STM32:AHT20温湿度传感器驱动程序开发

注：温湿度传感器AHT20数据手册.pdf

http://www.aosong.com/userfiles/files/AHT20%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%A7%84%E6%A0%BC%E4%B9%A6(%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88)%20B1.pdf

一、分析AHT数据手册文档

(1).准备工作

1.新建工程。配置UART2

2.配置I2C1为I2C标准模式，并开启中断和DMA设置

3.设置工程参数为每个外设初始化生成头文件和源文件，而后生成代码。

(2).根据数据手册，编写AHT20驱动

数据手册中的传感器读取流程如下:

1.上电后要等待40ms，读取温湿度值之前， 首先要看状态字的校准使能位Bit[3]是否为 1(通

过发送0x71可以获取一个字节的状态字)，如果不为1，要发送0xBE命令(初始化)，此命令参数 有两个字节， 第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。

2.直接发送 0xAC命令(触发测量)，此命令参数有两个字节，第一个字节为 0x33，第二个字节为0x00。

3.等待75ms待测量完成，忙状态Bit[7]为0，然后可以读取六个字节(发0X71即可以读取)。

4.计算温湿度值

1.第一条的意思是，开机后，要等待40ms才能够与AHT20通信。因此在AHT20建立通信前要等待40ms。而后0x71地址实际上AHT20作为IIC从机的地址。按照AHT20手册，在启动传输后，随后传输的 II C首字节包括 7位的 I I C设备地址0x38。因为IIC通信一般使用7为地址码，但是读写数据都是一个字节一个字节的读写。0x38的七位二进制为0111000。规定从机地址要左一位。多出来的第八位就是读写位。IIC协议规定，如果主机发起通信的目的是为了写从机，那么读写位是0,此时AHT20的地址是01110000，即0x70.如果主机发起通信的目的是为了读从机传入的数据，那么读写位就是1。此时AHT20的地址是0x71。对于第8位的读写设置，HAL库已经帮我们封装好了，所以不用特意去操作。用户只当作AHT20的地址是0x70就行。

2.直接发送信息，略

3.等待75ms后，读取6个字节数据，里面包含了状态信息，湿度信息，和温度信息。其中第0个字节是状态位，需获取bit[7]判断设备是否空闲。而后，湿度数据由20个bit位组成：第1个字节是湿度的高8位，第2个字节是湿度的次高8位.第3个字节的高4个bit位是湿度的低4位。温度数据也由20个bit位组成。第3个字节的低4个bit位是温度的高4位，第4个字节是温度的次高8位，第5个字节是温度的低8位。

4.解析完温度、湿度数据后，进行计算

(3),关键代码

aht.h声明函数, aht.c函数定义如下

#include "aht20.h"
#define AHT20_ADDRESS 0x70
//AHT20初始化
void AHT20_Init(){uint8_t readBuffer;//1.工作前延迟40msHAL_Delay(40);//2.从AHT20收取一个字节，判断第Bit[3]是否为1HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, &readBuffer, 1, HAL_MAX_DELAY);//加上状态位后实际上要判断Bit[4]if( (readBuffer & 0x08)== 0x00){//如果不为1，要发送0xBE命令(初始化)//发送0xBE命令(初始化)，此命令参数有两个字节， 第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。uint8_t sendBuffer[3] ={0xBE,0x08,0x00};HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, sendBuffer, 3, HAL_MAX_DELAY);}
}void AHT20_Read(float *O_Temperature,float* O_Humidity){//输入触发命令和参数uint8_t sendBuffer[3] ={0xAC,0x33,0x00};HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, sendBuffer, 3, HAL_MAX_DELAY);//等待75ms测量完成HAL_Delay(75);//读6个字节uint8_t readBuffer[6];HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, readBuffer, 6, HAL_MAX_DELAY);//其中第0个字节是状态位，需获取bit[7]判断设备是否空闲。为0则不再工作if((readBuffer[0] & 0x80 )==0x00){uint32_t tempdata = 0;//湿度数据由20个bit位组成：第1个字节是湿度的高8位，第2个字节是湿度的次高8位.第3个字节的高4个bit位是湿度的低4位。tempdata =((uint32_t)readBuffer[1] << 12 ) + ((uint32_t)readBuffer[2] <<4 ) +((uint32_t)readBuffer[3] >>4 );//相对湿度计算*O_Humidity = tempdata *1.0f /(1<<20);//温度数据也由20个bit位组成。第3个字节的低4个bit位是温度的高4位，第4个字节是温度的次高8位，第5个字节是温度的低8位。tempdata = (((uint32_t)readBuffer[3] & 0x0F ) <<16 ) +((uint32_t)readBuffer[4] <<8 ) + (uint32_t)readBuffer[5];//转化成摄氏度*O_Temperature= tempdata*200.0f /(1<<20)-50;}}

main.c 关键函数如下：

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "aht20.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_I2C1_Init();MX_USART2_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */AHT20_Init();char message[50];float temperature, humidity;/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){AHT20_Read(&temperature, &humidity);sprintf(message,"温度:%.1f °C，湿度: %.1f %% \r\n",temperature,humidity*100);HAL_UART_Transmit(&huart2, message, 50, HAL_MAX_DELAY);HAL_Delay(1000);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

注：起初 sprintf(message,"温度:%.1f °C，湿度: %.1f %% \r\n",temperature,humidity*100);会报不支持浮点数输出的错误。

