STM32 SHT10溫濕度傳感器的信號采集

ID:99624 · 發表于 2015-12-27 04:08

本帖最后由 51黑ren 于 2015-12-27 04:09 編輯

首先講講SHT10這款溫室度傳感器。SHT1x（包括SHT10,SHT11和SHT15）屬于Sersirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。更之前我講過的DHT11這款溫濕度傳感器相比，體積小了許多，特別適合用于產品中。SHT10溫濕度傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件（文縐縐的），傳感器內部有一個精度高達14為位的A/D轉換器，適應串行接口電路實現無縫連接。該產品具有品質卓越、響應速度速度快，抗干擾能力強、性價比高等優點。
   1、接口定義：
  SHT10的接口定義如下圖所示：

如上圖所示，1腳為GND，4腳為VDD。它的供電電壓范圍為2.4~5.5V，建議的電壓為3.3V，在電源引腳(VDD、GND)之間必須加上一個0.1uf的電容，應于去耦濾波用。它的2腳DATA為數據引腳，3腳SCK為時鐘控制引腳，沒有發現這兩個引腳很像IIC所使用的引腳功能？沒錯，這個傳感器確實可以認為是IIC接口，但是又有卻別。該傳感器不能按照IIC的協議編址，但是，如果IIC總線上沒有掛接別的元件，傳感器可以直接連到IIC總線上，但是單片機必須按照傳感器的協議工作。傳感器與單片機的接線如下圖所示：

2、傳感器的通訊

   2.1、“啟動傳輸”時序
用一組“啟動傳輸”時序來完成數據傳輸的初始化。它包括：當SCK時鐘高電平時DATA翻轉為低電平，緊接著SCK變成低電平，隨后是在SCK時鐘高電平，隨后是在SCK時鐘高電平DATA翻轉位高電平。時序如下：

2.2、復位時序
如果與SHT1x 通訊中斷，可通過下列信號時序復位：當DATA 保持高電平時，觸發SCK 時鐘9 次或更多。時序圖如下：

2.3、命令集
傳感器的命令包含三個地址位（目前只支持000，這就是他只能掛接在空閑的IIC總線上的原因）和五個命令位。。SHT1x 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8 個SCK 時鐘的下降沿之后，將DATA 下拉為低電平（ACK 位）。在第9 個SCK 時鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復高電平）。命令集如下：

2.4、溫濕度測量
發布一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約20/80/320ms，分別對應8/12/14bit 測量。確切的時間隨內部晶振速度，最多可能有-30%的變化。。SHT1x 通過下拉DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結束�？刂破髟谠俅斡|發SCK 時鐘前，必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。檢測數據可以先被存儲，這樣控制器可以繼續執行其它任務在需要時再讀出數據。
在收到CRC 的確認位之后，表明通訊結束。如果不使用CRC-8 校驗，控制器可以在測量值LSB 后，通過保持ACK高電平終止通訊。在測量和通訊完成后，SHT1x 自動轉入休眠模式。

2.5、狀態寄存器
SHT1x 的某些高級功能可以通過給狀態寄存器發送指令來實現，如選擇測量分辨率，電量不足提醒，使用 OTP 加載或啟動加熱功能等。狀態寄存器度、寫如下：

狀態寄存器寫

狀態寄存器讀

狀態寄存器的具體描述如下表所示：

測量分辨率：默認分辨率 14bit (溫度) 和 12bit (濕度) 可以被降低為 12 和 8bit. 尤其適用于要求測量速度極高或者功耗極低的應用。
電量不足檢測功能：在電壓不足 2.47V 發出警告。精度為±0.05 V。
加熱：可通過向狀態寄存器內寫入命令啟動傳感器內部加熱器.。加熱器可以使傳感器的溫度高于周圍環境 5 – 10°C12 。功耗大約為 8mA @ 5V 。
OPT加載：開啟此功能，標定數據將在每次測量前被上傳到寄存器。如果不開啟此功能，可減少大約 10ms的測量時間。
上面的寄存器如果沒有什么特殊要求或應用于特定的場合，則無需配置，選擇默認就可以了。

2.6、通訊過程
傳感器的通訊過程為：發送”啟動傳輸“時序，初始化傳感器——>發送命令——>等待傳感器應答，及測量結束——>接收傳感器的16位數據值——>接收8為的CRC校驗數據——>休眠，等待下一次傳輸開始。
傳輸的過程的測量時序可以由下圖示意：

上圖中 TS = 傳輸開始, MSB = 高有效字節,LSB =低有效字節, LSb = 低有效位。
下面舉個實際測量時的相對濕度測量時序例子。時序如下：

這張圖可以知道：我們接收到的數據數值為”0000 0100 0011 0001“ = 1073 = 35.50% RH （位含溫度補償），至于怎么計算的，請接著往下看。

