【外设移植】SHT30 温湿度传感器M61开发板驱动

显示全部楼层 · 2024-1-21 21:14:31

本帖最后由 1084504793 于 2024-1-21 21:18 编辑

SHT30是SHT3X系列温湿度传感器中的一款，除SHT30外，还有SHT31和SHT35。它们的对比如下图所示，

其中D代表数字量，A代表模拟量。

在购买SHT30模块的时候需要注意一下的是SHT30-ARP代表输出的是模拟量；SHT30-DIS代表输出的是数字量。

本文主要介绍的是SHT30-DIS模块，且通信方式是IIC，模块实拍图片如下

SHT30电气特性

SHT30的电气特性见下表

参数	规格
工作电压	2.4V~5.5V
芯片尺寸	2.5mm×2.5mm×0.9mm
测量范围	温度：-40~+125℃ 湿度：0~100%RH
精度	温度：±0.3℃ 湿度：±3%RH（25℃）
分辨率	温度：0.015℃ 湿度：0.01%RH
衰减值	温度：<0.03℃/年湿度：<0.25%RH/年
输出信号	IIC接口
反应时间（湿度）	8sec（tau63%）
能耗	4.8uW（8位，1次测量/秒条件下）
引脚数	8个

该表是从手册中整理而来，因为网上相关的手册基本上都是官方的英文手册，里面有很多的内容没有集体描述出来，中文手册多是通过翻译软件直接翻译的。需要注意的是官方给的文档中写的工作电压是2.4-5.5V，但是在传感器模块背面却印有2.4-2.5V的字样。在测试过程中将模块的工作电压正极VCC接到M61板子的5V或3.3V供电引脚也是可以正常工作的，所以模块的丝印有可能是印刷有误，毕竟印这么窄的供电范围也是很难满足的。

SHT30芯片引脚如下图所示

其中各个引脚说明如下

需要注意的是购买的模块没有将ADDR、ALERT和nRESET引脚引出来。所以SHT30的IIC通信地址是固定的。我购买的模块是将ADDR接地，也就是接低电平，所以SHT30的IIC通信地址为0x44。若ADDR接高电平，则SHT30的IIC通信地址为0x45。模块也不能进行中断检测，不过官方在这方面的说明不仅少，而且一般也是不会用到该功能的，所以本文也只介绍常用的功能。除了中断的功能没有用到外，还有其自加热功能也没有用到，自加热主要是增加芯片的供电电流而产热，但是实现起来有很大的危险，而且目前有很多的芯片不支持引脚输出大电流，建议用到加热的功能，最好还是购买专门的模块使用。

SHT30驱动编写

因为官方的驱动是英文版，且很多细节没有完全写出来，中文版也只是硬翻译而已，所以本文直接跳过文档的讲解直接讲解代码相关的内容。我也是看了很多遍的文档和官方给的示例代码，也通过代码不断地进行调试和验证才大概了解SHT30的部分使用方法。

SHT30模块采用标准的IIC通信，通信速率可以选择400KBps，还是用之前常用的IIC驱动函数就可以实现SHT30的温湿度测量功能。IIC写数据函数定义如下

void IIC_SenCmd(uint8_t _Cmd, uint8_t *Sendbuf, uint16_t _length)
{
if (SHT30_ADDR)
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_H;
}
else
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_L;
}
msgs[0].flags = I2C_M_NOSTOP;
msgs[0].buffer = &_Cmd;
msgs[0].length = 1;
if (_length != 0)
{
/* 有数据的发送 */
if (SHT30_ADDR)
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_H;
}
else
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_L;
}
msgs[1].flags = 0;
msgs[1].buffer = Sendbuf;
msgs[1].length = _length;
bflb_i2c_transfer(i2c, msgs, 2);
}
else
{
/* 只发一个字节的数据 */
msgs[0].flags = 0;
bflb_i2c_transfer(i2c, msgs, 1);
}
}

复制代码

IIC读数据函数定义如下

void IIC_RecData(uint8_t *_Recbuf, uint16_t _length)
{
if (SHT30_ADDR)
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_H;
}
else
{
msgs[0].addr = SHT30_ADDR_L;
}
msgs[0].flags = I2C_M_READ;
msgs[0].buffer = _Recbuf;
msgs[0].length = _length;
bflb_i2c_transfer(i2c, msgs, 1);
}

复制代码

这两个函数在之前的驱动移植中也是这样定义，所以不做过多的讲解，代码也是很简单的。

SHT30有多种测试模式，每种测试模式都是需要发送两个字节的数据指令，其实SHT30的所有指令都是发送两个字节的数据决定的。首先是测试模式发送函数定义，也可以用于所有指令发送，但是其他指令基本没有用到，函数定义如下

