GD32F470_GY-SHT31-D 数字温湿度传感器模块移植

2.11 SHT30温湿度传感器
2.11.1 模块来源
采购链接：
GY-SHT31-D 数字温湿度传感器模块
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1kisMJspcV6Qdr1ye9ElOlQ

2.11.2 规格参数
工作电压：2.4-5.5V
工作电流：0.2~1500uA
温度测量范围：-40~125℃
温度测量精度：±0.3℃
湿度测量范围：0~100%RH
湿度测量精度：±2%RH
输出方式: IIC
管脚数量：4 Pin
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文件2.11.2-1 产品规格书

工作电流：0.2~1500uA
温度测量范围：-40~125℃
温度测量精度：±0.3℃
湿度测量范围：0~100%RH
湿度测量精度：±2%RH
输出方式: IIC
管脚数量：4 Pin

2.11.3 移植过程
我们的目标是在梁山派GD32F470上能够测量温湿度的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。
2.11.3.1 查看资料
模块原理图
在这里插入图片描述
SHT30地址
数据手册上说明，当ADDR引脚接入VSS（接地）时，地址为0X44。而原理图上已经通过R14这个下拉电阻接地。不过需要注意的是，实际地址为0X44左移一位，因需要空出最低位给读写位，所以实际的地址是 0X44<<1。
在这里插入图片描述

测量模式
SHT30有两种测量模式，分别是单次测量模式和周期测量模式。
在单次测量模式下，发出一个测量命令就触发一次数据采集。每个数据都由一个16位的温度值和一个16位的湿度值(按此顺序)组成。在传输过程中，每个数据值后面总是跟着一个CRC校验和。但是在该模式下又分有时钟拉伸模式和时钟不拉伸模式，具体情况见下图。
在这里插入图片描述
并且在单次测量模式下，可以选择不同的测量命令。它们在可重复性(低、中、高)和时钟拉伸(启用或禁用)方面有所不同。这里的可重复性设置影响测量持续时间，从而影响传感器的总体能耗。

在周期测量模式下，时钟拉伸模式禁用，但是可以分为高中低的可重复性测量，测量周期为0.5、1、2、4、10（单位次/秒）（这种模式下最快的测量速度是1秒10次）如果传感器在一种工作模式下正在测量数据，此时要发送其他命令（推荐先发送一次中断命令），让传感器停止当前的测量，进入单次测量模式，然后再发送命令。这里需要注意：如果测量频率过高，会导致传感器自热。
在这里插入图片描述
设置好周期测量模式的测量周期和可重复性强度后，随时可以进行测量读取数据，需要发送一个读取命令(0XE000)。一旦读取时序结束之后，寄存器中的数值就会清零，如果这时再一次读取数据将得到0。下一次测量结束后，寄存器的值就会重新写入。
在这里插入图片描述

2.11.3.2 引脚选择

SHT30	立创·梁山派
VIN	5V
GND	GND
SCL	PB9
SDA	PB8

在这里插入图片描述
2.11.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_sht30.c与bsp_sht30.h。见2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_sht30.c中，编写如下代码。

