基于STM32+SHT30设计的环境温度与湿度检测系统(IIC模拟时序)

一、项目功能介绍

当前介绍基于STM32F103ZCT6芯片设计的环境温度与湿度检测系统设计过程。当前系统通过SHT30温湿度传感器采集环境温度和湿度数据，并通过模拟IIC时序协议将数据传输到STM32芯片上。然后，STM32芯片通过处理这些数据并将它们显示在0.91寸OLED显示屏上，以便用户能够方便地观察环境温度和湿度的变化情况。

系统的主控芯片采用了STM32F103ZCT6，这是一款高性能的32位ARM Cortex-M3微控制器，具有丰富的外设和存储器资源，可满足各种应用的需求。温湿度检测传感器采用了SHT30，这是一款高精度的数字式温湿度传感器，具有快速响应、低功耗、高可靠性等特点。

为了实现数据的显示，系统采用了0.91寸OLED显示屏，驱动芯片是SSD1306，接口是IIC协议。OLED显示屏也是通过模拟IIC时序进行驱动，这种方式具有简单、可靠、低功耗等优点。

（1）开发板连接SHT30实物图

（2）OLED显示屏

（3）测量的温度湿度串口打印

二、设计思路

2.1 系统硬件设计

主控芯片采用STM32F103ZCT6，该芯片具有72MHz主频，具有丰富的外设资源，包括多个定时器、多个串口、多个I2C接口等。温湿度传感器采用IIC接口的SHT30，该传感器具有高精度、低功耗、数字输出等特点，可提供温度和湿度数据。OLED显示屏采用0.91寸OLED显示屏，驱动芯片是SSD1306，接口也是是IIC协议。

2.2 系统软件设计

系统软件设计采用STM32CubeMX和Keil MDK-ARM工具进行开发。

实现步骤：

（1）使用STM32CubeMX进行芯片引脚配置和初始化代码生成。

（2）编写SHT30温湿度传感器的IIC通信驱动程序。

（3）编写SSD1306 OLED显示屏的IIC通信驱动程序。

（4）编写温湿度检测程序，通过SHT30传感器读取温度和湿度数据，并将数据显示在OLED显示屏上。

（5）编写主程序，将以上各个程序整合在一起，并进行系统初始化和数据处理。

2.3 系统实现

（1）系统硬件实现

系统硬件实现包括主控板、SHT30传感器模块和OLED显示屏模块。主控板上连接了STM32F103ZCT6主控芯片和IIC总线电路，SHT30传感器模块和OLED显示屏模块通过IIC总线连接到主控板上。

（2）系统软件实现

系统软件实现主要包括SHT30传感器的IIC通信驱动程序、SSD1306 OLED显示屏的IIC通信驱动程序、温湿度检测程序和主程序。其中，SHT30传感器的IIC通信驱动程序和SSD1306 OLED显示屏的IIC通信驱动程序都是基于STM32的硬件IIC接口实现的，温湿度检测程序通过SHT30传感器读取温度和湿度数据，并将数据显示在OLED显示屏上。主程序将以上各个程序整合在一起，并进行系统初始化和数据处理。

三、代码实现

3.1 主程序代码

以下是基于STM32设计的环境温度与湿度检测系统的主函数main.c的代码实现：

#include "stm32f10x.h"

 #include "systick.h"

 #include "sht30.h"

 #include "i2c.h"

 #include "oled.h"

 #define OLED_ADDR 0x78

 #define SHT30_ADDR 0x44

 uint8_t oled_buf[128][8];

 void show_temp_humi(float temp, float humi) {

     char str[20];

     int temp_int = (int)(temp * 10);

     int humi_int = (int)(humi * 10);

     sprintf(str, "Temp: %d.%d C", temp_int / 10, temp_int % 10);

     oled_show_chinese16x16(0, 0, oled_buf, "温度");

     oled_show_chinese16x16(32, 0, oled_buf, "：");

     oled_show_string16x16(48, 0, oled_buf, str);

     sprintf(str, "Humi: %d.%d %%", humi_int / 10, humi_int % 10);

     oled_show_chinese16x16(0, 2, oled_buf, "湿度");

     oled_show_chinese16x16(32, 2, oled_buf, "：");

     oled_show_string16x16(48, 2, oled_buf, str);

     oled_refresh(0, 7, oled_buf);

