SHTC3温湿度传感器的使用

1、SHTC3简单说明　　

　　SHTC3是一个检测温度、湿度的传感器，可以检测-40℃~125℃的温度范围和0%~100%的湿度范围。

　　SHTC3的工作电压范围为：1.62V~3.6V。

　　SHTC3使用的通讯方式是I2C，通讯速率可以达到400KHz。

　　SHTC3的管脚图如下：

　　从图中可以看到，SHTC3只有4个引脚，电源和地、2个I2C通讯引脚。

　　关于SHTC3更多说明，可以查看它的规格资料。

2、SHTC3的设备地址和命令

　　在SHTC3的规格资料内，SHTC3的I2C设备地址为0x70，如下：

　　在实际的使用过程中，SHTC3的设备地址需要与读写数据/命令方向位组成一个字节同时发送，字节的最低位为读写数据/命令方向位，高7位是SHTC3的设备地址。

　　如果要通过I2C写数据或命令给SHTC3，在I2C起始信号之后，需要发送“1110 0000”，即0xE0给SHTC3，除了通过高7位“1110 000”的设备地址寻址还通过最低位“0”通知SHTC3接下来是写数据或命令操作。

　　如果要通过I2C读取SHTC3中的数据，在I2C起始信号之后，需要发送“1110 0001”，即0xE1给SHTC3，除了通过高7位“1110 000”的设备地址寻址还通过最低位“0”通知SHTC3接下来是读取数据的操作。

　　SHTC3的命令由2个字节组成，在发送命令时，主机需要通过I2C发送2个字节命令给SHTC3。SHTC3有如下命令：

 //SHTC3地址
 #define SHTC3_ADDRESS                   0x70

 //SHTC3 命令
 #define SHTC3_WIRTE_CMD                 ((SHTC3_ADDRESS<<1)&0xFE)
 #define SHTC3_READ_CMD                  ((SHTC3_ADDRESS<<1)|0x01)

 #define SHTC3_SOFT_RESET_CMD            0x805D//软件复位命令
 #define SHTC3_READ_ID_CMD               0xEFC8//读取SHTC3 ID命令
 #define SHTC3_WAKE_UP_CMD               0x3517//将芯片从睡眠模式唤醒命令
 #define SHTC3_SLEEP_CMD                 0xB098//使芯片进入休眠命令

 //Normal Mode Clock Stretching Enable Measurement Command
 #define SHTC3_NOR_READ_TEMP_FIR_EN_CMD  0x7CA2//
 #define SHTC3_NOR_READ_HUM_FIR_EN_CMD   0x5C24//

 //Normal Mode Clock Stretching Disable Measurement Command
 #define SHTC3_NOR_READ_TEMP_FIR_DIS_CMD 0x7866//
 #define SHTC3_NOR_READ_HUM_FIR_DIS_CMD  0x58E0//

 //Low Power Mode Clock Stretching Enable Measurement Command
 #define SHTC3_LOW_READ_TEMP_FIR_EN_CMD  0x6458//
 #define SHTC3_LOW_READ_HUM_FIR_EN_CMD   0x44DE//

 //Low Power Mode Clock Stretching Disable Measurement Command
 #define SHTC3_LOW_READ_TEMP_FIR_DIS_CMD 0x609C//
 #define SHTC3_LOW_READ_HUM_FIR_DIS_CMD  0x401A//

　　主机发送2个字节命令给SHTC3的代码如下：

 void SHTC3_WRITE_CMD(uint16_t cmd)
 {
     I2C_START();
     SHTC3_ERR = I2C_WRITE_BYTE(SHTC3_WIRTE_CMD);
     if(SHTC3_ERR != )
     {
         SHTC3_ERR = I2C_WRITE_BYTE((cmd>>) & 0xFF);
         if(SHTC3_ERR != )
         {
             SHTC3_ERR = I2C_WRITE_BYTE(cmd & 0xFF);
             if(SHTC3_ERR != )
             {
                I2C_STOP();
             }
         }
     }
 }

