SHT20温湿度传感器

由瑞士Sensirion推出的 SHT20数字温湿度传感器，基于领先世界的CMOSens ® 数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连，大大缩短研发时间、简化外围电路并降低费用。此外，体积微小、响应迅速、低能耗、可浸没、抗干扰能力强、温湿一体，兼有露点测量，性价比高，使该产品能够适于多种场合的应用。

模块来源

采购链接：
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a21n57.1.0.0.700a523chCfvAP&id=615550651141&ns=1&abbucket=0

资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1HrQkwECvGgQSHvt_RNdLdA

规格参数

工作电压：2.1~3.6V
工作电流：0.1~1000uA
温度精度：±0.3℃
温度范围：-40~125℃
湿度范围：0~100 %RH
湿度精度：±3%RH
输出方式: IIC
管脚数量：4 Pin

移植过程

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。

查看资料

开始传输后，随后先传输首字节包括I2C设备地址(7bit）和一个SDA方向位（R:1, W:0）。

一个时钟发送一个位，在第8个下降沿之后，通过拉低SDA引脚（ACK位为0），只是传感器数据接收正常。在发出测量命令之后（‘1110’‘0011’代表温度测量，‘1110’‘0101’代表相对湿度测量，这种为主机模式），MCU必须等待测量完成。

WARNING

📌 主机模式和主机模式:①主机模式：测量过程中，SCL线被封锁（由传感器控制），在测量时，SHT2x将SCL拉低强制主机进入等待状态。当释放SCL线，表示传感器内部工作接收，可以继续进行数据传送

灰色的部分是传感器控制的，当传感器给MCU返回数据时，每返回一个字节，MCU要返回一个ACK信号，当接收完毕之后，返回一个NACK并接着传输停止时序（P）。

注：校验和可以不需要，不需要则就在数据接收完之后返回NACK

②非主机模式：测量过程中，SCL线是开发状态，可进行其它通信，可以在总线上处理其它I2C总线通信任务。
当MCU要对传感器状态进行查询时，先发起一个开始信号，在发送从机地址和SDA方向位（写），此时从机匹配地址成功，则发送ACK信号，并开始测量。如果传感器完成了测量过程，并且发送ASK信号，那么MCU就可以读取相关数据。如果测量没有完成，传感器发送NACK信号，此时MCU必须重新发送启动传输时序，直至测量完成，MCU读取数据。

注意：测量的数据，温度和湿度均为两个字节。而且无论哪一种传输模式，测量的最大分辨率最大是14bit，数据的第二个字节SDA上最后两位是用来标记相关状态信息。其中bit1表示测量类型（0是温度，1是湿度）

灰色的区域是传感器控制的，如果不需要校验和，那么在接收完两个字节的数据之后就MCU直接发出NACK信号再接着发出停止时序(P)，则结束通信。

通常测量的最长时间取决于测量类型和分辨率.

在计算MCU通信时间时，测量温度选择最长测量时间是85ms，而测量相对湿度选择最长的时间是29ms。

传感器内部设置的默认分辨率为相对湿度12位和温度14位。SDA的输出数据被转换成两个字节的数据包，高字节MSB在前(左对齐)。每个字节后面都跟随一个应答位。两个状态位，即 LSB的后两位在进行物理计算前须置0。
计算湿度：其中SRH表示我们读取到的湿度原始数据。

计算温度：其中ST表示我们读取到的温度原始数据。

引脚选择

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_sht20.c与bsp_sht20.h。移植完成后面修改相关代码。

详细可见【TTP224触摸传感器】中的移植至工程目录。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。

在文件bsp_sht20.c中，编写如下代码

 /******************************************************************************
   * 测试硬件：立创开发板·GD32E230C8T6    使用主频72Mhz    晶振8Mhz
   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
   * 功能介绍:
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#include "bsp_sht20.h"
#include "systick.h"
#include "stdio.h"