/********************************************************************************* 文 件 名: bsp_sht30.c* 版 本 号: 初版* 修改作者: LC* 修改日期: 2023年04月19日* 功能介绍:          ******************************************************************************* 注意事项:
*********************************************************************************/#include "bsp_sht30.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "systick.h"//端口移植
#define RCU_SDA RCU_GPIOB
#define PORT_SDA GPIOB
#define GPIO_SDA GPIO_PIN_8#define RCU_SCL RCU_GPIOB
#define PORT_SCL GPIOB
#define GPIO_SCL GPIO_PIN_9//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT()        gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_SDA)
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN()        gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_SDA)
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()        gpio_input_bit_get(PORT_SDA,GPIO_SDA)
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)          gpio_bit_write(PORT_SDA,GPIO_SDA, (x?SET:RESET))
#define SCL(x)          gpio_bit_write(PORT_SCL,GPIO_SCL, (x?SET:RESET))double Temperature = 0.0, Humidity = 0.0;/******************************************************************* 函 数 名 称：SHT30_GPIO_Init* 函 数 说 明：SHT30的引脚初始化* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void SHT30_GPIO_Init(void)
{/* 使能时钟 */rcu_periph_clock_enable(RCU_SCL);rcu_periph_clock_enable(RCU_SDA);/* 配置SCL为输出模式 */gpio_mode_set(PORT_SCL,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_SCL);/* 配置为推挽输出 50MHZ */gpio_output_options_set(PORT_SCL,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_SCL);/* 配置SDA为输出模式 */gpio_mode_set(PORT_SDA,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_NONE,GPIO_SDA);/* 配置为推挽输出 50MHZ */gpio_output_options_set(PORT_SDA,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_SDA);
}/******************************************************************* 函 数 名 称：IIC_Start* 函 数 说 明：IIC起始时序* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{SDA_OUT();SCL(1); SDA(0);SDA(1);delay_us(5);SDA(0);delay_us(5);SCL(0);
}
/******************************************************************* 函 数 名 称：IIC_Stop* 函 数 说 明：IIC停止信号* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT();SCL(0);SDA(0);SCL(1);delay_us(5);SDA(1);delay_us(5);}/******************************************************************* 函 数 名 称：IIC_Send_Ack* 函 数 说 明：主机发送应答或者非应答信号* 函 数 形 参：0发送应答  1发送非应答* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{SDA_OUT();SCL(0);SDA(0);delay_us(5);if(!ack) SDA(0);else         SDA(1);SCL(1);delay_us(5);SCL(0);SDA(1);
}/******************************************************************* 函 数 名 称：I2C_WaitAck* 函 数 说 明：等待从机应答* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：0有应答  1超时无应答* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char I2C_WaitAck(void)
{char ack = 0;unsigned char ack_flag = 10;SCL(0);SDA(1);SDA_IN();SCL(1);while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) ){ack_flag--;delay_us(5);}if( ack_flag <= 0 ){IIC_Stop();return 1;}else{SCL(0);SDA_OUT();}return ack;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：Send_Byte* 函 数 说 明：写入一个字节* 函 数 形 参：dat要写人的数据* 函 数 返 回：无* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
void Send_Byte(u8 dat)
{int i = 0;SDA_OUT();SCL(0);//拉低时钟开始数据传输for( i = 0; i < 8; i++ ){SDA( (dat & 0x80) >> 7 );__nop();SCL(1);delay_us(5);SCL(0);delay_us(5);dat<<=1;}        
}/******************************************************************* 函 数 名 称：Read_Byte* 函 数 说 明：IIC读时序* 函 数 形 参：无* 函 数 返 回：读到的数据* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_Byte(void)
{unsigned char i,receive=0;SDA_IN();//SDA设置为输入for(i=0;i<8;i++ ){SCL(0);delay_us(5);SCL(1);delay_us(5);receive<<=1;if( SDA_GET() ){        receive|=1;   }delay_us(5); }                                         SCL(0); return receive;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：SHT31_Write_mode* 函 数 说 明：在周期模式下设置测量周期与可重复性命令* 函 数 形 参：dat设置命令常用的有：每一秒采集0.5次  0x2024每一秒采集1次    0x2126每一秒采集2次    0x2220每一秒采集4次    0x2334每一秒采集10次   0x2721  * 函 数 返 回：* 作       者：LC* 备       注：
