STM32驱动温湿度传感器HTU21D

2018/04/21 STM32

1.简介

法国Humirel公司新一代HTU21D温度和湿度传感器在尺寸与智能方面建立了新的标准:它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚DFN 封装, 底面3x3mm ,高度1.1mm。传感器输出经过标定的数字信号,标准 I2C 格式

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HTU21D温度和湿度传感器为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测量数据。通过一个微控 制器的接口和模块连接达到温度和湿度数字输出。HTU21D 的分辨率可以通过输入命令进行改变(8/12bit 乃至12/14bit 的RH/T),传感器可以检测到电池低电量状态,并且输出校验和,有助于提高通信的可靠性。


2.规格参数

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25摄氏度,3.3V供电时的电气特性如下:

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数据手册下载地址如下:

温湿度敏感芯片传感器HTU21D

印刷板设计注意:

如果SCL 和SDA 信号线相互平行并且非常接近,有可能导致信号串扰和通讯失败。解决方法是在两个信号线之间放置VDD 或GND,将信号线隔开,或使用屏蔽电缆。此外,降低SCL 频率也可能提高信号传输的完整性。须在电源引脚(VDD, GND)之间加一个100nF 的去藕电容,用于滤波。此电容应尽量靠近传感器。

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引脚定义:

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本实验采用的为成品HTU21D模块,直接与 STM32 开发板连接即可。

引脚 说明
电源引脚 (VDD, GND) HTU21 的供电范围为 1.8VDC - 3.6VDC,推荐电压为 3.0V。电源(VDD)和接地(VSS)之间须连接一个0.1uF的去耦电容,且电容的位置应尽可能靠近传感器。
串行时钟输入(SCK) SCK 用于微处理器与 HTU21 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。
串行数据 (DATA) 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。当从传感器读取数据时, DATA 在 SCK 变低以后有效,且维持到下一个 SCK 的下降沿。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。

3.通讯过程

Htu21d遵循标准的 IIC 进行通信,关于 IIC 的介绍请看—>IIC专题(一)——基础知识准备。本文设计也多参考此篇文章–>STM32F10x_模拟I2C读写EEPROM

3.1 IIC启动信号

启动传输,发送一位数据时,包括 DATA 线在 SCK 线高电平期间一个向低电平的跳变。

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3.2 IIC停止信号

终止传输,停止发送数据时,包括 DATA 线在 SCK 线高电平期间一个向高电平的跳变。

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3.2 IIC数据传输

SCL时钟电平为低, 可以改换SDA数据线的电平,在SCL上升沿的过程将SDA数据发送出去。SCL为高电平时,SDA上的数据保持稳定。

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I2C 是以字节(8位)的方式进行传输,总线上每传输完1字节之后会有一个应答信号,应答信号总是由接收方来产生。通信过程的时钟由主器件(主机)提供。

IIC 写一字节:

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数据发送结束,进行应答操作。 0:表示从机应答,可以继续下一步操作; 1:表示从机非应答,不能进行下一步操作。

IIC读一字节:

IIC读取操作类似于发送,只是传输数据方向相反。

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3.3 IIC应答信号处理

等待应答:

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产生应答:

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产生非应答:

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4.HTU21D数据测量

测量命令如下表:

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本文采用非保持主机: //非主机模式

#define HTU_TEMP    0xf3
#define HTU_HUMI    0Xf5

在非主机模式下, MCU 需要对传感器状态进行查询。此过程通过发送一个启动传输时序,之后紧接着是如图所示的I2C 首字节(1000’0001)来完成。如果内部处理工作完成,单片机查询到传感器发出的确认信号后,相关数据就可以通过MCU 进行读取。如果测量处理工作没有完成,传感器无确认位(ACK)输出,此时必须重新发送启动传输时序。

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传感器初始化:

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传感器数据读取与转换:

传感器内部设置的默认分辨率为相对湿度12位和温度14 位。 SDA 的输出数据被转换成两个字节的数据包,高字节MSB 在前(左对齐)。每个字节后面都跟随一个应答位。两个状态位,即LSB 的后两位在进行物理计算前须置‘0’。

转换计算如下图:

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源代码实现:

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显示方式:

本实验通过串口打印和 TFTLCD 显示,串口打印有助于程序的调试。

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对于测量出来float的数值如何直接显示到LCD上,代码中简要的介绍了两种方式:

LCD显示方式1:sprintf函数将结果打印到test数组里,转换成字符串显示(LCD_ShowString)。

LCD显示方式2:将得到的数值拆分成整数和小数直接显示在液晶(LCD_ShowxNum)。

液晶显示直接参考正点原子的驱动。


源代码下载请转到—->I2C_Software_Htu21d

不足之处请大家一起交流。


参考:

1.STM32F10x_模拟I2C读写EEPROM 2.正点原子库函数

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