2.11 SHT30温湿度传感器
2.11.1 模块来源
采购链接：
GY-SHT31-D 数字温湿度传感器模块
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1kisMJspcV6Qdr1ye9ElOlQ
2.11.2 规格参数
工作电压：2.4-5.5V
工作电流：0.2~1500uA
温度测量范围：-40~125℃
温度测量精度：±0.3℃
湿度测量范围：0~100%RH
湿度测量精度：±2%RH
输出方式: IIC
管脚数量：4 Pin
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文件2.11.2-1 产品规格书
工作电流：0.2~1500uA
温度测量范围：-40~125℃
温度测量精度：±0.3℃
湿度测量范围：0~100%RH
湿度测量精度：±2%RH
输出方式: IIC
管脚数量：4 Pin
2.11.3 移植过程
我们的目标是在梁山派GD32F470上能够测量温湿度的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。
2.11.3.1 查看资料
模块原理图
SHT30地址
数据手册上说明，当ADDR引脚接入VSS（接地）时，地址为0X44。而原理图上已经通过R14这个下拉电阻接地。不过需要注意的是，实际地址为0X44左移一位，因需要空出最低位给读写位，所以实际的地址是 0X44<<1。
测量模式
SHT30有两种测量模式，分别是单次测量模式和周期测量模式。
在单次测量模式下，发出一个测量命令就触发一次数据采集。每个数据都由一个16位的温度值和一个16位的湿度值(按此顺序)组成。在传输过程中，每个数据值后面总是跟着一个CRC校验和。但是在该模式下又分有时钟拉伸模式和时钟不拉伸模式，具体情况见下图。
并且在单次测量模式下，可以选择不同的测量命令。它们在可重复性(低、中、高)和时钟拉伸(启用或禁用)方面有所不同。这里的可重复性设置影响测量持续时间，从而影响传感器的总体能耗。
在周期测量模式下，时钟拉伸模式禁用，但是可以分为高中低的可重复性测量，测量周期为0.5、1、2、4、10（单位 次/秒）（这种模式下最快的测量速度是1秒10次）如果传感器在一种工作模式下正在测量数据，此时要发送其他命令（推荐先发送一次中断命令），让传感器停止当前的测量，进入单次测量模式，然后再发送命令。这里需要注意：如果测量频率过高，会导致传感器自热。
设置好周期测量模式的测量周期和可重复性强度后，随时可以进行测量读取数据，需要发送一个读取命令(0XE000)。一旦读取时序结束之后，寄存器中的数值就会清零，如果这时再一次读取数据将得到0。下一次测量结束后，寄存器的值就会重新写入。
2.11.3.2 引脚选择
| SHT30 | 立创·梁山派 |
|---|---|
| VIN | 5V |
| GND | GND |
| SCL | PB9 |
| SDA | PB8 |
2.11.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_sht30.c与bsp_sht30.h。见2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_sht30.c中，编写如下代码。
/********************************************************************************
* 文 件 名: bsp_sht30.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月19日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "bsp_sht30.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "systick.h"
//端口移植
#define RCU_SDA RCU_GPIOB
#define PORT_SDA GPIOB
#define GPIO_SDA GPIO_PIN_8
#define RCU_SCL RCU_GPIOB
#define PORT_SCL GPIOB
#define GPIO_SCL GPIO_PIN_9
//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT() gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_SDA)
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN() gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_SDA)
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET() gpio_input_bit_get(PORT_SDA,GPIO_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x) gpio_bit_write(PORT_SDA,GPIO_SDA, (x?SET:RESET))
#define SCL(x) gpio_bit_write(PORT_SCL,GPIO_SCL, (x?SET:RESET))
double Temperature = 0.0, Humidity = 0.0;
/******************************************************************
* 函 数 名 称：SHT30_GPIO_Init
* 函 数 说 明：SHT30的引脚初始化
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void SHT30_GPIO_Init(void)
{
/* 使能时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_SCL);
rcu_periph_clock_enable(RCU_SDA);
/* 配置SCL为输出模式 */
gpio_mode_set(PORT_SCL,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_SCL);
/* 配置为推挽输出 50MHZ */
gpio_output_options_set(PORT_SCL,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_SCL);
/* 配置SDA为输出模式 */
gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_SDA);
/* 配置为推挽输出 50MHZ */
gpio_output_options_set(PORT_SDA,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_SDA);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：IIC_Start
* 函 数 说 明：IIC起始时序
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT();
SCL(1);
SDA(0);
SDA(1);
delay_us(5);
SDA(0);
delay_us(5);
SCL(0);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：IIC_Stop
* 函 数 说 明：IIC停止信号
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
SCL(0);
SDA(0);
SCL(1);
delay_us(5);
SDA(1);
delay_us(5);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
* 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号
* 函 数 形 参：0发送应答 1发送非应答
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
SDA_OUT();
SCL(0);
SDA(0);
delay_us(5);
if(!ack) SDA(0);
else SDA(1);
SCL(1);
delay_us(5);
SCL(0);
SDA(1);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：I2C_WaitAck
* 函 数 说 明：等待从机应答
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：0有应答 1超时无应答
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{
char ack = 0;
unsigned char ack_flag = 10;
SCL(0);
SDA(1);
SDA_IN();
SCL(1);
while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
{
ack_flag--;
delay_us(5);
}
if( ack_flag <= 0 )
{
IIC_Stop();
return 1;
}
else
{
SCL(0);
SDA_OUT();
}
return ack;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Send_Byte
* 函 数 说 明：写入一个字节