　　SHTC3_ERR变量的作用主要是检测是否能收到SHTC3的应答信号，如果没有收到应答信号就不再进行后面的操作。

　　SHTC3_SOFT_RESET_CMD是SHTC3的软件复位命令，主机通过发送该命令来复位SHTC3。一般在上电初始化时，主机通过发送该命令来复位一下SHTC3。通过调用SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_SOFT_RESET_CMD)函数来软件复位SHTC3。

　　SHTC3有一个16bit的ID寄存器，主机可以通过读取该寄存器的值来判断与SHTC3的通讯是否正常。该ID寄存器内保存的值如下：

　　上图中的"x"表示无效值，将ID寄存器的值读取回来之后，只需要去比较bit11位和bit5~bit0位的值就好，将其它位屏蔽掉之后的值为0x0807。主机读取SHTC3 ID寄存器的值的代码如下：

 void SHTC3_READ_ID(uint16_t cmd)
 {
     SHTC3_ID = ;

     SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_READ_ID_CMD);
     if(SHTC3_ERR != )
     {
         I2C_START();
         SHTC3_ERR = I2C_WRITE_BYTE(SHTC3_READ_CMD);
         if(SHTC3_ERR != )
         {
             SHTC3_ID = I2C_READ_BYTE();
             SHTC3_ID <<= ;
             SHTC3_ID |= I2C_READ_BYTE();
             I2C_STOP();     

             SHTC3_ID &= 0x083F;
         }
     }
 }

　　从SHTC3的ID寄存器读取回来的数据再与上0x083F，去除掉不需要用到的部分bit。

　　SHTC3_WAKE_UP_CMD和SHTC3_SLEEP_CMD是SHTC3的休眠唤醒和进入休眠命令，在使用的过程中，为了减少功耗，在不需要测量数据的时候，一般让SHTC3处于休眠状态。在需要测量温湿度的时候，再通过发送SHTC3_WAKE_UP_CMD命令来唤醒SHTC3，但是需要注意的是，SHTC3在唤醒之后需要一段稳定的时候，只有在SHC3稳定之后主机才能发送测量命令给SHTC3。SHTC3的休眠唤醒和进入休眠的代码如下：

 void SHTC3_WAKE_UP(void)
 {
     SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_WAKE_UP_CMD);     

     if(SHTC3_ERR != )//没有收到响应信号，直接退出
     {
         I2C_STOP();
         //正常休眠唤醒之后需要等待一段稳定的时间发送命令，SHTC3才能响应主机
         I2C_DELAY();//大约1ms
     }
 }

 void SHTC3_INTO_SLEEP(void)
 {
     SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_SLEEP_CMD);
     I2C_STOP();
 }

　　上面的SHTC3_WAKE_UP函数在发送完SHTC3_WAKE_UP_CMD命令之后，如果收到SHTC3的应答信号，说明命令发送成功了，在发送完结束信号之后，会通过一个软件延时等待SHTC3稳定。

　　在使用SHTC3时，需要注意的是，如果SHTC3处于休眠的状态，那么SHTC3只能响应唤醒命令，如果主机在SHTC3休眠的状态下发送其它命令，那么SHTC3是不会反馈应答信号给主机的。

　　SHTC3上电初始化代码如下：

 void SHTC3_Init(void)
 {
     I2C_Init();

     SHTC3_WAKE_UP();//为了防止仿真的时候SHTC3再SLEEP状态下复位运行时造成SHTC3无法响应主机发送的命令，由于在仿真的时候SHTC3芯片没有断电，还是处于休眠状态，SHTC3在休眠是无法响应除了唤醒命令的其它操作的

     SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_SOFT_RESET_CMD);//发送软件复位命令
     HAL_Delay();//延时等待复位稳定