SHT30CMDSendResu SHT30_SendTestMode(SHT30CMD _Cmd)
{
if (_Cmd >= SHT30_CMD_LAST)
{
return SHT30_CMD_SEND_RESU_ERR;
}
IIC_SenCmd(SHT30CMDSendData[_Cmd][0], &SHT30CMDSendData[_Cmd][1], SHT30_CMD_LEN_BYTE - 1);
//printf("Chip Test Mode CMD send over\r\n");
return SHT30_CMD_SEND_RESU_OK;
}

复制代码

参数_Cmd为要发送的指令，是一个枚举类型的定义，该枚举定义在SHT30.h文件中，定义如下

/* SHT30支持的指令 */
typedef enum
{
SHT30_CMD_MEAS_CLOCKSTR_H = 0,
SHT30_CMD_MEAS_CLOCKSTR_M,
SHT30_CMD_MEAS_CLOCKSTR_L,
SHT30_CMD_MEAS_POLLING_H,
SHT30_CMD_MEAS_POLLING_M,
SHT30_CMD_MEAS_POLLING_L,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_05_H,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_05_M,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_05_L,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_1_H,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_1_M,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_1_L,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_2_H,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_2_M,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_2_L,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_4_H,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_4_M,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_4_L,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_10_H,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_10_M,
SHT30_CMD_MEAS_PERI_10_L,
SHT30_CMD_FETCH_DATA, /* 周期模式的读出测量 */
SHT30_CMD_ART, /* ART（加速响应） */
SHT30_CMD_STOP_PERI_DATA_ACQU, /* 中断指令或采集数据 */
SHT30_CMD_SOFT_RESET, /* 软复位 */
SHT30_CMD_RESET_THRO_PIN_NRESET, /* 硬复位 */
SHT30_CMD_HEATER_ENABLE, /* 使能加热器 */
SHT30_CMD_HEATER_DISABLE, /* 关闭加热器 */
SHT30_CMD_READ_STATUS, /* 读取状态 */
SHT30_CMD_CLEAR_STATUS, /* 清除状态 */
SHT30_CMD_LAST,
}SHT30CMD;

复制代码

该枚举按照英文手册先后出现的指令一个个的列举出来，方便后续的补充和使用。

回到指令发送函数中，主要代码是IIC_SenCmd(SHT30CMDSendData[_Cmd][0], &SHT30CMDSendData[_Cmd][1], SHT30_CMD_LEN_BYTE - 1);。主要是调用IIC发送函数，因SHT30的指令是两个字节的数据，所有的参数存放在全局变量SHT30CMDSendData中，所以调用IIC发送驱动函数时参数做了兼容处理。全局变量SHT30CMDSendData定义在SHT30.c中，按照指令的枚举类型的顺序一个个的定义的，这样方便指令的同一管理。大家在使用时可以删除部分不用的指令，以节约M61的资源空间。SHT30CMDSendData的定义如下

/* SHT30指令发送参数值 */
uint8_t SHT30CMDSendData[SHT30_CMD_LAST][SHT30_CMD_LEN_BYTE] =
{
{0x2C, 0x06},
{0x2C, 0x0D},
{0x2C, 0x10},
{0x24, 0x00},
{0x24, 0x0B},
{0x24, 0x16},
{0x20, 0x32},
{0x20, 0x24},
{0x20, 0x2F},
{0x21, 0x30},
{0x21, 0x26},
{0x21, 0x2D},
{0x22, 0x36},
{0x22, 0x20},
{0x22, 0x2B},
{0x23, 0x34},
{0x23, 0x22},
{0x23, 0x29},
{0x27, 0x37},
{0x27, 0x21},
{0x27, 0x2A},
{0xE0, 0x00}, /* 周期模式的读出测量 */
{0x2B, 0x32}, /* ART（加速响应） */
{0x30, 0x93}, /* 中断指令或采集数据 */
{0x30, 0xA2}, /* 软复位 */
{0x00, 0x06}, /* 硬复位 */
{0x30, 0x6D}, /* 使能加热器 */
{0x30, 0x66}, /* 关闭加热器 */
{0xF3, 0x2D}, /* 读取状态 */
{0x30, 0x41}, /* 清除状态 */
};

复制代码

最后是驱动SHT30正常工作的函数。因官方文档中写出了很多的测试模式，有单次的，有循环的，有低分辨率的，有高分辨率的。但是文档并没有给出详细的区别，也是轻描淡写的，尤其是不同分辨率下的测试模式对应的延时时长没有明确给出，按照字面意思去算延时是有问题。网上的驱动也都是只用那一种测试模式，延时时间是80ms，所以自己写了个测试函数，将所有的测试模式都试了一遍，然后延时都是80ms。测试发现各种模式算出来的数据相差非常小，一般是查小数点后两位。有兴趣的可以改变测试模式的下发，然后查看计算数据的区别，在此不再多说了。设置并读取的函数定义如下

