sht31温湿度传感器 TDK在SmartBug中使用了Sensirion的最新湿度和温度传感器SHTC3
TDK在SmartBug中使用了Sensirion的最新湿度和温度传感器SHTC3
TDK的SmartBug™（MD-42688-P）是一种多传感器无线模块，利用TDK MEMS传感器和算法来满足广泛的IoT应用。该模块在一个小瓢虫外壳中结合了六个传感器，一个强大的无线（BLE）MCU，七个算法驱动的功能和一个可充电电池。它还带有附加板选件，该附加板包括Wi-Fi模块，SD卡插槽和TDK的超声波传感器。
集成的SHTC3是一种数字湿度和温度传感器，针对电池驱动的应用和大批量消费电子产品进行了优化。该传感器旨在克服尺寸和功率比的常规限制，从而满足消费电子市场和TDK SmartBug等产品的要求。 Sensirion的CMOSens®技术可在单个芯片上提供完整的传感器系统。小巧的2 x 2 x 0.75 mm3 DFN封装甚至可以在最小的空间中使用。该传感器的湿度测量范围为0％至100％RH，温度测量范围为-40°C至125°C，典型精度为±2％RH和±0.2°C。 SHTC3的电源电压范围为1.62 V至3.6 V，每次测量的能量预算低于1μJ，因此非常适合电池供电的移动或无线应用。
TDK的SmartBug解决方案可快速，轻松地访问智能可靠的传感器数据，而无需进行编程，焊接或其他修改。这提供了对实际应用程序签名，环境变化和多传感器/算法行为的详细见解。它包括ICM-42688-P 6轴IMU，ICP-10101压力传感器，Sensirion的湿度和温度传感器，磁传感器以及TDK可选的CH-101超声波传感器，从而形成了多合一的传感器解决方案。该模块的独特功能是通过具有自定义调整参数的IoT传感器算法提供智能传感器数据。该算法包括门开/关检测，6轴和9轴传感器融合，资产监视，HVAC过滤器监视，计步器，活动分类，手势和空中鼠标监视。 SmartBug数据和输出可以轻松地在Windows 10应用程序– SmartBug中可视化，流化和记录。该应用程序可从Microsoft Store免费下载。该应用程序提供了极大的灵活性，可根据使用情况从BLE，Wi-Fi或USB获取数据。此外，SD卡日志记录功能允许自动记录数据（最大32 GB），而无需任何Windows 10应用程序。
“ Sensirion的湿度和温度传感器具有低功耗，小尺寸和高精度的特性，是SmartBug模块的理想选择，使其适用于基于IoT的远程数据收集用例，” Motion and的产品经理Sahil Choudhary说TDK集团公司InvenSense压力传感器IoT。
Sensirion消费电子产品销售总监Heiko Komaromi表示：“ TDK的SmartBug非常适合我们的环境传感器（例如SHTC3湿度和温度传感器），提供精确可靠的测量结果，并使工程师能够轻松快捷地开发新的IoT产品。”
【STM32F103ZET6开发板】第3-6讲：SHT30数字温湿度传感器
SHT30数字温湿度传感器实验
实验目的
了解SHT30数字温湿度传感器的基本原理。掌握STM32与SHT30传感器IIC总线通信的程序设计。实验内容
编写程序检测SHT30温湿度值通过串口1在串口调试助手上显示。编写程序检测SHT30温湿度值通过串口1在艾克姆实验助手上显示。硬件设计
SHT3X系列温湿度传感器
相较于SHT2x系列，Sensirion公司推出的SHT3x系列在性能上又有所提升。SHT3x系列也包括低成本版本SHT30、标准版本SHT31和高端版本SHT35。下表详述SHT3x系列芯片性能上的几点重要参数。
表1：SHT3x温湿度传感器
SHT3X系列
典型湿度精度 %RH
典型温度精度℃
工作电压V
输出量
SHT30
±2 （10~90%RH范围）
±0.2（0~65℃范围）
2.4~5.5
D/A
SHT31
±2 （0~100%RH范围）
±0.2（0~90℃范围）
2.15~5.5
D/A
SHT35
±1.5（0~80%RH范围）
±0.1（20~60℃范围）
2.4~5.5
D
注： D代表数字量，A代表模拟量。SHT30和SHT31在选型时需要注意，输出是数字量还是模拟量对应不同型号的芯片，并不是同一个芯片具有这两种输出类型。比如：SHT30-ARP代表输出量是模拟量，SHT30-DIS代表输出量是数字量。本文档所说的SHT30数字温湿度指的是芯片采用的型号是SHT30-DIS。下面给出SHT30数字温湿度传感器和带PCB板的SHT30模块的实物图。
图1：SHT30传感器和SHT30模块实物图
注： SHT30模块是艾克姆科技设计的，该模块已在IIC总线上加有上拉电阻。SHT30数字温湿度传感器的规格参数
下面介绍下SHT30-DIS数字温湿度传感器的规格参数，SHT30-DIS模块的规格参数在此不做介绍。
表2：SHT30-DIS数字温湿度传感器规格参数