     SHTC3_READ_ID(SHTC3_READ_ID_CMD);

     printf("SHTC3的ID值为：0x%04x\r\n",SHTC3_ID);
 }

　　首先调用I2C_Init()函数配置I2C的引脚。然后通过调用SHTC3_WAKE_UP()函数唤醒SHTC3，这一步不是必须的，这只是为了防止在仿真的时候复位运行时，HTC3处于休眠的状态从而导致无法响应主机发送的复位命令。

　　发送完唤醒命令之后，主机接着发送复位命令给SHTC3，让SHTC3软复位，SHTC3复位后需要一段稳定的时间，所以使用延时等待一下。最后读取SHTC3的ID值并通过USART打印出来，用来检验读取到的ID值是否正确。

3、SHTC3测量温度湿度命令和步骤

　　SHTC3有多个测量温度湿度的命令，如下：

　　在这里使用的是Normal Mode中的命令来测量数据，Low Power Mode不知道有什么区别。

　　从上面的命令表中可以看到，测量命令除了读取回来的数据先后顺序有区别，还有一个Clock Stretching Enabled和Clock Stretching Disabled的区别。

　　Clock Stretching是时钟拉伸的意思。如果使用Clock Stretching Enable命令的话，那么发送完测量命令之后，在SHTC3测量温度湿度数据的过程中，SHTC3会拉低I2C的时钟线SCL，通过这样来禁止主机发送命令给SHTC3，只有当SHTC3完成温度湿度数据测量时，SHTC3才会释放时钟线SCL。

　　如果使用Clock Stretching Disable命令的话，在SHTC3测量数据的过程中，SHTC3并不会拉低I2C的时钟线SCL，只是如果主机在SHTC3测量数据的过程中发送命令或数据的时候，SHTC3是不会响应主机的，主机可以通过SHTC3是否有响应信号来判断SHTC3是否完成数据的测量。

　　在SHTC3数据手册中有说道，每一个测量周期包含4个命令部分，如下：

　　1、发送唤醒命令。

　　2、发送测量命令

　　3、读取测量完成之后的数据。

　　4、发送休眠命令。

SHTC3测量示例如下图所示：

　　主机首先发送休眠唤醒命令使SHTC3从休眠的状态唤醒，发送完休眠唤醒命令之后，需要等待SHTC3唤醒并且稳定。

　　接着发送测量命令，SHTC3在接收到测量命令之后就开始测量数据了。

　　上面的图中出现了Clock Stretching enabled和Clock Stretching disabled两个分支，这是根据发送的测量命令的不同而导致的。

　　如果使用的是Clock Stretching enabled测量命令，那么在SHTC3在测量数据的过程中，当主机发送设备地址和读位给SHTC3后，SHTC3在应答一个信号之后就会将SCL时钟线拉低，主机在这个时候就无法与SHTC3通讯，只有在SHTC3测量完数据释放SCL后，主机才读取到SHTC3测量完的数据。

　　如果使用的是Clock Stretching disabled测量命令，么在SHTC3在测量数据的过程中，当主机发送设备地址和读位给SHTC3，SHTC3不会产生应答信号（NACK）给主机，主机可以通过不断发送命令然后查询是否收到ACK信号来判断SHTC3是否完成测量。

　　当SHTC3完成数据的测量，主机就可以读取SHTC3中的温度和湿度的数据了，温度数据包含2个字节的数据和1个字节的CRC校验数据，通用湿度的数据也包含2个字节的数据和1个字节的CRC校验数据。

　　在完成数据的读取操作之后，主机发送休眠命令给SHTC3，使SHTC3在不工作的时候休眠从而降低功耗。

　　读取到的温度和湿度数据是带有CRC校验的，可以通过CRC校验检验数据是否正确。SHTC3的CRC校验如下：

　　SHTC3的CRC校验代码如下：

 uint8_t SHTC3_CRC_CHECK(uint16_t DAT,uint8_t CRC_DAT)
 {
     uint8_t i,t,temp;
     uint8_t CRC_BYTE;

     CRC_BYTE = 0xFF;
     temp = (DAT>>) & 0xFF; 

     for(t = ;t < ;t ++)
     {
         CRC_BYTE ^= temp;
         for(i = ;i < ;i ++)
         {
             if(CRC_BYTE & 0x80)
             {
                 CRC_BYTE <<= ;