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SHT20_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：对IIC引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：
******************************************************************/
void SHT20_GPIO_Init(void)
{
                //打开SDA与SCL的引脚时钟
        rcu_periph_clock_enable(RCU_SCL);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_SDA);

        //设置SCL引脚模式为上拉输出
        gpio_mode_set(PORT_SCL, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SCL);
        //设置引脚为开漏模式，翻转速度2MHz
        gpio_output_options_set(PORT_SCL, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_SCL);
        //设置引脚输出高电平SCL等待信号
        gpio_bit_write(PORT_SCL, GPIO_SCL, SET);

        //设置SDA引脚
        gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);
        gpio_output_options_set(PORT_SDA, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_SDA);
        gpio_bit_write(PORT_SDA, GPIO_SDA, SET);

}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();

        SDA(1);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);

        SDA(0);
        delay_1us(5);
        SCL(0);
        delay_1us(5);

}
/******************************************************************
 * 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_1us(5);
        SDA(1);
        delay_1us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答
 * 函 数 形 参：0应答  1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_1us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else         SDA(1);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Wait_Ack
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1=无应答   0=有应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/

unsigned char IIC_Wait_Ack(void)
{

        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SDA_IN();
    SDA(1);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        while( (GETSDA()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                ack_flag--;
                delay_1us(5);
        }

        if( ack_flag <= 0 )
        {
                IIC_Stop();
                return 1;
        }
        else
        {
                SCL(0);
                SDA_OUT();
        }
        return ack;
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Write
 * 函 数 说 明：IIC写一个字节
 * 函 数 形 参：dat写入的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Write(unsigned char 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_1us(3);
                        dat<<=1;
                        delay_1us(6);
                        SCL(1);
                        delay_1us(4);
                        SCL(0);
                        delay_1us(4);

        }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Read
 * 函 数 说 明：IIC读1个字节
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读出的1个字节数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char IIC_Read(void)
{
        unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
        {
        SCL(0);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        receive<<=1;
        if( GETSDA() )
        {
            receive|=1;
        }
        delay_1us(5);
    }
  return receive;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SHT20_Read
 * 函 数 说 明：测量温湿度
 * 函 数 形 参：regaddr寄存器地址 regaddr=0xf3测量温度 =0x35测量湿度
 * 函 数 返 回：regaddr=0xf3时返回温度，regaddr=0xf5时返回湿度
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float SHT20_Read(unsigned char regaddr)
{
    unsigned char data_H = 0;
    unsigned char data_L = 0;
    float temp = 0;
    IIC_Start();
    IIC_Write(0x80|0);
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("error -1\r\n");
    IIC_Write(regaddr);
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("error -2\r\n");

    do{
    delay_1us(10);
    IIC_Start();
    IIC_Write(0x80|1);

    }while( IIC_Wait_Ack() == 1 );

    delay_1us(20);

    data_H = IIC_Read();
    IIC_Send_Ack(0);
    data_L = IIC_Read();
    IIC_Send_Ack(1);
    IIC_Stop();

    if( regaddr == 0xf3 )
    {
        temp = ((data_H<<8)|data_L) / 65536.0 * 175.72 - 46.85;
    }
    if( regaddr == 0xf5 )
    {
        temp = ((data_H<<8)|data_L) / 65536.0 * 125.0 - 6;
    }
   return temp;
}

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在文件bsp_sht20.h中，编写如下代码

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   * 测试硬件：立创开发板·GD32E230C8T6    使用主频72Mhz    晶振8Mhz
   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
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#ifndef _BSP_SHT20_H_
#define _BSP_SHT20_H_

#include "gd32e23x.h"


#define RCU_SCL  RCU_GPIOA
#define PORT_SCL GPIOA
#define GPIO_SCL GPIO_PIN_1

#define RCU_SDA  RCU_GPIOA
#define PORT_SDA GPIOA
#define GPIO_SDA GPIO_PIN_2


#define SDA_IN()  {gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_INPUT,  GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);}        //SDA输入模式
#define SDA_OUT() {gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);}  //SDA输出模式