******************************************************************/
char SHT31_Write_mode(uint16_t dat)
{IIC_Start();// << 1 是将最后一位置0，设置为写命令Send_Byte((0X44 << 1) | 0 );//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败if( I2C_WaitAck() == 1 )return 1;//发送命令的高8位Send_Byte((dat >> 8 ) );//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败if( I2C_WaitAck() == 1 )return 2;//发送命令的低8位Send_Byte(dat & 0xff );//返回0为产生了应答，返回1说明通信失败if( I2C_WaitAck() == 1 )return 3;
//        IIC_Stop();return 0;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：crc8* 函 数 说 明：CRC校验* 函 数 形 参：data要校验的数据地址     len要校验的长度* 函 数 返 回：校验后的值* 作       者：LC* 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char crc8(const unsigned char *data, int len)
{const unsigned char POLYNOMIAL = 0x31;unsigned char crc = 0xFF;int j, i;for (j=0; j<len; j++){                  crc ^= *data++;for ( i = 0; i <8; i++ ){crc = ( crc & 0x80 ) ? (crc << 1) ^ POLYNOMIAL : (crc << 1); }                                                            }return crc;
}/******************************************************************* 函 数 名 称：SHT30_Read* 函 数 说 明：读取温湿度值* 函 数 形 参：dat读取的命令周期模式命令为：0xe000单次模式命令为：0x2c06 or 0x2400* 函 数 返 回：0读取成功  其他失败* 作       者：LC* 备       注：当前为周期模式读取，如使用单次模式，则将*              【设置周期模式命令】下的命令注释即可。
******************************************************************/
char SHT30_Read(uint16_t dat)
{        uint16_t i = 0;unsigned char buff[6] = {0};uint16_t data_16 = 0;float temp = 0;float humi = 0;//设置周期模式命令SHT31_Write_mode(0x2130);//每1秒一次高重复测量(需要在周期模式下才有用)IIC_Start();Send_Byte( (0x44<<1) | 0);if( I2C_WaitAck() == 1 )return 1;Send_Byte((dat >> 8 ));if( I2C_WaitAck() == 1 )return 2;Send_Byte( dat & 0xff );if( I2C_WaitAck() == 1 )return 3;//如不使用超时判断，很容易数据错乱do{//超时判断i++;if( i > 20 ) return 4;delay_1ms(2);IIC_Start();Send_Byte((0X44 << 1) | 1 );//读}while(I2C_WaitAck() == 1);        //读取到温湿度数据则结束读命令//温度高8位buff[0] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(0);//温度低8位buff[1] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(0);        //温度CRC校验值buff[2] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(0);//湿度高8位buff[3] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(0);        //湿度低8位buff[4] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(0);        //湿度CRC校验值buff[5] = Read_Byte();IIC_Send_Ack(1);        IIC_Stop();          //CRC校验（将要校验的数值带入，查看计算后的校验值是否和读取到的校验值一致）if( (crc8(buff,2) == buff[2]) && ( crc8(buff+3,2) == buff[5]) ){//计算温度值data_16 =(buff[0]<<8) | buff[1];Temperature = (data_16/65535.0)*175.0 - 45;//计算湿度值data_16 = 0;data_16 =(buff[3]<<8) | buff[4];Humidity = (data_16/65535.0) * 100.0;printf("temp = %.2f\r\n",Temperature);printf("humi = %.2f\r\n",Humidity);return 0;}else{printf("校验失败\r\n");   }return 5;
}

在文件bsp_sht30.h中，编写如下代码。

#ifndef _BSP_SHT30_H_
#define _BSP_SHT30_H_#include "gd32f4xx.h"extern double Temperature, Humidity;#define u8 unsigned charvoid SHT30_GPIO_Init(void);
char SHT30_Read(uint16_t dat);#endif

2.11.4 移植验证
在自己工程中的main主函数中，编写如下。

/********************************************************************************* 文 件 名: main.c* 版 本 号: 初版* 修改作者: LC* 修改日期: 2022年04月19日* 功能介绍:          ******************************************************************************* 注意事项:
*********************************************************************************/#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "bsp_led.h"
#include "sys.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_basic_timer.h"
#include "bsp_pwm.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "bsp_sht30.h"/************************************************
函数名称 ： main
功    能 ： 主函数
参    数 ： 无
返 回 值 ： 无
作    者 ： LC
*************************************************/
int main(void)
{nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);  // 优先级分组systick_config();                                                  // 滴答定时器初始化usart_gpio_config(9600U);                                          // 串口0初始化SHT30_GPIO_Init();printf("start\r\n");while(1) {SHT30_Read(0xe000);delay_1ms(1000);}
}