CW32模块使用 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 ® 数字传感威廉希尔官方网站 ，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。

一、模块来源

模块实物展示：

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

二 、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

以上信息见厂家资料文件

三、移植过程

我们的目标是将例程移植至CW32F030C8T6开发板上【能够测量环境温湿度】。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

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。

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

非主机模式：

测量过程中，SCL线是开发状态，可进行其他通信，可以在总线上处理其他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。

3.2引脚选择

模块接线图

3.3移植至工程

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_sht20.c与bsp_sht20.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_sht20.c中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#include "bsp_sht20.h"
#include "board.h"
#include "stdio.h"

void SHT20_GPIO_INIT(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // GPIO初始化结构体

    RCC_SHT20_ENABLE();        // 使能GPIO时钟

    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA|GPIO_SCL;   // 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_SHT20, &GPIO_InitStruct);   // 初始化
}

/******************************************************************
 * 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();

        SCL(0);
        SDA(1);
        SCL(1);

        delay_us(5);

        SDA(0);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(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_us(5);
        SDA(1);
        delay_us(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(uint8_t 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：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
******************************************************************/
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SDA_IN();
    SDA(1);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        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：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(uint8_t data)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                SDA( (data & 0x80) >> 7 );
                delay_us(2);
        data< <=1;
        delay_us(6);
                SCL(1);
                delay_us(4);
                SCL(0);
                delay_us(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
******************************************************************/
uint8_t 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_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        receive< <=1;
        if( SDA_GET() )
        {
            receive|=1;
        }
        delay_us(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=0xE3测量温度 =0xE5测量湿度
 * 函 数 返 回：regaddr=0xE3时返回温度，regaddr=0xE5时返回湿度
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float SHT20_Read(uint8_t 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 -1rn");
    IIC_Write(regaddr);
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("error -2rn");

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

    }while( IIC_Wait_Ack() == 1 );

    delay_us(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;

}

在文件bsp_sht20.h中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-20     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef __BSP_SHT20_H__
#define __BSP_SHT20_H__

#include "board.h"


//端口移植
#define RCC_SHT20_ENABLE()  __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define PORT_SHT20          CW_GPIOB


#define GPIO_SDA            GPIO_PIN_9
#define GPIO_SCL            GPIO_PIN_8


//设置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_SHT20, &GPIO_InitStruct);       
                     }
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN()    {        
                        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                
                        GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_SDA;                 
                        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;         
                        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;         
                        GPIO_Init(PORT_SHT20, &GPIO_InitStruct);       
                    }
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()       GPIO_ReadPin(PORT_SHT20, GPIO_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)          GPIO_WritePin(PORT_SHT20, GPIO_SDA, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )
#define SCL(x)          GPIO_WritePin(PORT_SHT20, GPIO_SCL, (x?GPIO_Pin_SET:GPIO_Pin_RESET) )


void SHT20_GPIO_INIT(void);
float SHT20_Read(unsigned char regaddr);




#endif

四、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_sht20.h"

#define T_ADDR     0xf3   // 温度
#define PH_ADDR    0xf5   // 湿度

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

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

    SHT20_GPIO_INIT();
    delay_ms(1000);
    printf("SHT20 Start!!rn");

    while(1)
    {
        printf("温度 = %.2f ℃rn",  SHT20_Read(T_ADDR) );
        printf("湿度 = %.2f %%RHrn",SHT20_Read(PH_ADDR) );

        printf("n");
        delay_ms(1000);
    }
}

上电现象：

模块移植成功案例代码：

链接：https://pan.baidu.com/s/13EW713tzDGwSDVUw--ouJQ?pwd=LCKF

提取码：LCKF

审核编辑 黄宇