参数
规格
工作电压
2.4V~5.5V
芯片尺寸
2.5mm ×2.5mm×0.9mm
测量范围
温度：-40~+125℃ 湿度：0~100%RH
精度
温度：±0.3℃ 湿度：±3%RH （25℃）
分 辨 率
温度：0.015℃ 湿度：0.01%RH
衰 减 值
温度：<0.03℃/年 湿度：<0.25%RH/年
输出信号
IIC接口
反应时间（湿度）
8 sec（tau63%）
能耗
4.8uW（8位，1次测量/秒条件下）
引脚数
8个
SHT30数字温湿度传感器的引脚定义
下面介绍SHT30数字温湿度传感器的引脚定义，首先将SHT30数字温湿度传感器的引脚号标注下。
图2：SHT30数字温湿度传感器引脚号
表3：SHT30数字温湿度传感器引脚定义
SHT20引脚号
管脚名
功能描述
1
SDA
串行数据，双向。
2
ADDR
地址引脚，输入。
3
ALERT
报警引脚，输出；不使用时悬空。
4
SCL
串行时钟，双向。
5
VCC
供电正。
6
nRESET
复位引脚，低电平有效，输入。
7
R
无用引脚，与VSS连接。
8
VSS
供电地。
SHT30温湿度模块与开发板连接
IK-ZET6开发板上没有SHT30温湿度模块专用的接口，需杜邦线连接SHT30温湿度模块到IK-ZET6开发板上。如下图所示。
图3：SHT30模块与开发板接线图
表4：SHT30传感器与开发板连接
SHT20模块
开发板J3
说明
VCC
3V3
GND
GND
SDA
PB7
非独立GPIO
SCL
PB6
非独立GPIO
注：独立GPIO表示开发板没有其他的电路使用这个GPIO，非独立GPIO说明开发板有其他电路用到了该GPIO。软件设计
SHT30数字温湿度传感器转换公式
SHT30数字温湿度传感器采用的是标准的IIC总线通信。MCU通过IIC总线配置SHT30相关寄存器，最后会读取到6个字节的原始数据信息。这6字节数据除了温湿度信息外，还有校验位。如下：
SHT30上传的6字节的原始数据信息格式：图4：SHT30上传数据格式
MCU通过IIC总线读取的SHT30的原始数据信息需要算法才能得到与之对应的温度值和相对湿度值。下面分别给出SHT30的温度转换的计算公式和相对湿度的转换公式。
SHT30的温度转换的计算公式：图5：温度转换的计算公式
SHT30的相对湿度转换的计算公式：图6：相对湿度转换的计算公式
SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）
注：本节的实验源码是在“实验3-19-1：SHT20温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”的基础上修改。本节对应的实验源码是：“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”。工程需要用到的库文件
本例需要用到的c文件如下表所示，工程需要添加下表中的c文件。
表5：实验需要用到的C文件
序号
文件名
后缀
功能描述
1
stm32f10x_rcc
.c
复位与时钟控制器。
2
stm32f10x_gpio
.c
通用输入输出。
3
stm32f10x_usart
.c
通用同步/异步收发器。
4
misc
.c
中断向量控制器。
按下图所示将需要的c文件添加到工程。
图7：在新建工程中添加所需库函数c文件
头文件引用和路径设置
需要引用的头文件因为在“main.c”文件中使用了标准库和我们自己建的软件延时函数，所以需要引用下面的头文件。
#include "stm32f10x.h" //delay这里报错的原因是：delay函数用汇编实现的，导致了MDK误报。 #include "delay.h" 需要包含的头文件路径本例需要包含的头文件路径如下表：
表6：头文件包含路径
序号
路径
描述
1
..\Lib\F10x_FWLIB\inc
标准库头文件路径。
2
..\User
stm32f10x_conf.h头文件在该路径，所以要包含。
3
..\User\bsp
自建的板卡相关的驱动文件路径。
MDK中点击魔术棒，打开工程配置窗口，按照下图所示添加头文件包含路径。
图8：添加头文件包含路径
MCU与SHT30通信所需函数汇集
在“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”工程中有sht30.c文件，该文件包括了MCU通过IIC总线与SHT30通信所用到的函数，仅供用户参考。下表列举了这些函数。
表7：MCU与SHT30通信相关函数汇集
序号
函数名
功能描述
1
SHT3X_WriteCMD
向SHT30写寄存器命令。
2
SHT3X_SetPeriodicMeasurement
设置SHT30测量周期。
3
SHT3X_Init
初始化SHT30。
4
SHT3X_ReadState
读取SHT30状态信息。
