STM32与SHT1X温湿度传感器通讯

在这次项目开发中应用到了SHT1X温湿度传感器，该系列有SHT10、SHT11和SHT15，属于Sersirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，传感器内部有一个精度高达14为位的A/D转换器。更详细资料请参考说明书。

1、硬件介绍

现在对本次使用的SHT15作简要介绍。其引脚定义如下：

引脚	名称	描述
1	GND	地
2	DATA	串行数据, 双向
3	SCK	串行时钟, 输入口
4	VDD	电源
NC	NC	必须为空

SHT1X温湿度传感器使用的2线通讯，类是于I2C总线，但并不相同，使用普通的GPIO就可实现通讯。此次采用STM32F103VET6来操作SHT15，具体的连接方式如下：

SCK 用于微处理器与SHT1x 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK 频率。

DATA 引脚为三态结构，用于读取传感器数据 . 当向传感器发送命令时, DATA 在 SCK 上升沿有效且在 SCK 高电平时必须保持稳定。 DATA 在 SCK 下降沿之后改变。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如： 10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。

2、通讯实现

现在说明一下传感器通讯的实现。首先看一看其操作命令。传感器的命令包含三个地址位（目前只支持000，这就是只能挂接在空闲的IIC总线上的原因）和五个命令位。SHT1x 会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8个SCK 时钟的下降沿之后，将DATA 下拉为低电平（ACK 位）。在第9个SCK 时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。命令集如下：

命令	代码
预留	0000x
温度测量	00011
湿度测量	00101
读状态寄存器	00111
写状态寄存器	00110
预留	0101x-1110x
软复位, 接口复位, 状态寄存器复位即恢复为默认状态.在要发送下一个命令前，至少等待 11ms.	11110

接下来具体说说各种该命令操作的实现：

2.1、启动时序

用一组“启动传输”时序来完成数据传输的初始化。它包括：当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变成低电平，随后是在SCK时钟高电平，随后是在SCK时钟高电平DATA翻转位高电平。时序如下：

具体的编码实现如下：

/*SHT1X启动时序操作*/
void StartSHT1XOperation(BusPinOperation *SetBusPin)
{
  /*将data线设置为输出模式*/
  SetDataPineDirection(Out);
  
  SetBusPin[DataPin](Set);
  SetBusPin[SckPin](Reset);
  Delayus(10);
  
  SetBusPin[SckPin](Set);
  Delayus(5);
  SetBusPin[DataPin](Reset);
  Delayus(5);
  SetBusPin[SckPin](Reset);
  Delayus(10);
  SetBusPin[SckPin](Set);
  Delayus(5);
  SetBusPin[DataPin](Set);
  Delayus(10);
  SetBusPin[SckPin](Reset);
}

2.2、通讯复位

如果与SHT1x 通讯中断，可通过下列信号时序复位：当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多。时序图如下：

具体的编码实现如下：

/*SHT1X通讯复位*/
void ResetSHT1XCommunication(BusPinOperation *SetBusPin)
{
  /*将data线设置为输出模式*/
  SetDataPineDirection(Out);
  Delayms(1);
  
  SetBusPin[DataPin](Set);
  SetBusPin[SckPin](Reset);
  
  for(int i=0;i<9;i++)
  {
    SetBusPin[SckPin](Set);
    Delayus(10);
    SetBusPin[SckPin](Reset);
    Delayus(10);
  }
  
  StartSHT1XOperation(SetBusPin);
}

同时也可以实现软件复位，状态寄存器复位为默认状态。在要发送下一个命令前，至少等待 11ms。具体实现如下：

/*对SHT1X实现软件复位*/
uint8_t Sht1xSoftwareReset(BusPinOperation *SetBusPin)
{
  uint8_t err = 0;
    
  ResetSHT1XCommunication(SetBusPin);
  err=err+WriteByteT0Sht1x(SOFTWARE_RESET,SetBusPin);
  return err;
}

2.3、操作状态寄存器

SHT1x 的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率，电量不足提醒，使用 OTP 加载或启动加热功能等。

/*读状态寄存器*/
uint8_t ReadStatusRegister(uint8_t *pValue,uint8_t *pCheckSum,BusPinOperation *SetBusPin)
{
  uint8_t err=0;
  
  StartSHT1XOperation(SetBusPin);
  err=WriteByteT0Sht1x(READ_STATUS_REGISTER,SetBusPin);
  *pValue=ReadByteFromSht1x( Ack,SetBusPin);
  *pCheckSum=ReadByteFromSht1x( noAck,SetBusPin);
  
  return err;
}

/*写状态寄存器*/
uint8_t WriteStatusRegister(uint8_t *pValue,BusPinOperation *SetBusPin)
{
  uint8_t err=0;
  
  StartSHT1XOperation(SetBusPin);
  err +=WriteByteT0Sht1x(WRITE_STATUS_REGISTER,SetBusPin);
  err +=WriteByteT0Sht1x(*pValue,SetBusPin);
  
  return err;
}

2.4、温湿度的读取和计算

发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度RH，‘00000011’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit 测量。根据本人测试8位时，15ms可以；12位时，70ms可以；14位时240ms可以。 SHT1x 通过下拉DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。

/*获取SHT1X的温度值*/
float GetSht1xTemperatureValue(float vdd,BusPinOperation *SetBusPin)
{
  float tempValue=0.0;
  uint16_t sot=0;
  uint8_t err=0;
  uint8_t highByte=0;
  uint8_t lowByte=0;
  uint8_t checkSum=0;
  StartSHT1XOperation(SetBusPin);
  WriteByteT0Sht1x(TEMP_MEAS_COMMAND,SetBusPin);
  SetDataPineDirection(In);
  Delayms(240);
  
  if(ReadDataPinBit() == 1)
  {
    err += 1;
  }
  highByte=ReadByteFromSht1x(Ack,SetBusPin);
  lowByte=ReadByteFromSht1x(Ack,SetBusPin);
  checkSum=ReadByteFromSht1x(noAck,SetBusPin);
  
  sot=(uint16_t)highByte;
  sot=(sot*256)+(uint16_t)lowByte;

  if(err != 0)
  {
    ResetSHT1XCommunication(SetBusPin);
  }
  else
  {
    tempValue=ConvertTemperatureData(sot,vdd);
  }
  
  return tempValue;
}

/*获取SHT1X的湿度值*/
float GetSht1xHumidityValue(float temp,BusPinOperation *SetBusPin)
{
  float humiValue=0.0;
  uint16_t sorh=0;
  uint8_t err=0;
  uint8_t highByte=0;
  uint8_t lowByte=0;
  uint8_t checkSum=0;
  
  StartSHT1XOperation(SetBusPin);
  WriteByteT0Sht1x(HUMI_MEAS_COMMAND,SetBusPin);
  SetDataPineDirection(In);
  Delayms(70);
  
  if(ReadDataPinBit() == 1)
  {
    err += 1;
  }
  highByte=ReadByteFromSht1x(Ack,SetBusPin);
  lowByte=ReadByteFromSht1x(Ack,SetBusPin);
  checkSum=ReadByteFromSht1x(noAck,SetBusPin);
    
  sorh=(highByte<<8)|lowByte;

  if(err != 0)
  {
    ResetSHT1XCommunication(SetBusPin);
  }
  else
  {
    humiValue=ConvertHumidityData(sorh,temp);
  }
  
  return humiValue;
}

对于其他的计算部分直接按公式便写即可。

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