SHT30ReadResu SHT30_ReadTempAndHumi(float *_LuxVal)
{
uint8_t RecData[7] = {0};
uint16_t Temp = 0;
if (SHT30_TEST_MODE > SHT30_CMD_MEAS_PERI_10_L)
{
return SHT30_READ_ERR;
}
if (SHT30_CMD_SEND_RESU_ERR == SHT30_SendTestMode(SHT30_TEST_MODE))
{
return SHT30_READ_ERR;
}
/* 等待测量完成 */
bflb_mtimer_delay_ms(50);
/* 接收测量数据 */
IIC_RecData(RecData, 6);
Temp = (RecData[0] << 8) | RecData[1];
*(_LuxVal++) = (float)Temp * 175.0 / 65535.0 -45.0;
Temp = (RecData[3] << 8) | RecData[4];
*_LuxVal = (float)Temp * 100.0 / 65535.0;
return SHT30_READ_OK;
}

复制代码

测试模式的选取是通过宏定义SHT30_TEST_MODE决定的，定义在SHT30.h文件中，可以通过修改改变测试模式。测试模式下发后延时80ms，等待模块测量完成。接收数据有六个字节的数据，返回数据格式如下所示

前两个字节的数据是温度数据，然后紧跟着CRC校验值，之后是湿度数据和湿度数据的CRC校验值。驱动中接收到这六个数据后直接计算温湿度值，对于CRC校验并没有使用，因为用的地方不多。若大家有想用到CRC校验的，可以参考官方给的驱动程序。计算方式也很简单，接收到的数据组成一个十六位的二字节数据，然后乘以100除以65535。将计算结果保存在参数指针中，需要注意的是保存的数值是先保存温度数据，然后是湿度数据，都是计算后的原始数据，没有做放大处理，传递的参数最好是大于等于2的单精度浮点型数组。

在main.c有调用SHT30驱动的例子，并将获取到的温湿度值通过串口打印出来。main.c文件代码如下

#include "board.h"
#include "SHT30.h"
#include "bflb_gpio.h"
struct bflb_device_s *gpio;
typedef enum
{
LED_STA_OFF = 0, /* 关闭 */
LED_STA_ON, /* 打开 */
LED_STA_LAST,
}LedSta;
void LED_Init()
{
/* 初始化绿灯，用来指示LED状态 */
gpio = bflb_device_get_by_name("gpio");
bflb_gpio_init(gpio, GPIO_PIN_14, GPIO_OUTPUT | GPIO_PULLUP | GPIO_SMT_EN | GPIO_DRV_0);
}
void LED_SetSta(LedSta _Sta)
{
if (_Sta)
{
/* 高电平打开LED */
bflb_gpio_set(gpio, GPIO_PIN_14);
}
else
{
/* 低电平关闭LED */
bflb_gpio_reset(gpio, GPIO_PIN_14);
}
}
int main(void)
{
float TempAndHumiVal[2] = {0};
LedSta LEDSta = LED_STA_ON;
board_init(); /* 板卡初始化 */
LED_Init(); /* LED初始化 */
SHT30_Init(); /* 初始化SHT30 */
LED_SetSta(LEDSta);
while (1)
{
/* 读取光照强度 */
if (SHT30_READ_OK == SHT30_ReadTempAndHumi(TempAndHumiVal))
{
printf("SHT30 Read Temperature is:%f Humidity is:%f\r\n",TempAndHumiVal[0],TempAndHumiVal[1]);
}
else
{
printf("SHT30 Read Err!!!\r\n");
}
bflb_mtimer_delay_ms(1000);
/* LED状态翻转，用来识别MCU是否正常工作 */
if (LED_STA_ON == LEDSta)
{
LEDSta = LED_STA_OFF;
}
else
{
LEDSta = LED_STA_ON;
}
LED_SetSta(LEDSta);
}
}

复制代码

其中除了通过板载的绿色LED灯闪烁来告诉程序正常运行外，与SHT30有关的代码就两行，一行是SHT30初始化调用SHT30_Init(); /* 初始化SHT30 */，主要是初始化板子外设的IIC0，通信速率设置为400Kbps。另外是调用SHT30读取温湿度函数SHT30_ReadTempAndHumi(TempAndHumiVal)，并通过串口将温湿度值打印出来。打印结果如下