5
SHX3X_ReadResults
读取SHT30测量结果。
6
SHT3x_CheckCrc
用于数据校验。
7
SHT3X_CalcTemperature
SHT30温度计算。
8
SHT3X_CalcRH
SHT30湿度计算。
9
SHT3X_TEST
SHT30测试函数，实现温湿度串口发送。
编写代码
首先介绍下SHT30初始化函数，代码如下。
代码清单：初始化SHT30
/*************************************************************************** * 描 述 : 初始化SHT3X传感器 * 入 参 : 无 * 返回值 : 无 **************************************************************************/ void SHT3X_Init(void ) { sw_delay_ms(100); SHT3X_SetPeriodicMeasurement(); sw_delay_ms(100); }然后，MCU读取到的SHT30温湿度信息会先校验，后经过计算公式转换成温度（单位是℃）和湿度（单位是%RH）。有关函数清单如下。
代码清单：CRC8校验函数
/************************************************************************** * 描 述 : SHT30校验函数 * 入 参 : data[]: 等待检验的数据 startByte: 开始数组的标号 number: 检验个数 checksum: 接收到的CRC数据 * 返回值 : 1---成功检测, 0---失败 **************************************************************************/ FunctionalState SHT3x_CheckCrc(uint8_t data[],uint8_t startBytes,uint8_t number, uint8_t checksum) { uint8_t bit=0; uint8_t crc = 0xFF; uint8_t byteCtr; for (byteCtr = startBytes; byteCtr < startBytes+number; byteCtr++) { crc ^= (data[byteCtr]); //先与需要计算的数异或，再指向下一个数 for (bit = 8; bit > 0; --bit) { if (crc & 0x80) //判断最高位是否为1 crc = (crc << 1) ^ POLYNOMIAL; //最高位为1，左移一位与多项式异或 else crc = (crc << 1); //最高位为0，直接左移一位 } } if (crc ==checksum) return ENABLE; else return DISABLE; }代码清单：SHT30温度计算
/*************************************************************************** * 描 述 : 计算温度函数 * 入 参 : dat：读取的温度原始值 * 返回值 : 计算出的温度值 ****************************************************************************/ float SHT3X_CalcTemperature(uint16_t dat) { float temp; temp = (175 * (float )dat / 65535 - 45) ; //单位 [℃] return temp; }代码清单：SHT30湿度计算
/************************************************************************* * 描 述 : 计算湿度函数 * 入 参 : dat：读取的湿度原始值 * 返回值 : 计算出的湿度值 ***********************************************************************/ float SHT3X_CalcRH(uint16_t dat) { float temp; temp = (100 * (float )dat / 65535) ; //单位 [%RH] return temp; }代码清单：串口实时显示SHT30温湿度
