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

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

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 移植成功示例