电容性聚合体湿度敏感元件和1个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大，然后进入1个14位的A／D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT15在出厂前，都会在恒湿或恒温环境中进行校准，校准系数存储在校准寄存器中，在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外，SHT15内部还集成了1个加热元件，加热元件接通后可以将SHT15的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要是为了比较加热前后的温度和湿度值。可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿（>95％RH）环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT15温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。

　　2 硬件设计

　　微处理器可通过二线串行数字接口与SHT15进行通信，由于其通信协议与通用的I2C总线协议不兼容，所以在设计时直接利用S3C2440A的通用I／O口来模拟通信时序控制SHT15。S3C2440A有130个通用I／O口，共分为9组（GPAGPJ），其中GPG包括16路I／O口。S3C2440A引脚采用289 -FBGA封装，GPG9及GPG10对应引脚功能图如表1所示。

表1 GPG9及GPG10对应引脚功能图

　　设计中利用S3C2440A的GPG9模拟时钟信号，GPG10来模拟数据信号（数据线需要外接上拉电阻），硬件连接图如图3所示。

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。