基于CW32模块的SHT30温湿度传感器设计

01 模块来源

模块实物展示：

02 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 以上信息见厂家资料文件

03 移植过程

我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【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读取数据，再移植至我们的工程。

3.1 查看资料

SHT30是采用的IIC通信，所以首先要了解IIC的地址与时序，再确定根据寄存器的设置。

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。

3.2 引脚选择

接线表

3.3 移植至工程

工程模板参考入门手册的工程模板

移植步骤中的导入.c和.h文件与【CW32模块使用】DHT11温湿度传感器相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_sht30.c与bsp_sht30.h。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。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */


#include "bsp_sht30.h"
#include "stdio.h"


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)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体


    RCC_SHT30_ENABLE();        // 使能GPIO时钟


    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SCL|GPIO_SDA;             // GPIO引脚
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;           // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;              // 输出速度高
    GPIO_Init(PORT_SHT30, &GPIO_InitStruct);              // 初始化
}




/******************************************************************
 * 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 );
                delay_us(1);
                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> 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_ms(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;


                return 0;
        }
        else
        {
                printf("校验失败
");
        }
        return 5;
}

‍

在文件bsp_sht30.h中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef _BSP_SHT30_H_
#define _BSP_SHT30_H_


#include "board.h"


extern double Temperature, Humidity;


#define u8 unsigned char


//端口移植
#define RCC_SHT30_ENABLE()  __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define PORT_SHT30               CW_GPIOB




#define GPIO_SDA                 GPIO_PIN_8
#define GPIO_SCL                 GPIO_PIN_9


//SDA输入模式
#define SDA_IN()    {      
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;   
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_SHT30, &GPIO_InitStruct);         
                    }
//SDA输出模式
#define SDA_OUT()   {     
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;      
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_SHT30, &GPIO_InitStruct);         
                     }
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_SHT30, GPIO_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)          GPIO_WritePin(PORT_SHT30, GPIO_SDA, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET ) )
#define SCL(x)          GPIO_WritePin(PORT_SHT30, GPIO_SCL, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET ) )






void SHT30_GPIO_Init(void);
char SHT30_Read(uint16_t dat);


#endif

‍04 移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_sht30.h"


int32_t main(void)
{
    board_init();        // 开发板初始化


    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200


    SHT30_GPIO_Init();


    printf("start
");
    while(1)
    {
        SHT30_Read(0xe000);


        printf("Temp = %.2f
",Temperature);
        printf("Humi = %.2f
",Humidity);
        printf("
");
        delay_ms(1000);


    }
}

移植现象：每隔1秒读取一次温湿度，并通过串口输出。