LPC55Sxx通过I2C连接温湿度传感器SHT31

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LPC55Sxx通过I2C连接温湿度传感器SHT31

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参考代码： SHT31气压传感器.zip (718.04 KB, 下载次数: 16)

2021-7-5 13:43 上传

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一、SHT31温湿度传感器简介

SHT31 是Sensirion基于CMOSens®工艺的温湿度传感器，是目前市面上常用的温湿度传感器之一，具有以下特色：

• SHT3x增强了信号处理
• 可编程温湿度极限报警模式
• 提供了高达1MHz的I2C通信速度，两个可配置的I2C地址
• 封装为DFN，体积小巧，面积2.5x2.5mm2， 高度为0.9mm
• 宽工作电压范围， 2.15V~5.5V
• 功耗4.8µW (在2.4 V时低重复性, 1 次/秒)
• 湿度工作范围 0 - 100% RH
• 温度工作范围 -40°C - 125°C (-40°F - 257°F)
  
  

​SHT3x 实物图
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二、引脚配置

SHT31是一个8个引脚DFN封装的传感器，具体引脚说明见下图

​SHT31 引脚
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SHT31总共有8个引脚：

• SDA，I2C数据线引脚
• ADDR，I2C地址选择引脚，可连接VSS或者VDD分别对应不同的I2C地址，不能悬空
• ALEAT，报警功能引脚，如果使用则接到LPC的外部中断引脚（接到GPIO即可），不用的话建议浮空
• SCL，I2C时钟线引脚
• VDD，芯片工作电压引脚
• nRESET，复位引脚，低电平有效，如果不用，建议接到VDD
• R，没啥用，接到VSS即可
• VSS，地
  
  

SHT31 DFN封装底部中间部位还有个Die Pad(Center Pad)，一般接VSS(地)即可。

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三、官方典型应用电路

​官方典型应用电路
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四、SHT31模式和命令介绍4.1 SHT31 I2C地址

在操作SHT31前，我们先要确认好SHT31的I2C的地址，即SHT31 ADDR管脚上的电平属性决定了SHT31的I2C地址，当ADDR引脚接VSS时地址为0x44，当ADDR引脚接VDD时地址为0x45，具体见下表

​SHT31 I2C地址配置
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4.2 SHT31 数据采集模式

SHT31支持单次触发数据采样或者周期性数据采样，

4.2.1 单次触发数据采样

对于单次触发采集模式，SHT31支持3种刷新率(repeatability)，每种刷新率下可支持I2C时钟延展的设定。

刷新率（repeatability）的设定会影响SHT31传感器测量转换的时间，误差以及传感器的功耗。具体可以参考SHT31的数据手册。

​单次触发采样模式
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如果使能了I2C时钟延展，则传感器会在接收到读命令后发送ACK信号，并且将SCL线拉低直到测量完成后释放SCL数据线，之后根据主机需要发送测量到的数据。

​单次触发 I2C通信流程
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如果禁用了I2C时钟延展，则传感器如果没有准备好采样的结果数据，则会在接收到读命令后返回NACK。

4.2.2 周期性数据采样

对于周期性采样，SHT31支持12种工作模式，分为5种采样率，每种采样率又分为高中低三挡可选刷新率(repeatability)，即mps = 0.5，1，2，4，10，分别对应了每两秒采样1次，每秒采样1次，每秒采样2次，每秒采样4次，每秒采样10次。如下图所示：

如果需要设定为高刷新率(repeatability)，每秒采样一次，则向传感器写入命令0x2130即可，写入命令的流程参考下图 “周期性采样I2C设置流程”。需要特别注意的是，如果mps = 10时，传感器会产生一定的自发热现象，影响测量结果。

​周期性采样I2C设置流程
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可以通过SHT31的Fetch Data(0xE000)命令读取周期性采样的结果，如果传感器没有准备好数据，则接收到读命令后SHT31返回NACK并停止通信。传感器的转换结果被读取后会自动清除。

​Fetch Data 命令流程
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退出周期性转换模式可以用Break命令(0x3093)，退出周期性转换模式后会进入单次触发采样模式，退出的时间一般在1mS左右。

​Break命令流程
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五. SHT31 重要命令 5.1 软件复位命令 Soft Reset / Re-Initialization

SHT31c除了nRESET引脚可以复位芯片外，也提供了软件复位的命令0x30A2。

​软件复位命令
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5.2 读取状态寄存器命令

SHT31c提供了读取状态寄存器的命令0xF32D，方便查看传感器的状态以及命令执行的情况。

​读取状态寄存器命令
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读寄存器状态将会返回一个16位的数据，这个数据包含了传感器的各种状态信息，具体见下图。我们需要重点看的是bit 0和bit 1两位，

bit 0 是命令状态，为0时，说明上一条指令执行成功，为1时，说明上一条命令执行失败。

bit 1 是CRC状态，为0时，说明CRC校验成功，为1时，说明CRC校验失败。

​状态寄存器数据信息
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5.3 清除状态寄存器命令

状态寄存器的bit 15，11，10和bit4 可以通过清除状态寄存器命令清除，清除状态寄存器命令为0x3041，命令流程见下图：

​清除状态寄存器命令流程
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5.4 SHT31 数据CRC校验和

