2021年07月22日 | 【STM32Cube_15】使用硬件I2C读取温湿度传感器数据（SHT30）

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件I2C外设，读取SHT30温湿度传感器的数据并通过串口发送。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板
  首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：

• SHT30温湿度传感器
  SHT30温湿度传感器是一个完全校准的、现行的、带有温度补偿的数字输出型传感器，具有 2.4V-5.5V 的宽电压支持，使用IIC接口进行通信，最高速率可达1M并且有两个用户可选地址，除此之外，它还具有8个引脚的DFN超小封装，如图：

SHT30的原理图如下：

软件准备

• 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；

• 准备一个串口调试助手，这里我使用的是Serial Port Utility；

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；

• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置串口

小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：

这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。

接下来开始配置USART1：

配置I2C接口

查看小熊派E53接口的原理图：

接下来开始配置I2C接口1：

配置时钟树

STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码

重定向printf( )函数

参考： 【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。

修改I2C初始化代码的小BUG

4. 编写SHT30驱动程序

参考 SHT30数据手册.pdf进行编程。

宏定义SHT30器件地址

先来编写sht30_i2c_drv.h头文件，SHT30的器件地址由ADDR端口的高低电平决定：

注意数据手册中给出了8位数据，只有低7位用作地址，结合原理图，可以定义如下：

/* ADDR Pin Conect to VSS */

#define SHT30_ADDR_WRITE 0x44<<1 //10001000

#define SHT30_ADDR_READ (0x44<<1)+1 //10001011

枚举SHT30命令列表

参考数据手册，在sht30_i2c_drv.h头文件中给出如下枚举定义：

typedef enum

{

/* 软件复位命令 */

SOFT_RESET_CMD = 0x30A2,

/*

单次测量模式

命名格式：Repeatability_CS_CMD

CS： Clock stretching

*/

HIGH_ENABLED_CMD = 0x2C06,

MEDIUM_ENABLED_CMD = 0x2C0D,

LOW_ENABLED_CMD = 0x2C10,

HIGH_DISABLED_CMD = 0x2400,

MEDIUM_DISABLED_CMD = 0x240B,

LOW_DISABLED_CMD = 0x2416,

/*

周期测量模式

命名格式：Repeatability_MPS_CMD

MPS：measurement per second

*/

HIGH_0_5_CMD = 0x2032,

MEDIUM_0_5_CMD = 0x2024,

LOW_0_5_CMD = 0x202F,

HIGH_1_CMD = 0x2130,

MEDIUM_1_CMD = 0x2126,

LOW_1_CMD = 0x212D,

HIGH_2_CMD = 0x2236,

MEDIUM_2_CMD = 0x2220,

LOW_2_CMD = 0x222B,

HIGH_4_CMD = 0x2334,

MEDIUM_4_CMD = 0x2322,

LOW_4_CMD = 0x2329,

HIGH_10_CMD = 0x2737,

MEDIUM_10_CMD = 0x2721,

LOW_10_CMD = 0x272A,

/* 周期测量模式读取数据命令 */

READOUT_FOR_PERIODIC_MODE = 0xE000,

} SHT30_CMD;

发送命令函数

/**

* @brief 向SHT30发送一条指令(16bit)

* @param cmd —— SHT30指令（在SHT30_MODE中枚举定义）

* @retval 成功返回HAL_OK

*/

static uint8_t SHT30_Send_Cmd(SHT30_CMD cmd)

{

uint8_t cmd_buffer[2];

cmd_buffer[0] = cmd >> 8;

cmd_buffer[1] = cmd;

return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, SHT30_ADDR_WRITE, (uint8_t* cmd_buffer, 2, 0xFFFF);

}

复位函数

/**

* @brief 复位SHT30

* @param none

* @retval none

*/

void SHT30_reset(void)

{

SHT30_Send_Cmd(SOFT_RESET_CMD);

HAL_Delay(20);

}

SHT30工作模式初始化函数（周期测量模式）

/**

* @brief 初始化SHT30

* @param none

* @retval 成功返回HAL_OK

* @note 周期测量模式

*/

uint8_t SHT30_Init(void)