   2.7、信號轉化
   2.7.1 溫度的轉化
設T 2 1 SOt為從傳感器上讀出來的測量數值，我們需要用下面的公式將測量數值轉換成整整的溫度值。
T = d1 + d2 * SOt  (其中d1，d2的值根據實際情況選擇，選項如下)

2.7.2 濕度的轉換
濕度的轉換公式如下：

。其中濕度的轉化參數如下選擇：根據采樣的精度不同而不同。

99%以上的濕度已經接近飽和必須經過處理顯示100%RH13.請注意濕度傳感器對電壓無依賴性。測量值與相對濕度的轉化如下圖所示：

相對濕度根據上面的參數與公式算出來之后，還需要考慮當前環境溫度而進行適當的補償。補償的公式及其參數選擇如下：

   2.7.3、露點的計算
露點的定義：露點溫度指空氣在此溫度下能保持最多的水汽，當溫度冷卻到露點，空氣變得飽和，就會出現霧、露或霜。
SHT1x 并不直接進行露點測量,，但露點可以通過溫度和濕度讀數計算得到.。由于溫度和濕度在同一塊集成電路上測量，SHT1x 可測量露點。一塊集成電路上測量，SHT1x 可測量露點。下面直接給出結論性的露點計算公式了。
LogEW=（0.66077＋7.5*T/（237.3＋T）＋（log10（RH）－2）
露點：Dp=（（0.66077-logEW）*237.3/（logEW－8.16077）
例如：RH=10% T=25C  ->EW=23.7465->露點=-8.69℃
  RH=90% T=50C  ->EW=92.4753->露點=47.89℃

2.8、STM32上的SHT10驅動程序
   2.8.1、SHT10.h文件的編寫
這個文件主要定義些重要的參數，以及更硬件相關的一些定義。

/*************************************************************
\(^o^)/
Copyright (C), 2013-2020, ZheJiang University of Technology
File name : SHT10.h
Author : ziye334
Version : V1.0
Data : 2014/3/10
Description: Digital temperature and humidity sensor driver code
*************************************************************/
#ifndef __SHT10_H__
#define __SHT10_H__
#include "stm32f10x.h"
enum {TEMP, HUMI};
/* GPIO相關宏定義 */
#define SHT10_AHB2_CLK RCC_APB2Periph_GPIOD
#define SHT10_DATA_PIN GPIO_Pin_0
#define SHT10_SCK_PIN GPIO_Pin_1
#define SHT10_DATA_PORT GPIOD
#define SHT10_SCK_PORT GPIOD
#define SHT10_DATA_H() GPIO_SetBits(SHT10_DATA_PORT, SHT10_DATA_PIN) //拉高DATA數據線
#define SHT10_DATA_L() GPIO_ResetBits(SHT10_DATA_PORT, SHT10_DATA_PIN) //拉低DATA數據線
#define SHT10_DATA_R() GPIO_ReadInputDataBit(SHT10_DATA_PORT, SHT10_DATA_PIN) //讀DATA數據線
#define SHT10_SCK_H() GPIO_SetBits(SHT10_SCK_PORT, SHT10_SCK_PIN) //拉高SCK時鐘線
#define SHT10_SCK_L() GPIO_ResetBits(SHT10_SCK_PORT, SHT10_SCK_PIN) //拉低SCK時鐘線
/* 傳感器相關宏定義 */
#define noACK 0
#define ACK 1
//addr command r/w
#define STATUS_REG_W 0x06 //000 0011 0 寫狀態寄存器
#define STATUS_REG_R 0x07 //000 0011 1 讀狀態寄存器
#define MEASURE_TEMP 0x03 //000 0001 1 測量溫度
#define MEASURE_HUMI 0x05 //000 0010 1 測量濕度
#define SOFTRESET 0x1E //000 1111 0 復位
void SHT10_Config(void);
void SHT10_ConReset(void);
u8 SHT10_SoftReset(void);
u8 SHT10_Measure(u16 *p_value, u8 *p_checksum, u8 mode);
void SHT10_Calculate(u16 t, u16 rh,float *p_temperature, float *p_humidity);
float SHT10_CalcuDewPoint(float t, float h);
#endif