/*************************************************************************** * 描 述 : SHT30测试函数 * 入 参 : 无 * 返回值 : 无 *************************************************************************/ void SHT3X_TEST(void ) { uint8_t p[6],Temp1,Temp2; float cTemp,rhTemp; //清零数组p memset(p,0,6); //周期模式读出温湿度原始值，将原始值存放数组p ，存放数组对应信息格式如下： //温度高8位 + 温度低8位 + 温度校验8位 + 湿度高8位 + 湿度低8位 + 湿度校验8位 if (SHX3X_ReadResults(CMD_FETCH_DATA, buffer)) { p[0] = buffer[0]; p[1] = buffer[1]; p[2] = buffer[2]; p[3] = buffer[3]; p[4] = buffer[4]; p[5] = buffer[5]; } //校验读出的数据 Temp1=SHT3x_CheckCrc(p,0,2, p[2]); Temp2=SHT3x_CheckCrc(p,3,2, p[5]); //根据校验结果串口上传传感器信息 if (Temp1&&Temp2) { Temp1=0; Temp2=0; //计算温度原始信息，并带入算法计算出实际温度值 cTemp = (p[0] * 256.0) + p[1]; temperatureC =SHT3X_CalcTemperature(cTemp); //计算湿度原始信息，并带入算法计算出实际湿度值 rhTemp = (p[3] * 256.0) + p[4]; humidityRH = SHT3X_CalcRH(rhTemp); //串口1上传温湿度信息 printf("温度：%f\r\n",temperatureC); printf("湿度：%f%%\r\n",humidityRH); } else { printf("Read DHT11 ERROR!\r\n"); } }最后，在主函数中配置下I2C通信用引脚，初始化串口1及SHT30，调用SHT30_TEST函数实时读取温湿度信息。
代码清单：主函数
int main(void ) { //初始化USART1并配置USART1中断优先级 USART1_Init(); //初始化IIC所用到的IO口 IIC_GPIO_Init(); //初始化SHT30 SHT3X_Init(); //主循环 while (1) { //温湿度测试OK，通过串口1上传 SHT3X_TEST(); //软件延时500ms sw_delay_ms(500); } }实验步骤
解压“…\第3部分：标准库教程和实验源码\ 2 – 传感器实验程序\”目录下的压缩文件“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”，将解压后得到的文件夹拷贝到合适的目录，如“D\STM32F103ZET6”。启动MDK5.23。在MDK5中执行“Project→Open Project”打开“…\SHT30\projec”目录下的工程“SHT30.uvproj”。点击编译按钮编译工程。注意查看编译输出栏，观察编译的结果，如果有错误，修改程序，直到编译成功为止。编译后生成的HEX文件“SHT30.hex”位于工程目录下的“Objects”文件夹中。点击下载按钮下载程序 。如果需要对程序进行仿真，点击Debug按钮，即可将程序下载到STM32F103ZET6中进行仿真。程序运行后，打开串口调试助手选择正确的串口号，波特率设置为19200，数据位为8、停止位为1，可以观察到串口调试助手100ms显示一次读取到的温湿度信息。SHT30温湿度艾克姆实验助手显示实验（串口1）
注：本节的实验源码是在“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”的基础上修改。本节对应的实验源码是：“实验3-20-2：SHT30数字温湿度传感器 - 艾克姆实验助手显示（模拟IIC）”。工程需要用到的库文件
在使用库函数建“实验3-20-2：SHT30数字温湿度传感器 - 艾克姆实验助手显示（模拟IIC）”工程时，需要用到的c文件以及添加头文件包含路径的方法与介绍“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”完全一样，在此不再赘述。
编写代码
首先sht30.c相关的函数及配置可完全参考“实验3-20-1：SHT30数字温湿度传感器 - 串口调试助手显示（模拟IIC）”的代码描述，因为是与艾克姆实验助手通信，需要有固定的通信格式，即本实验的SHT3X_TEST函数有所不同，代码清单如下。
程序清单：艾克姆实验助手实时显示SHT30温湿度信息