菜单栏Project ->properties解决

二、基于状态机编程实现AHT20的中断程序

上面一节实现的是AHT20的轮询模式。发送HAL_I2C_Master_Transmit ，接收HAL_I2C_Master_Receive都会阻塞主程序，待完全执行完发送/接收内容时程序才会执行下一步操作。而在中断或DMA模式下，发送和接收消息不会阻塞主程序，那么就有可能发生还没接收完数据就对温度、湿度变量进行计算，造成脏读。

HAL_I2C_Master_Transmit_IT()  // 采用中断模式发送

HAL_I2C_Master_Transmit_DMA()  //采用DMA模式发送

HAL_I2C_Master_Receive_IT()        // 采用中断模式接收

HAL_I2C_Master_Receive_DMA()   // 采用DMA模式接收

void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);  //主机发送完成回调函数

void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c); //主机接收完成回调函数

所谓状态机编程实际上类似与设计模式中的状态模式类型，把AHT20的通信流程拆分开来。每个状态标识分别对应着自己的处理逻辑，并且指明下一个的状态。

        

改造上述代码。

1).保持AHT20初始化不变

2).拆分温度、湿度发送/接收/计算模块

• 在状态为0时，发送测温湿度的命令，并将状态值为1。此时要等待DMA或者中断函数处理完成
• 触发 IIC发送完成回调函数，则表示发送命令完成，将状态置为2
• 当状态为2时,等待75 ms,让AHT20测温湿度结束。而后发送接收AHT20测温湿度数据的命令，并将状态置为3.
• 触发 IIC接收完成回调函数，则表示数据接收完成，测试接收到的6字节数据就是温湿度数据。并将状态置为4
• 当状态为4时，解析接收到的6字节数据，并打印

这样就完成了中断/DMA的测量温湿度数据的案例

三、中断程序主要代码

aht.h声明函数, aht.c函数定义如下

#include <aht20.h>//AHT20设备地址
static uint8_t AHT20_ADDRESS=0x70;
//发送0xBE命令(初始化)，此命令参数有两个字节， 第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。
static uint8_t AHT20InitCmd[3]={0xBE,0x08,0x00} ;
//输入测量触发命令和参数
static uint8_t AHT20MeasureCmd[3]={0xAC,0x33,0x00};
static uint8_t AHT20readBuffer[6];//AHT20初始化
void AHT20_Init(){uint8_t readOneByte;//1.工作前延迟40msHAL_Delay(40);//2.从AHT20收取一个字节，判断第Bit[3]是否为1HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, &readOneByte, 1, HAL_MAX_DELAY);//加上状态位后实际上要判断Bit[4]if( (readOneByte & 0x08)== 0x00){//如果不为1，要发送0xBE命令(初始化)//发送0xBE命令(初始化)，此命令参数有两个字节， 第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, AHT20InitCmd, 3, HAL_MAX_DELAY);}
}//发送测量指令
void AHT20_Transmit(){HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, AHT20MeasureCmd, 3);
}
//接收测量数据到AHT20readBuffer
void AHT20_Receive(){HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c1, AHT20_ADDRESS, AHT20readBuffer, 6);
}
//解析AHT20readBuffer输出O_Temperature和O_Humidity
void AHT20_Analysis(float *O_Temperature,float* O_Humidity){//其中第0个字节是状态位，需获取bit[7]判断设备是否空闲。为0则不再工作if((AHT20readBuffer[0] & 0x80 )==0x00){uint32_t tempdata = 0;//湿度数据由20个bit位组成：第1个字节是湿度的高8位，第2个字节是湿度的次高8位.第3个字节的高4个bit位是湿度的低4位。tempdata =((uint32_t)AHT20readBuffer[1] << 12 ) + ((uint32_t)AHT20readBuffer[2] <<4 ) +((uint32_t)AHT20readBuffer[3] >>4 );//相对湿度计算*O_Humidity = tempdata *1.0f /(1<<20);//温度数据也由20个bit位组成。第3个字节的低4个bit位是温度的高4位，第4个字节是温度的次高8位，第5个字节是温度的低8位。tempdata = (((uint32_t)AHT20readBuffer[3] & 0x0F ) <<16 ) +((uint32_t)AHT20readBuffer[4] <<8 ) + (uint32_t)AHT20readBuffer[5];//转化成摄氏度*O_Temperature= tempdata*200.0f /(1<<20)-50;}
}

main.c关键代码

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV */
//状态：0 初始状态，1正在发送测量指令 2测量指令发送完成  3 IIC读取ANT20数据中 4 读取完成
uint8_t  aht20State =0;
/* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c){if(hi2c == &hi2c1){aht20State =2;}
}
void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c){if(hi2c == &hi2c1){aht20State =4;}
}
/* USER CODE END 0 */int main(void)
{HAL_Init();/* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_DMA_Init();MX_I2C1_Init();MX_USART2_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */AHT20_Init();char message[50];float temperature, humidity;/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){if(aht20State == 0){//初始状态//测量数据AHT20_Transmit();aht20State=1;}else if(aht20State == 2){HAL_Delay(75);//读取数据AHT20_Receive();aht20State=3;}else if(aht20State == 4){//AHT20_AHT20_Analysis(&temperature, &humidity);sprintf(message,"温度:%.1f °C，湿度: %.1f %% ",temperature,humidity*100);HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)message, strlen(message), HAL_MAX_DELAY);HAL_Delay(1000);aht20State= 0;}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

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