復制代碼

2.8.2、SHT10.c驅動程序的編寫
不廢話了，直接貼代碼：

/*************************************************************
\(^o^)/
File name : SHT10.c
Author : ziye334
Version : V1.0
Data : 2014/3/10
Description: Digital temperature and humidity sensor driver code
*************************************************************/
#include "SHT10.h"
#include <math.h>
/*************************************************************
Function ：SHT10_Dly
Description：SHT10時序需要的延時
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_Dly(void)
{
u16 i;
for(i = 500; i > 0; i--);
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_Config
Description：初始化 SHT10引腳
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//初始化SHT10引腳時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(SHT10_AHB2_CLK ,ENABLE);
//PD0 DATA 推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SHT10_DATA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(SHT10_DATA_PORT, &GPIO_InitStructure);
//PD1 SCK 推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SHT10_SCK_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(SHT10_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);
SHT10_ConReset(); //復位通訊
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_DATAOut
Description：設置DATA引腳為輸出
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_DATAOut(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//PD0 DATA 推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SHT10_DATA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(SHT10_DATA_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_DATAIn
Description：設置DATA引腳為輸入
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_DATAIn(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//PD0 DATA 浮動輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SHT10_DATA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(SHT10_DATA_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_WriteByte
Description：寫1字節
Input : value:要寫入的字節
return : err: 0-正確 1-錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_WriteByte(u8 value)
{
u8 i, err = 0;
SHT10_DATAOut(); //設置DATA數據線為輸出
for(i = 0x80; i > 0; i /= 2) //寫1個字節
{
if(i & value)
SHT10_DATA_H();
else
SHT10_DATA_L();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_L();
SHT10_Dly();
}
SHT10_DATAIn(); //設置DATA數據線為輸入,釋放DATA線
SHT10_SCK_H();
err = SHT10_DATA_R(); //讀取SHT10的應答位
SHT10_SCK_L();
return err;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_ReadByte
Description：讀1字節數據
Input : Ack: 0-不應答 1-應答
return : err: 0-正確 1-錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_ReadByte(u8 Ack)
{
u8 i, val = 0;
SHT10_DATAIn(); //設置DATA數據線為輸入
for(i = 0x80; i > 0; i /= 2) //讀取1字節的數據
{
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
if(SHT10_DATA_R())
val = (val | i);
SHT10_SCK_L();
}
SHT10_DATAOut(); //設置DATA數據線為輸出
if(Ack)
SHT10_DATA_L(); //應答，則會接下去讀接下去的數據(校驗數據)
else
SHT10_DATA_H(); //不應答，數據至此結束
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_L();
SHT10_Dly();
return val; //返回讀到的值
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_TransStart
Description：開始傳輸信號，時序如下：
_____ ________
DATA: |_______|
___ ___
SCK : ___| |___| |______
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_TransStart(void)
{
SHT10_DATAOut(); //設置DATA數據線為輸出
SHT10_DATA_H();
SHT10_SCK_L();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
SHT10_DATA_L();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_L();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
SHT10_DATA_H();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_L();
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_ConReset
Description：通訊復位，時序如下：
_____________________________________________________ ________
DATA: |_______|
_ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ ___
SCK : __| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |__| |______| |___| |______
Input : none
return : none
*************************************************************/
void SHT10_ConReset(void)
{
u8 i;
SHT10_DATAOut();
SHT10_DATA_H();
SHT10_SCK_L();
for(i = 0; i < 9; i++) //觸發SCK時鐘9c次
{
SHT10_SCK_H();
SHT10_Dly();
SHT10_SCK_L();
SHT10_Dly();
}
SHT10_TransStart(); //啟動傳輸
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_SoftReset
Description：軟復位
Input : none