* 函 数 形 参：dat要写人的数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Send_Byte(u8 dat)
{
int i = 0;
SDA_OUT();
SCL(0);//拉低时钟开始数据传输
for( i = 0; i < 8; i++ )
{
SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
__nop();
SCL(1);
delay_us(5);
SCL(0);
delay_us(5);
dat<<=1;
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Read_Byte
* 函 数 说 明：IIC读时序
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：读到的数据
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
SCL(0);
delay_us(5);
SCL(1);
delay_us(5);
receive<<=1;
if( SDA_GET() )
{
receive|=1;
}
delay_us(5);
}
SCL(0);
return receive;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：SHT31_Write_mode
* 函 数 说 明：在周期模式下设置测量周期与可重复性命令
* 函 数 形 参：dat设置命令
常用的有：每一秒采集0.5次 0x2024
每一秒采集1次 0x2126
每一秒采集2次 0x2220
每一秒采集4次 0x2334
每一秒采集10次 0x2721
* 函 数 返 回：
* 作 者：LC
* 备 注：
******************************************************************/
char SHT31_Write_mode(uint16_t dat)
{
IIC_Start();
// << 1 是将最后一位置0，设置为写命令
Send_Byte((0X44 << 1) | 0 );
//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 1;
//发送命令的高8位
Send_Byte((dat >> 8 ) );
//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 2;
//发送命令的低8位
Send_Byte(dat & 0xff );
//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 3;
// IIC_Stop();
return 0;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：crc8
* 函 数 说 明：CRC校验
* 函 数 形 参：data要校验的数据地址 len要校验的长度
* 函 数 返 回：校验后的值
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned char crc8(const unsigned char *data, int len)
{
const unsigned char POLYNOMIAL = 0x31;
unsigned char crc = 0xFF;
int j, i;
for (j=0; j<len; j++)
{
crc ^= *data++;
for ( i = 0; i <8; i++ )
{
crc = ( crc & 0x80 ) ? (crc << 1) ^ POLYNOMIAL : (crc << 1);
}
}
return crc;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：SHT30_Read
* 函 数 说 明：读取温湿度值
* 函 数 形 参：dat读取的命令
周期模式命令为：0xe000
单次模式命令为：0x2c06 or 0x2400
* 函 数 返 回：0读取成功 其他失败
* 作 者：LC
* 备 注：当前为周期模式读取，如使用单次模式，则将
* 【设置周期模式命令】下的命令注释即可。
******************************************************************/
char SHT30_Read(uint16_t dat)
{
uint16_t i = 0;
unsigned char buff[6] = {0};
uint16_t data_16 = 0;
float temp = 0;
float humi = 0;
//设置周期模式命令
SHT31_Write_mode(0x2130);//每1秒一次高重复测量(需要在周期模式下才有用)
IIC_Start();
Send_Byte( (0x44<<1) | 0);
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 1;
Send_Byte((dat >> 8 ));
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 2;
Send_Byte( dat & 0xff );
if( I2C_WaitAck() == 1 )return 3;
//如不使用超时判断，很容易数据错乱
do
{
//超时判断
i++;
if( i > 20 ) return 4;
delay_1ms(2);
IIC_Start();
Send_Byte((0X44 << 1) | 1 );//读
}while(I2C_WaitAck() == 1); //读取到温湿度数据则结束读命令
//温度高8位
buff[0] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
//温度低8位
buff[1] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
//温度CRC校验值
buff[2] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
//湿度高8位
buff[3] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
//湿度低8位
buff[4] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(0);
//湿度CRC校验值
buff[5] = Read_Byte();
IIC_Send_Ack(1);
IIC_Stop();
//CRC校验（将要校验的数值带入，查看计算后的校验值是否和读取到的校验值一致）
if( (crc8(buff,2) == buff[2]) && ( crc8(buff+3,2) == buff[5]) )
{
//计算温度值
data_16 =(buff[0]<<8) | buff[1];
Temperature = (data_16/65535.0)*175.0 - 45;
//计算湿度值
data_16 = 0;
data_16 =(buff[3]<<8) | buff[4];
Humidity = (data_16/65535.0) * 100.0;
printf("temp = %.2f\r\n",Temperature);
printf("humi = %.2f\r\n",Humidity);
return 0;
}
else
{
printf("校验失败\r\n");
}
return 5;
}
在文件bsp_sht30.h中，编写如下代码。
#ifndef _BSP_SHT30_H_
#define _BSP_SHT30_H_
#include "gd32f4xx.h"
extern double Temperature, Humidity;
#define u8 unsigned char
void SHT30_GPIO_Init(void);
char SHT30_Read(uint16_t dat);
#endif
2.11.4 移植验证
在自己工程中的main主函数中，编写如下。
/********************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2022年04月19日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "bsp_led.h"
#include "sys.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_basic_timer.h"
#include "bsp_pwm.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "bsp_sht30.h"
/************************************************
函数名称 ： main
功 能 ： 主函数
参 数 ： 无
返 回 值 ： 无
作 者 ： LC
*************************************************/
int main(void)
{
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); // 优先级分组
systick_config(); // 滴答定时器初始化
usart_gpio_config(9600U); // 串口0初始化
SHT30_GPIO_Init();
printf("start\r\n");
while(1)
{
SHT30_Read(0xe000);
delay_1ms(1000);
}
}
移植现象：每隔1秒读取一次温湿度，并通过串口输出。
移植成功示例，见文件2.11.4-1 。
文件2.11.4-1
