传感器i2c与arduino连接_Arduino I2C + 温湿度传感器Si7021

 

Si7021是Silicon Labs生产的温湿度传感器芯片。其主要特性：

湿度精度：误差典型值+/-2%RH，最大值+/-3%RH(0~80%RH)，出厂已校正

温度精度：误差典型值+/-0.3°C，最大值+/-0.4°C(-10°C~85°C)，出厂已校正

测量范围：温度范围0~100%RH；温度范围最大-40°C~125°C

工作电压：1.9~3.6V

低功耗：工作时150μA，待机时60nA

接口：I2C，最大速率支持400kbps

长期稳定性：湿度≤0.25%RH/yr，温度≤0.01°C/yr

封装：3x3 mm DFN

片上集成加热器(heater)

可选的疏水性保护盖

与Arduino的连接

由于Arduino UNO的工作电压是5V，而Si7021无法在5V电平下工作，二者的连接需要电平转换。转换的方法是在Si7021和Arduino中间通过I2C Logic Level Converter进行连接。双向逻辑电平转换器的原理可参考Philips Semiconductor的应用笔记“Bi-directional level shifter for i2c bus and other systems”。转换器两端都自带了I2C总线需要的上拉电阻。

功能调试

1. Si7021测量过程中，可以选择让其将SCL拉低(Hold Master Mode)，或者不回应MCU发来的讯息(No Hold Master Mode)。

2. 相对湿度测量包含了温度测量；温度测量可以单独进行。

3. 进行相对湿度或温度测量时，MCU对测量值低字节是否发送ACK，决定了Si7021是否返回CRC校验码。当读取上次相对湿度测量时的温度值时，Si7021不回复CRC校验码。以下代码中有一半内容是CRC校验相关的，并不是必须的，CRC算法也未进行优化。

4. 当Si7021用于环境测量时，芯片放置、PCB热阻隔设计对测量精度、响应时间有很大影响，具体可参见官方“Si70xx Humidity Sensor Designer's Guide”文档。

测试代码

1 /*

2 Measurement of relative humidity and temperature using Si70213 */

4

5 #include

6

7 #define ADDRESS_SI7021 0x40

8 #define MEASURE_RH_HOLD 0xE5

9 #define READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT 0xE0

10

11 byte buffer[] = {0, 0, 0};12 bytecrcHumi;13

14 word outHumi = 0;15 word outTemp = 0;16 float valueHumi = 0;17 float valueTemp = 0;18

19 voidsetup()20 {21 Wire.begin();22 Serial.begin(9600);23 }24

25 voidloop()26 {27 //perform a RH measurement and read back the RH value

28 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021);29 Wire.write(MEASURE_RH_HOLD);30 Wire.endTransmission();31

32 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 3);33 if(Wire.available() >= 3)34 {35 buffer[0] = Wire.read(); //high byte

36 buffer[1] = Wire.read(); //low byte

37 buffer[2] = Wire.read(); //crc

38 }39 outHumi = (buffer[0]<<8) | buffer[1];40 crcHumi = CRC8(buffer, 3);41

42 //read temperature from previous RH measurement

43 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021);44 Wire.write(READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT);45 Wire.endTransmission();46

47 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 2);48 if(Wire.available() >= 2)49 {50 buffer[0] = Wire.read(); //high byte

51 buffer[1] = Wire.read(); //low byte; no crc

52 }53 outTemp = (buffer[0]<<8) | buffer[1];54

55 valueHumi = 125.0*outHumi/65536 - 6;56 valueTemp = 175.72*outTemp/65536 - 46.85;57

58 Serial.print(valueHumi); Serial.print("\%RH\t");59 Serial.print(valueTemp); Serial.println("`C");60

61 if (crcHumi == 0 && outHumi != 0 && outTemp != 0)62 {63 Serial.println("CRC checked.");64 }65 else

66 {67 Serial.println("Error!");68 }69

70 delay(4000);71 }72

73 byte CRC8(byte *data, bytelen)74 {75 byte crc[8];76 byte result = 0;77 bytei;78 bytedoInvert;79 String bitString =MakeString(data, len);80

81 for (i = 0; i < 8; i++)82 {83 crc[i] = 0;84 }85

86 for (i = 0; i < bitString.length(); i ++)87 {88 doInvert = (byte(bitString[i] == '1')) ^ crc[7];89 crc[7] = crc[6];90 crc[6] = crc[5];91 crc[5] = crc[4] ^doInvert;92 crc[4] = crc[3] ^doInvert;93 crc[3] = crc[2];94 crc[2] = crc[1];95 crc[1] = crc[0];96 crc[0] =doInvert;97 }98

99 for (i = 0; i < 8; i++)100 {101 bitWrite(result, i, crc[i]);102 }103

104 returnresult;105 }106

107 String MakeString(byte *data, bytelen)108 {109 inti, j;110 String tempString[len];111 String bitString="";112

113 for (i = 0; i < len; i++)114 {115 tempString[i] =String(data[i], BIN);116 int zeros = 8 -tempString[i].length();117 for (j = 0; j < zeros; j++)118 {119 tempString[i] = '0' +tempString[i];120 }121 }122

123 for (i = 0; i < len; i++)124 {125 bitString = bitString +tempString[i];126 }127

128 returnbitString;129 }

View Code

若连接正常，Si7021将会每隔4秒触发一次测量，并通过串口打印结果：

参考资料