return : err: 0-正確 1-錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_SoftReset(void)
{
u8 err = 0;
SHT10_ConReset(); //通訊復位
err += SHT10_WriteByte(SOFTRESET);//寫RESET復位命令
return err;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_ReadStatusReg
Description：讀狀態寄存器
Input : p_value-讀到的數據；p_checksun-讀到的校驗數據
return : err: 0-正確 0-錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_ReadStatusReg(u8 *p_value, u8 *p_checksum)
{
u8 err = 0;
SHT10_TransStart(); //開始傳輸
err = SHT10_WriteByte(STATUS_REG_R);//寫STATUS_REG_R讀取狀態寄存器命令
*p_value = SHT10_ReadByte(ACK); //讀取狀態數據
*p_checksum = SHT10_ReadByte(noACK);//讀取檢驗和數據
return err;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_WriteStatusReg
Description：寫狀態寄存器
Input : p_value-要寫入的數據值
return : err: 0-正確 1-錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_WriteStatusReg(u8 *p_value)
{
u8 err = 0;
SHT10_TransStart(); //開始傳輸
err += SHT10_WriteByte(STATUS_REG_W);//寫STATUS_REG_W寫狀態寄存器命令
err += SHT10_WriteByte(*p_value); //寫入配置值
return err;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_Measure
Description：從溫濕度傳感器讀取溫濕度
Input : p_value-讀到的值；p_checksum-讀到的校驗數
return : err: 0-正確 1—錯誤
*************************************************************/
u8 SHT10_Measure(u16 *p_value, u8 *p_checksum, u8 mode)
{
u8 err = 0;
u32 i;
u8 value_H = 0;
u8 value_L = 0;
SHT10_TransStart(); //開始傳輸
switch(mode)
{
case TEMP: //測量溫度
err += SHT10_WriteByte(MEASURE_TEMP);//寫MEASURE_TEMP測量溫度命令
break;
case HUMI:
err += SHT10_WriteByte(MEASURE_HUMI);//寫MEASURE_HUMI測量濕度命令
break;
default:
break;
}
SHT10_DATAIn();
for(i = 0; i < 72000000; i++) //等待DATA信號被拉低
{
if(SHT10_DATA_R() == 0) break; //檢測到DATA被拉低了，跳出循環
}
if(SHT10_DATA_R() == 1) //如果等待超時了
err += 1;
value_H = SHT10_ReadByte(ACK);
value_L = SHT10_ReadByte(ACK);
*p_checksum = SHT10_ReadByte(noACK); //讀取校驗數據
*p_value = (value_H << 8) | value_L;
return err;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_Calculate
Description：計算溫濕度的值
Input : Temp-從傳感器讀出的溫度值；Humi-從傳感器讀出的濕度值
p_humidity-計算出的實際的濕度值；p_temperature-計算出的實際溫度值
return : none
*************************************************************/
void SHT10_Calculate(u16 t, u16 rh, float *p_temperature, float *p_humidity)
{
const float d1 = -39.7;
const float d2 = +0.01;
const float C1 = -2.0468;
const float C2 = +0.0367;
const float C3 = -0.0000015955;
const float T1 = +0.01;
const float T2 = +0.00008;
float RH_Lin; //RH線性值
float RH_Ture; //RH真實值
float temp_C;
temp_C = d1 + d2 * t; //計算溫度值
RH_Lin = C1 + C2 * rh + C3 * rh * rh; //計算濕度值
RH_Ture = (temp_C -25) * (T1 + T2 * rh) + RH_Lin; //濕度的溫度補償，計算實際的濕度值
if(RH_Ture > 100) //設置濕度值上限
RH_Ture = 100;
if(RH_Ture < 0.1)
RH_Ture = 0.1; //設置濕度值下限
*p_humidity = RH_Ture;
*p_temperature = temp_C;
}
/*************************************************************
Function ：SHT10_CalcuDewPoint
Description：計算露點
Input : h-實際的濕度；t-實際的溫度
return : dew_point-露點
*************************************************************/
float SHT10_CalcuDewPoint(float t, float h)
{
float logEx, dew_point;
logEx = 0.66077 + 7.5 * t / (237.3 + t) + (log10(h) - 2);
dew_point = ((0.66077 - logEx) * 237.3) / (logEx - 8.16077);
return dew_point;
}
2.8.3、main函數的編寫：
int main(void)
{
u16 humi_val, temp_val;
u8 err = 0, checksum = 0;
float humi_val_real = 0.0;
float temp_val_real = 0.0;
float dew_point = 0.0;
BSP_Init();
printf("\nSHT10溫室度測試程序!!!\n");
SHT10_Config();
while(1)
{
err += SHT10_Measure(&temp_val, &checksum, TEMP); //獲取溫度測量值
err += SHT10_Measure(&humi_val, &checksum, HUMI); //獲取濕度測量值
if(err != 0)
SHT10_ConReset();
else
{
SHT10_Calculate(temp_val, humi_val, &temp_val_real, &humi_val_real); //計算實際的溫濕度值
dew_point = SHT10_CalcuDewPoint(temp_val_real, humi_val_real); //計算露點溫度
}
printf("當前環境溫度為:%2.1f℃，濕度為:%2.1f%%，露點溫度為%2.1f℃\r\n", temp_val_real, humi_val_real, dew_point);
LED1_Toggle();
Delay_ms(1000);
}
}

復制代碼

ID:118396 · 發表于 2016-5-18 14:07

謝謝分享

ID:52002 · 發表于 2017-3-5 20:27

感謝分享，最近在學習iic知識

ID:62289 · 發表于 2017-3-5 20:59

真給力!!

ID:81465 · 發表于 2017-5-3 15:48

謝謝分享，剛好學到

ID:55247 · 發表于 2017-5-16 10:18

BSP_Init();這個函數怎么定義的？

ID:261582 · 發表于 2018-1-26 20:26

謝謝分享

ID:261582 · 發表于 2018-1-26 20:26

謝謝分享，剛好學到

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

久久久久久久999_99精品久久精品一区二区爱城_成人欧美一区二区三区在线播放_国产精品日本一区二区不卡视频_国产午夜视频_欧美精品在线观看免费

STM32 SHT10溫濕度傳感器的信號采集

相關帖子