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桌面温湿度检测仪项目
六、温湿度获取

六、温湿度获取 ​

1 电路分析 ​

  桌面温湿度仪上使用一个SHT40温湿度传感器模块用于检测温湿度，SHT40采用IIC进行通信，模块上R8、R9是IIC通信的上拉电阻，起到“线与”的作用，支持挂载多个设备。

1.1 IIC介绍 ​

  IIC是一种两线式双向同步串行总线协议，双向的意思是指通信双方均可发送与接受数据；同步是指通信双方具有相同的时钟脉冲（SCL线）。

  • 在IIC中把设备分为主设备与从设备，一般来说，谁控制时钟线谁就是主设备；
  • IIC设备均有一个器件地址，在多个设备通信时，根据器件地址来进行辨别；
  • IIC是半双工通信，同一时间内仅支持单向通信（只有一根数据线）；
  • 单片机的IIC引脚通常设置为开漏输出，通过外部的上拉电阻来输出高电平，这样做的好处是防止多个设备通信时，信号混乱。

   在整个IIC通信过程中，主要包含以下几个过程；

  • 主机开始时序；
  • 主机发送地址时序；
  • 主机等待从机应答时序；
  • 主机发送读/写数据时序；
  • 主机等待从机应答时序；
  • 停止时序；
C
//SCL为高电平期间，SDA从高电平往低电平进行跳变
//延时时间根据期间不同需要进行对应的改变
void iic_start(void)
{
    IIC_SDA(1);
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(0);
    iic_delay();
}
C
//SCL为高电平期间，SDA从低电平往高电平跳变
void iic_stop(void)
{
    IIC_SDA(0);
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(1);
    iic_delay();
}
C
//有应答返回0，没有应答返回1
uint8_t iic_wait_ack(void)
{
    IIC_SDA(1);		//主机释放SDA总线
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);		//拉高时钟线，等待从机返回ACK
    iic_delay();
    if(IIC_READ_SDA() == 1)	//如果数据线没有变化
    {
        iic_stop();
        return 1;
    }
    IIC_SCL(0);		//SCL低电平表示结束ACK检查
    iic_delay();
    return 0;
}
C
void iic_ack(void)
{
    IIC_SCL(0);		//先拉低时钟线
    iic_delay();
    IIC_SDA(0);		//数据线为低电平，表示应答
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
}
C
void iic_nack(void)
{
    IIC_SCL(0);		//先拉低时钟线
    iic_delay();
    IIC_SDA(1);		//数据线为高电平，表示非应答
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
}
C
void iic_send_byte(uint8_t data)
{
    uint8_t i = 0;
    for(i =0;i<8;i++)
    {
        IIC_SDA((data&0x80)>>7);
        iic_delay();
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();
        IIC_SCL(0);
        data=data<<1;
    }
    IIC_SDA(1);
}
C
uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
    uint8_t receive = 0;
    uint8_t i = 0;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        receive = receive<<1;
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();
        if(IIC_READ_SDA()==1)
        {
            receive++;
        }
        IIC_SCL(0);
        iic_delay();
    }
    if(ack){
        iic_ack();
    }
    else{
        iic_nack();
    }
    return receive;
}

1.2 SHT40IIC介绍 ​

  找到并打开SHT40的相关数据手册，重点查看IIC地址与数据传输协议。由数据手册可知，0x44是IIC地址；当地址最低位是0，表示读数据，最低位是1，表示写数据；   当发送0xFD指令时，代表高精度测量温湿度；通过对数据进行公式计算可以得出温湿度； SHT40温湿度传感器数据手册