#define SCL(BIT)  gpio_bit_write( PORT_SCL, GPIO_SCL, BIT?SET:RESET)
#define SDA(BIT)  gpio_bit_write( PORT_SDA, GPIO_SDA, BIT?SET:RESET)
#define GETSDA()  gpio_input_bit_get( PORT_SDA, GPIO_SDA)


void SHT20_GPIO_Init(void);
float SHT20_Read(unsigned char regaddr);
#endif

移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

 /******************************************************************************
   * 测试硬件：立创开发板·GD32E230C8T6    使用主频72Mhz    晶振8Mhz
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#include "gd32e23x.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_sht20.h"


int main(void)
{
        systick_config();                //滴答定时器初始化 1ms
        usart_gpio_config(115200);
        SHT20_GPIO_Init();
        delay_1ms(1000);
        printf("demo start\r\n");
        while(1)
        {
                printf("temperature = %.2f ℃\r\n",SHT20_Read(0xf3));
                printf("humidity = %.2f %%RH\r\n",SHT20_Read(0xf5));
                delay_1ms(1000);
        }
}

移植现象：每隔一秒测量一次温湿度，并发送至串口0。

移植成功示例，见 文件2.24.4-1 。

文件下载

文件2.24.4-1 移植成功示例

人体红外传感器

人体红外感应模块使用的是热释电红外传感器，它是利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，利用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。产品应用广泛，例如:保险装置、防盗报警器、感应门、自动灯具、智能玩具等。

模块来源

采购链接： https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c-s.w4002-19589090137.18.2b9836b4sjtBQL&id=608680529121)
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1Bu0DL-1quXvY1Ede4c9ELw
提取码：8888

规格参数

工作电压：4.5~20V
工作电流：<50uA
电平输出：高3.3V/低0V
感应角度：<100度锥角
输出方式: GPIO
管脚数量：3 Pin

移植过程

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。

查看资料

全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平；

4、两种触发方式：（可跳线选择）

不可重复触发方式: 即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；
可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。

HC-SR501人体感应模块使用说明

感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3 次，一分钟后进入待机状态。
避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。
感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A 元B 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大。

引脚选择

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_HumanIR.c与bsp_HumanIR.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。
详细可见【TTP224触摸传感器】中的移植至工程目录（点我查看）。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。

空白工程文件（包含了usart串口的文件：直接连接PA9和PA10引脚就可以使用）

文件下载

文件2.15.3.3-1 空白工程

在文件bsp_HumanIR.c中，编写如下代码

 /******************************************************************************
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   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
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#include "bsp_HumanIR.h"
#include "systick.h"

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：HumanIR_Init
 * 函 数 说 明：人体红外模块初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void HumanIR_Init(void)
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_HUMANIR);   // 开启时钟
    gpio_mode_set(PORT_HUMANIR,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_HUMANIR);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_HumanIR
 * 函 数 说 明：获取人体红外输出引脚的电平状态
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：0=感应到人体红外    1=未感应到人体红外
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
char Get_HumanIR(void)
{
    return ( gpio_input_bit_get(PORT_HUMANIR, GPIO_HUMANIR)?1:0);
}

在文件bsp_HumanIR.h中，编写如下代码
 /******************************************************************************
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   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
   * 功能介绍:
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#ifndef _BSP_HUMANIR_H_
#define _BSP_HUMANIR_H_

#include "gd32e23x.h"


#define RCU_HUMANIR    RCU_GPIOA
#define PORT_HUMANIR   GPIOA
#define GPIO_HUMANIR    GPIO_PIN_1

void HumanIR_Init(void);
char Get_HumanIR(void);
#endif

移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

 /******************************************************************************
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#include "gd32e23x.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_HumanIR.h"

int main(void)
{
        systick_config();                //滴答定时器初始化 1ms
        HumanIR_Init();
        usart_gpio_config(115200U);
        while(1)
        {
                printf("%d\r\n", Get_HumanIR() );

        }
}

移植现象：检测到人时输出1，未检测到人时输出0；

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