SHT31 在温度，湿度，状态寄存器的数据结果传输后都会附加一个8位的CRC校验，具体CRC算法如下:

​SHT31 CRC数据校验和公式
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5.5 SHT31 温湿度数据

SHT31温湿度数据都是16位的无符号整形的，可以用以下公式将传感器输出的原始值转换为实际的物理数据。

相对湿度换算公式(结果为%RH):

​相对湿度换算公式
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温度转换公式(结果为°C & °F):

​温度转换公式
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SRH 和 ST 表示湿度的原始传感器输出和温度。

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六. LPC55Sxx如何连接SHT31

LPC55Sxx可以通过8组FlexComm接口配置为I2C的模式去连接SHT31的I2C接口。

对于FlexComm来讲，一组FlexComm可能存在两组I2C引脚配置即：

FCn_CTS_SDA_SSEL0

FCn_RTS_SCL_SSEL1

或者

FCn_TXD_SCL_MISO_WS

FCn_RXD_SDA_MOSI_DATA

这里FCn中的n代表了0-7，即8组FlexComm。

SHT31的Alert信号线可以任意连接一个LPC55Sxx的GPIO，通过PINT或者GINT功能产生中断来提示MCU。

​SHT31连接FlexComm示意图
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七. SHT31应用代码解析

我们的SHT31参考代码是基于Adafruit公开在Github上的代码(GitHub - adafruit/Adafruit_SHT31: Arduino Library for SHT31 Digital sensors)修改而来，Adafruit的代码遵循的是BSD License(Adafruit_SHT31/license.txt at master · adafruit/Adafruit_SHT31 · GitHub)

具体移植过程参考接下来的步骤：

7.1 根据硬件设定配置LPC55Sxx的管脚

在提供的参考代码里，driver_sensor_sht31.h文件中定义了与SHT31 I2C引脚连接的GPIO的PORT，PIN，FUNC#以及配置PINCFG信息，见下图，用户根据自己的实际硬件修改成对应的管脚和功能即可。这两个引脚会在sht32_init()中进行初始化。

​LPC55Sxx I2C引脚分配以及配置
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7.2 根据硬件设定配置LPC55Sxx的FlexComm

修改好引脚配置后，我们需要针对引脚对应的FlexComm号 对I2C接口进行配置，主要是在driver_sensor_sht31.h文件中，需要修改SHT31用到的I2C号，对应FlexComm复位的通道号，对应FlexComm的时钟源设置，对应FlexComm的时钟频率，对应FlexComm的时钟号，以及I2C的通信速率。

​LPC55Sxx FlexComm做为I2C的设置
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7.3 根据硬件设定配置SHT31的I2C地址

我们在上文的4.1节介绍过SHT31的I2C地址配置，代码中我们在driver_sensor_sht32.h中配置SHT31的I2C地址， 即I2C_SHT31_ADDR。默认我们设置的是0x44，用户根据自己的需求可以选在0x44或者0x45.

7.4 基本的操作API

sht31_init()                SHT31初始化，包括引脚，I2C外设以及SHT31自身的初始化

sht31_reset()               SHT31软件复位

sht31_read_status()        SHT31状态获取

sht31_crc8()               SHT31 数据CRC校验

sht31_read_temp_hum()   SHT31读取温度和湿度数据

最终的温湿度结果，用户在调用过sht31_read_humidity()后，可以直接读全局变量sht31_temp和sht31_humidity即可。

实际应用中，只需要在初始化过程中调用sht32_init()后，在需要读温湿度的地方调用sht31_read_temp_hum()即可，这个历次用的是单次触发采样模式。

7.5 例程

如果手上刚好有LPC55S69-IOT开发板以及SHT31的模块的话，可以如下图连接好模块到开发板的FlexComm3连接器以及调试器。下载实例代码后即可通过串口打印出温湿度采样的结果。

​SHT31模块连接到LPC55S69-IOT开发板的FlexComm3
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​串口打印结果
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jobszheng5

我觉得使用I2C接口的芯片要比使用单总线的芯片方便多了。

胤幻1988

单总线省一根线呢，但是对时序精度要求比较高~

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胤幻1988 发表于 2021-7-12 12:51
单总线省一根线呢，但是对时序精度要求比较高~

单线的不太好搞成总线的，一根线上能有两个蚂蚱就差不多了。I2C这种总线的可以挂好几个吧，未必不省管脚的

mgn

单线的估计也就DS18B20了