2 代码编写 ​

2.1 创建工程 ​

2.2 设置参数 ​

  根据原理图，设置晶振引脚、下载引脚、SHT40-IIC引脚、数码管引脚的参数；

  注意打开I2C功能，否则不会生成实际IIC代码，相关设置基本不需要改动；

  将SN74HC595引脚设置为推挽输出、快速模式，同时依据原理图对其进行重命名，方便后续代码编写；

  配置时钟树，这里主晶振没有使用外部而是内部晶振，外部低速晶振暂时没有使用，先不需要配置；

  最后填写输出工程的名称，选择工程输出路径以及适配的IDE；

  生成相关文件的.c与.h文件；

  选择HAL库；

  创建工程，随后打开，这个Cubemx软件就可以关闭了；

2.3 编译配置过程 ​

  正常应该是0错误0警告；

  点击魔术棒，选择debug，选择合适的下载器，并配置下载器选项；

2.4编写测试代码 ​

  在gpio.c文件的用户区编写测试代码，SN74HC595的引脚初始化已经生成好了，这里将之前编写好的数码管显示驱动移植过来，这个步骤我就不重复介绍了；
  在工程中，增多了一个i2c文件，这里存放有相关的初始化代码；重点是i2c的句柄变量，这个后续在进行i2c协议发送和接收时都会使用，这个句柄在i2c.h头文件中进行了声明，后续我们直接使用即可。

  这里直接在主函数中编写相关的SHT40驱动代码；根据前面SHT40相关的介绍，这里我们直接调用HAL库的主机IIC发送函数即可；
主机发送函数调用参数说明（接收函数基本一致）；

  • *hi2c------------IIC句柄；
  • DevAddress----设备地址，8位数据，在发送内会自动在末尾进行填充；
  • *pData----------待发送的数据；
  • Size-------------数据长度；
  • Timeout--------响应超时时间；

  在主函数中对温湿度进行读取，同时放大十倍后取出每一个数据在数码管上进行显示。注意SHT40地址，默认是7位，发送是8位，需要进行左移，然后加入发送与读取指令在最后一位，虽然HAL库代码中已经给我们自动添加了，这里我们手动也填充一下，防止后续移植出问题。
  在循环中不要加入延时操作，因为数码管是采用留影的效果进行显示，若时间较长显示效果就变差了。

C
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
C
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (uint16_t)SHT40_Write, (uint8_t *)writeData, 1, HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(10);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, (uint16_t)SHT40_Read, (uint8_t *)readData, 6, HAL_MAX_DELAY);

Temperature = (1.0 * 175 * (readData[0] * 256 + readData[1])) / 65535.0 - 45;
Humidity = (1.0 * 125 * (readData[3] * 256 + readData[4])) / 65535.0 - 6.0;
C
#define SHT40_Write (0x44<<1)   		//写入地址
#define SHT40_Read  ((0x44<<1)+1)   	//读出地址
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint16_t num = 0;
	uint8_t writeData[1] = {0xFD};
	uint8_t readData[6] = {0};
	uint16_t Temp = 0,Humi = 0;
	double Temperature = 0;
	double Humidity = 0;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */
	HAL_DeInit();
  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	//使数码管全部熄灭
  HAL_Delay(100);
  SN74HC595_Send_Data(SN_DIG,0x00);
  SN74HC595_Send_Data(SN_LED1,0x00);
  SN74HC595_Send_Data(SN_LED2,0x00);
    HAL_Delay(100);
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (uint16_t)SHT40_Write, (uint8_t *)writeData, 1, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_Delay(10);
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, (uint16_t)SHT40_Read, (uint8_t *)readData, 6, HAL_MAX_DELAY);

    Temperature = (1.0 * 175 * (readData[0] * 256 + readData[1])) / 65535.0 - 45;
    Humidity = (1.0 * 125 * (readData[3] * 256 + readData[4])) / 65535.0 - 6.0;

    Temp = (uint16_t)(Temperature * 10);
    Humi = (uint16_t)(Humidity * 10);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
		num++;
		if(num < 100)
		{
			ShowNum(1,1,Temp/100);
			ShowNum(1,2,Temp/ 10 % 10);
			ShowNum(1,3,Temp%10);
		}
		else if(num < 200)
		{
			ShowNum(2,1,Humi/100);
			ShowNum(2,2,Humi/ 10 % 10);
			ShowNum(2,3,Humi%10);
		}
		else{
			num = 0;
			ShowNum(1,1,Temp/100);
			ShowNum(1,2,Temp/ 10 % 10);
			ShowNum(1,3,Temp%10);
		}
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

2.5 模板工程下载 ​

桌面温湿度检测仪资料下载