                 CRC_BYTE ^= 0x31;
             }
             else
             {
                 CRC_BYTE <<= ;
             }
         }

         if(t == )
         {
             temp = DAT & 0xFF;
         }
     }

     if(CRC_BYTE == CRC_DAT)
     {
         temp = ;
     }
     else
     {
         temp = ;
     }

     return temp;
 }

　　在SHTC3资料中已经给出了计算温度和湿度的公式，如下：

　　S_RH和S_T是从SHTC3采集回来的数据。

　　SHTC3完成一次测量的代码如下：

 void SHTC3_MEASUREMENT_TEMP_HUM(void)
 {
     uint8_t Cnt;
     uint8_t Temp_Check_Num;
     uint8_t Hum_Check_Num;

     uint16_t TEMP_MEASUREMENT;
     uint16_t HUM_MEASUREMENT; 

     uint32_t result;

     SHTC3_WAKE_UP();

     if(SHTC3_ERR != )
     {
         SHTC3_WRITE_CMD(SHTC3_NOR_READ_TEMP_FIR_DIS_CMD);//SHTC3大约11ms~20ms检测一次温度    

         if(SHTC3_ERR != )
         {
             Cnt = ;
             do//等待SHTC3检测完成，
             {
                 I2C_DELAY();//大约1ms
                 I2C_START();
                 SHTC3_ERR = I2C_WRITE_BYTE(SHTC3_READ_CMD);
                 Cnt++;
                 if(Cnt == )//防止读不到响应时，程序卡死
                 {
                     break;
                 } 

             }while(SHTC3_ERR == );//正常读取到响应才退出

             if(SHTC3_ERR != )
             {
                 //SHTC3检测完成，开始读取数据，连CRC总共6个byte
                 TEMP_MEASUREMENT = I2C_READ_BYTE();//温度数值高8位
                 TEMP_MEASUREMENT <<= ;
                 TEMP_MEASUREMENT |= I2C_READ_BYTE();//温度数值低8位
                 Temp_Check_Num = I2C_READ_BYTE();//温度CRC校验

                 HUM_MEASUREMENT = I2C_READ_BYTE();
                 HUM_MEASUREMENT <<= ;
                 HUM_MEASUREMENT |= I2C_READ_BYTE();
                 Hum_Check_Num = I2C_READ_BYTE(); 

                 I2C_STOP();    

                 Cnt = SHTC3_CRC_CHECK(TEMP_MEASUREMENT,Temp_Check_Num);
                 if(Cnt == )
                 {
                     result = TEMP_MEASUREMENT**;//保留一位小数点
                     TEMP_DATA = (uint16_t)(result >> );

                     if(TEMP_DATA >= )
                     {
                         //正温度
                         TEMP_DATA -= ;
                         Cnt = TEMP_DATA%;
                         TEMP_DATA = TEMP_DATA/;
                         printf("采集到的温度度值是：%d.%d\r\n",TEMP_DATA,Cnt);
                     }
                     else
                     {
                         //负温度
                         TEMP_DATA =  - TEMP_DATA;
                         Cnt = TEMP_DATA%;
                         TEMP_DATA = TEMP_DATA/;
                         printf("采集到的温度度值是：-%d.%d\r\n",TEMP_DATA,Cnt);
                     }
                 }

                 Cnt = SHTC3_CRC_CHECK(HUM_MEASUREMENT,Hum_Check_Num);
                 if(Cnt == )
                 {
                     result = HUM_MEASUREMENT*;
                     HUM_DATA = (uint8_t)(result >> );

                     printf("采集到的湿度值是：%d%%\r\n",HUM_DATA);
                 }
                 printf("\r\n");
             }
         }

         SHTC3_INTO_SLEEP();
     }
 }

　　完整的工程代码可以在：https://github.com/h1019384803/STM32F103ZET6_I2C查看。