/************************************************************************** * 描 述 : SHT30测试函数 * 入 参 : 无 * 返回值 : 无 ************************************************************************/ void SHT3X_TEST(void ) { uint8_t p[6],Temp1,Temp2; float cTemp,rhTemp; uint8_t temp[5]; memset(p,0,6); //清零数组p memset(temp, 0, 5); //清零数组temp //周期模式读出温湿度原始值，将原始值存放数组p ，存放数组对应信息格式如下： //温度高8位 + 温度低8位 + 温度校验8位 + 湿度高8位 + 湿度低8位 + 湿度校验8位 if (SHX3X_ReadResults(CMD_FETCH_DATA, buffer)) { p[0] = buffer[0]; p[1] = buffer[1]; p[2] = buffer[2]; p[3] = buffer[3]; p[4] = buffer[4]; p[5] = buffer[5]; } //校验读出的数据 Temp1=SHT3x_CheckCrc(p,0,2, p[2]); Temp2=SHT3x_CheckCrc(p,3,2, p[5]); //根据校验结果串口上传传感器信息 if (Temp1&&Temp2) { Temp1=0; Temp2=0; //计算温度原始信息，并带入算法计算出实际温度值 cTemp = (p[0] * 256.0) + p[1]; temperatureC =SHT3X_CalcTemperature(cTemp); //计算湿度原始信息，并带入算法计算出实际湿度值 rhTemp = (p[3] * 256.0) + p[4]; humidityRH = SHT3X_CalcRH(rhTemp); //串口1上传温湿度信息 temp[0] = 'H'; //由与艾克姆实验助手通信格式决定 temp[1] = (uint16_t)temperatureC/10+ 0x30; temp[2] = (uint16_t)temperatureC%10+ 0x30; temp[3] = (uint16_t)humidityRH/10+ 0x30; temp[4] = (uint16_t)humidityRH%10+ 0x30; USART1_SendStr(temp); //实时显示温湿度 } else { //串口1上传温湿度值均是0，代表读数有误 temp[0] = 'H'; //由与艾克姆实验助手通信格式决定 temp[1] = (uint16_t)0x30; temp[2] = (uint16_t)0x30; temp[3] = (uint16_t)0x30; temp[4] = (uint16_t)0x30; USART1_SendStr(temp); //实时显示温湿度 } }然后，在主函数中配置下I2C通信用引脚，初始化串口1及SHT30，调用SHT30_TEST函数实时读取温湿度信息。
程序清单：主函数
int main(void ) { //初始化USART1并配置USART1中断优先级 USART1_Init(); //初始化IIC所用到的IO口 IIC_GPIO_Init(); //初始化SHT30 SHT3X_Init(); //主循环 while (1) { //温湿度测试OK，通过串口1上传 SHT3X_TEST(); //软件延时500ms sw_delay_ms(500); } }实验步骤
解压“…\第3部分：标准库教程和实验源码\ 2 – 传感器实验程序\”目录下的压缩文件“实验3-20-2：SHT30数字温湿度传感器 - 艾克姆实验助手显示（模拟IIC）”，将解压后得到的文件夹拷贝到合适的目录，如“D\STM32F103ZET6”。启动MDK5.23。在MDK5中执行“Project→Open Project”打开“…\SHT30\projec”目录下的工程“SHT30.uvproj”。点击编译按钮编译工程。注意查看编译输出栏，观察编译的结果，如果有错误，修改程序，直到编译成功为止。编译后生成的HEX文件“SHT30.hex”位于工程目录下的“Objects”文件夹中。点击下载按钮下载程序 。如果需要对程序进行仿真，点击Debug按钮，即可将程序下载到STM32F103ZET6中进行仿真。程序运行后，打开艾克姆实验助手选择正确的串口号，波特率设置为38400，设置完成后，点击打开，可以观察到艾克姆实验助手信息栏会500ms刷新一次温湿度信息，并且有实时温湿度曲线。相关问答
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