{

return SHT30_Send_Cmd(MEDIUM_2_CMD);

}

从SHTY30读取一次数据（周期测量模式下）

从SHT30数据手册中可以得到在周期测量模式下读取一次数据的时序，如图：

根据该时序可以看出，首先要发送读数据的命令，然后接收6个字节的数据，编写程序如下：

/**

* @brief 从SHT30读取一次数据

* @param dat —— 存储读取数据的地址（6个字节数组）

* @retval 成功 —— 返回HAL_OK

*/

uint8_t SHT30_Read_Dat(uint8_t* dat)

{

SHT30_Send_Cmd(READOUT_FOR_PERIODIC_MODE);

return HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, SHT30_ADDR_READ, dat, 6, 0xFFFF);

}

从接收数据中校验并解析温度值和湿度值

在数据手册中可知，SHT30分别在温度数据和湿度数据之后发送了8-CRC校验码，确保了数据可靠性。

关于CRC校验请参考我的另一篇博客： 如何通俗的理解CRC校验并用C语言实现。

CRC-8校验程序如下：

#define CRC8_POLYNOMIAL 0x31

uint8_t CheckCrc8(uint8_t* const message, uint8_t initial_value)

{

uint8_t remainder; //余数

uint8_t i = 0, j = 0; //循环变量

/* 初始化 */

remainder = initial_value;

for(j = 0; j < 2;j++)

{

remainder ^= message[j];

/* 从最高位开始依次计算 */

for (i = 0; i < 8; i++)

{

if (remainder & 0x80)

{

remainder = (remainder << 1)^CRC8_POLYNOMIAL;

}

else

{

remainder = (remainder << 1);

}

}

}

/* 返回计算的CRC码 */

return remainder;

}

计算温度值和湿度值的公式在数据手册中已给出，如图：

接下来编写解析数据的函数：

/**

* @brief 将SHT30接收的6个字节数据进行CRC校验，并转换为温度值和湿度值

* @param dat —— 存储接收数据的地址（6个字节数组）

* @retval 校验成功 —— 返回0

* 校验失败 —— 返回1，并设置温度值和湿度值为0

*/

uint8_t SHT30_Dat_To_Float(uint8_t* const dat, float* temperature, float* humidity)

{

uint16_t recv_temperature = 0;

uint16_t recv_humidity = 0;

/* 校验温度数据和湿度数据是否接收正确 */

if(CheckCrc8(dat, 0xFF) != dat[2] || CheckCrc8(&dat[3], 0xFF) != dat[5])

return 1;

/* 转换温度数据 */

recv_temperature = ((uint16_t)dat[0]<<8)|dat[1];

*temperature = -45 + 175*((float)recv_temperature/65535);

/* 转换湿度数据 */

recv_humidity = ((uint16_t)dat[3]<<8)|dat[4];

*humidity = 100 * ((float)recv_humidity / 65535);

return 0;

}

5. 测试SHT30驱动程序

在main函数中对该驱动进行测试，在main.c中添加如下代码：

#include

#include "sht30_i2c_drv.h"

int main(void)

{

/* USER CODE BEGIN 1 */

uint8_t recv_dat[6] = {0};

float temperature = 0.0;

float humidity = 0.0;

/* USER CODE END 1 */

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_I2C1_Init();

MX_USART1_UART_Init();

/* USER CODE BEGIN 2 */

SHT30_Reset();

if(SHT30_Init() == HAL_OK)

printf("sht30 init ok.n");

else

printf("sht30 init fail.n");

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while (1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

HAL_Delay(1000);

if(SHT30_Read_Dat(recv_dat) == HAL_OK)

{

if(SHT30_Dat_To_Float(recv_dat, &temperature, &humidity)==0)

{

printf("temperature = %f, humidity = %fn", temperature, humidity);

}

else

{

printf("crc check fail.n");

}

}

else

{

printf("read data from sht30 fail.n");

}

}

/* USER CODE END 3 */

}

测试结果如图：

至此，我们已经学会如何使用硬件IIC接口读取温湿度传感器数据并使用软件CRC校验（SHT30），下一节将讲述如何使用硬件CRC校验SHT30的数据。