 }

 int main(void)

 {

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

     i2c_init();

     systick_init(72);

     sht30_init(SHT30_ADDR);

     oled_init();

     while(1)

     {

         float temp, humi;

         sht30_read_temp_humi(&temp, &humi);

         show_temp_humi(temp, humi);

         delay_ms(1000);

     }

 }

代码中主要实现了以下功能：

（1）初始化IIC总线、SHT30传感器和OLED显示屏。

（2）定时读取SHT30传感器的温度和湿度数据。

（3）将温度和湿度显示在OLED显示屏上。

代码中使用了systick.h、sht30.h、i2c.h和oled.h等库文件，需要将这些文件添加到工程中。其中oled.h文件提供了显示中文、字符串和刷新缓冲区等接口，可以在OLED显示屏上显示信息。具体代码实现可以参考oled.c文件。

测试时，需要将OLED显示屏和SHT30传感器按照对应的引脚连接好，并将代码烧录到STM32F103ZCT6芯片中。如果一切正常，OLED显示屏上就会不断地显示当前温度和湿度值。

3.2 SHT30驱动代码

以下是SHT30的驱动代码：

sht30.h:

#ifndef __SHT30_H

 #define __SHT30_H

 #include "stm32f10x.h"

 void sht30_init(uint8_t addr);

 void sht30_read_temp_humi(float *temp, float *humi);

 #endif /* __SHT30_H */

sht30.c:

#include "sht30.h"

 #include "i2c.h"

 #define SHT30_CMD_HIGH 0x2C

 #define SHT30_CMD_MIDDLE 0x06

 void sht30_init(uint8_t addr)

 {

     uint8_t cmd[] = { 0x22, 0x36 };

     i2c_write_data(addr, cmd, sizeof(cmd));

 }

 void sht30_read_temp_humi(float *temp, float *humi)

 {

     uint8_t buf[6];

     uint16_t temp_raw, humi_raw;

     i2c_start();

     i2c_write_byte(SHT30_ADDR < < 1);

     if (!i2c_wait_ack()) {

         return;

     }

     i2c_write_byte(SHT30_CMD_HIGH);

     i2c_wait_ack();

     i2c_write_byte(SHT30_CMD_MIDDLE);

     i2c_wait_ack();

     i2c_stop();

     delay_ms(10);

     i2c_start();

     i2c_write_byte((SHT30_ADDR < < 1) | 0x01);

     if (!i2c_wait_ack()) {

         return;

     }

     for (int i = 0; i < 6; ++i) {

         buf[i] = i2c_read_byte(i == 5 ? 0 : 1);

     }

     i2c_stop();

     humi_raw = (buf[0] < < 8) | buf[1];

     temp_raw = (buf[3] < < 8) | buf[4];

     *humi = 100.0f * ((float)humi_raw / 65535.0f);

     *temp = -45.0f + 175.0f * ((float)temp_raw / 65535.0f);

 }

代码中定义了SHT30_CMD_HIGH和SHT30_CMD_MIDDLE两个命令，用于启动温湿度转换。在sht30_init函数中，发送初始化命令；在sht30_read_temp_humi函数中，先发送读取命令，等待10毫秒后读取温度和湿度的原始值。最后根据公式计算出实际的温度和湿度值，并将它们保存到temp和humi指针所指向的内存中。

代码中调用了i2c_write_data、i2c_start、i2c_write_byte、i2c_wait_ack、i2c_read_byte和i2c_stop等IIC相关函数，这些函数的实现可以看i2c.c文件。在使用SHT30传感器之前，需要初始化IIC总线和SHT30传感器。

3.3 OLED显示屏驱动代码

以下是OLED显示屏相关代码：

oled.h:

