STM32CubeMX | 29-使用硬件I2C读取甲醛传感器SGP30
本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件I2C外设读取环境光强度传感器数据（BH1750）。
1. 准备工作
开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）。
SGP30传感器模块
SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物室内气体传感器，内集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号，主要是对空气质量进行检测。TVOC（Total Volatile Organic Compounds，总挥发性有机物）是一项重要指标，一般我们可以用它来反映甲醛的浓度，所以SGP主要用于甲醛的检测，另外还可以用于监测CO2浓度。
SGP引脚的定义如下：
典型应用电路如下：
电气特性如下：
二氧化碳浓度含量会影响人类的生活作息，整理出二氧化碳浓度含量与人体生理反应如下：
350～450ppm：同一般室外环境
350～1000ppm：空气清新，呼吸顺畅。
>1000ppm：感觉空气浑浊，并开始觉得昏昏欲睡。
2.生成MDK工程
选择芯片型号
打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：
搜索并选中芯片STM32L431RCT6:
配置时钟源
- 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
- 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；
这里我都使用外部时钟：
配置串口
小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：
这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。
接下来开始配置USART1：
配置硬件I2C
首先选择将SGP30传感器接在哪个I2C接口上，如图：
接下来开始配置I2C接口1：
配置时钟树
STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：
生成工程设置
代码生成设置
最后设置生成独立的初始化文件：
生成代码
点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：
3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码
重定向printf函数
参考：【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。
4. 编写SGP30驱动程序
驱动源码：https://github.com/Mculover666/HAL_Driver_Lib
参考Sensirion_Gas_Sensors_SGP30_Datasheet_EN.PDF.pdf进行编程。
宏定义SGP30器件地址
先来编写sgp30.h头文件，SGP30的器件地址在数据手册中已给出：
注意数据手册中给出了8位数据，只有低7位用作地址，结合原理图，可以定义如下：
#define SGP30_ADDR 0x58
#define SGP30_ADDR_WRITE SGP30_ADDR<<1 //0xb0
#define SGP30_ADDR_READ (SGP30_ADDR<<1)+1 //0xb1
传感器数据封装
typedef struct sgp30_data_st {
uint16_t co2;
uint16_t tvoc;
}sgp30_data_t;
枚举SHT30命令列表
参考数据手册，在sgp30.h头文件中给出如下枚举定义：
typedef enum sgp30_cmd_en {
/* 初始化空气质量测量 */
INIT_AIR_QUALITY = 0x2003,
/* 开始空气质量测量 */
MEASURE_AIR_QUALITY = 0x2008
} sgp30_cmd_t;
发送命令函数
/**
* @brief 向SGP30发送一条指令(16bit)
* @param cmd SGP30指令
* @retval 成功返回HAL_OK
*/
static uint8_t sgp30_send_cmd(sgp30_cmd_t cmd)
{
uint8_t cmd_buffer[2];
cmd_buffer[0] = cmd >> 8;
cmd_buffer[1] = cmd;
return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, SGP30_ADDR_WRITE, (uint8_t*) cmd_buffer, 2, 0xFFFF);
}
复位函数
/**
* @brief 软复位SGP30
* @param none
* @retval 成功返回HAL_OK
*/
static int sgp30_soft_reset(void)
{
uint8_t cmd = 0x06;
return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x00, &cmd, 1, 0xFFFF);
}
SGP30初始化函数
/**
* @brief 初始化SGP30空气质量测量模式
* @param none
* @retval 成功返回0，失败返回-1
*/
int sgp30_init(void)
{
int status;
status = sgp30_soft_reset();
if (status != HAL_OK) {
return -1;
}
HAL_Delay(100);
status = sgp30_send_cmd(INIT_AIR_QUALITY);
HAL_Delay(100);
return status == 0 ? 0 : -1;
}
发送一次测量开始命令
/**
* @brief 初始化SGP30空气质量测量模式
* @param none
* @retval 成功返回HAL_OK
*/
static int sgp30_start(void)
{
return sgp30_send_cmd(MEASURE_AIR_QUALITY);
}
从SGP30读取一次数据并校验解析
在数据手册中可知，SGP30分别在co2浓度之后和TVOC浓度数据之后发送了8-CRC校验码，确保了数据可靠性。
关于CRC校验请参考我的另一篇博客：如何通俗的理解CRC校验并用C语言实现。
SGP30校验的参数已经在数据手册中给出：
编写CRC-8校验函数如下：
#define CRC8_POLYNOMIAL 0x31
uint8_t CheckCrc8(uint8_t* const message, uint8_t initial_value)
{
uint8_t remainder; //余数
uint8_t i = 0, j = 0; //循环变量
/* 初始化 */
remainder = initial_value;
for(j = 0; j < 2;j++)
{
remainder ^= message[j];
/* 从最高位开始依次计算 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if (remainder & 0x80)
{
remainder = (remainder << 1)^CRC8_POLYNOMIAL;
}
else
{
remainder = (remainder << 1);
}
}
}
/* 返回计算的CRC码 */
return remainder;
}
接下来编写读取并校验数据的函数：
/**
* @brief 读取一次空气质量数据
* @param none
* @retval 成功返回0，失败返回-1
*/
int spg30_read(void)
{
int status;
uint8_t recv_buffer[6]={0};
/* 启动测量 */
status = sgp30_start();
if (status != 0) {
printf("sgp30 start fail\r\n");
return -1;
}
HAL_Delay(100);
/* 读取测量数据 */
status = HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, SGP30_ADDR_READ, (uint8_t*)recv_buffer, 6, 0xFFFF);
if (status != HAL_OK) {
printf("I2C Master Receive fail\r\n");
return -1;
}
/* 校验接收的测量数据 */
if (CheckCrc8(&recv_buffer[0], 0xFF) != recv_buffer[2]) {
printf("co2 recv data crc check fail\r\n");
return -1;
}
if (CheckCrc8(&recv_buffer[3], 0xFF) != recv_buffer[5]) {
printf("tvoc recv data crc check fail\r\n");
return -1;
}
/* 转换测量数据 */
sgp30_data.co2 = recv_buffer[0] << 8 | recv_buffer[1];
sgp30_data.tvoc = recv_buffer[3] << 8 | recv_buffer[4];
return 0;
}
5. 测试SHT30驱动程序
在main.c中包含头文件：
#include 在main函数中对该驱动进行测试，修改main函数：
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("SGP30 Test By mculover666\r\n");
if (-1 == sgp30_init()) {
printf("sgp30 init fail\r\n");
/* 因为是裸机，所以直接进入死机 */
while(1);
}
printf("sgp30 init success\r\n");
/* USER CODE END 2 */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if( -1 == spg30_read()) {
printf("sgp30 read fail\r\n");
}
else {
printf("sgp30 read success, co2:%4d ppm, tvoc:%4d ppd\r\n", sgp30_data.co2, sgp30_data.tvoc);
}
HAL_Delay(2000);
}
/* USER CODE END 3 */
}
测试结果如图：
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