#ifndef __OLED_H

 #define __OLED_H

 #include "stm32f10x.h"

 void oled_init(void);

 void oled_show_chinese16x16(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t (*buf)[8], const char *str);

 void oled_show_string16x16(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t (*buf)[8], const char *str);

 void oled_refresh(uint8_t page_start, uint8_t page_end, uint8_t (*buf)[8]);

 #endif /* __OLED_H */

oled.c:

#include "oled.h"

 #include < string.h >

 #define OLED_WIDTH 128

 #define OLED_HEIGHT 64

 static void oled_write_cmd(uint8_t cmd)

 {

     uint8_t tx_buf[2];

     tx_buf[0] = 0x00;

     tx_buf[1] = cmd;

     i2c_write_data(OLED_ADDR, tx_buf, sizeof(tx_buf));

 }

 static void oled_write_data(uint8_t data)

 {

     uint8_t tx_buf[2];

     tx_buf[0] = 0x40;

     tx_buf[1] = data;

     i2c_write_data(OLED_ADDR, tx_buf, sizeof(tx_buf));

 }

 static void oled_set_pos(uint8_t x, uint8_t y)

 {

     oled_write_cmd(0xb0 + y);

     oled_write_cmd(((x & 0xf0) > > 4) | 0x10);

     oled_write_cmd(x & 0x0f);

 }

 void oled_init(void)

 {

     oled_write_cmd(0xAE); //Display Off

     oled_write_cmd(0x00); //Set Lower Column Address

     oled_write_cmd(0x10); //Set Higher Column Address

     oled_write_cmd(0x40); //Set Display Start Line

     oled_write_cmd(0xB0); //Set Page Address

     oled_write_cmd(0x81); //Contrast Control

     oled_write_cmd(0xFF); //128 Segments

     oled_write_cmd(0xA1); //Set Segment Re-map

     oled_write_cmd(0xA6); //Normal Display

     oled_write_cmd(0xA8); //Multiplex Ratio

     oled_write_cmd(0x3F); //Duty = 1/64

     oled_write_cmd(0xC8); //Com Scan Direction

     oled_write_cmd(0xD3); //Set Display Offset

     oled_write_cmd(0x00);

     oled_write_cmd(0xD5); //Set Display Clock Divide Ratio/Oscillator Frequency

     oled_write_cmd(0x80);

     oled_write_cmd(0xD9); //Set Pre-charge Period

     oled_write_cmd(0xF1);

     oled_write_cmd(0xDA); //Set COM Pins

     oled_write_cmd(0x12);

     oled_write_cmd(0xDB); //Set VCOMH Deselect Level

     oled_write_cmd(0x40);

     oled_write_cmd(0xAF); //Display On

     memset(oled_buf, 0, sizeof(oled_buf));

 }

 void oled_show_chinese16x16(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t (*buf)[8], const char *str)

 {

     uint16_t offset = (uint16_t)(str[0] - 0x80) * 32 + (uint16_t)(str[1] - 0x80) * 2;

     const uint8_t *font_data = &font_16x16[offset];

     for (int i = 0; i < 16; ++i) {

         for (int j = 0; j < 8; ++j) {

             uint8_t byte = font_data[i * 2 + j / 8];

             uint8_t bit = (byte > > (7 - j % 8)) & 0x01;

             buf[y + i][x + j] = bit ? 0xff : 0x00;

         }

     }

 }

 void oled_show_string16x16(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t (*buf)[8], const char *str)

 {

     while (*str != '') {

         oled_show_chinese16x16(x, y, buf, str);

         x += 16;

         str += 2;

     }

 }

 void oled_refresh(uint8_t page_start, uint8_t page_end, uint8_t (*buf)[8])

 {

     for (int i = page_start; i <= page_end; ++i) {

         oled_set_pos(0, i);

         for (int j = 0; j < OLED_WIDTH; ++j) {

             oled_write_data(buf[i][j]);

         }

     }

 }

代码中定义了OLED_WIDTH和OLED_HEIGHT两个常量，表示OLED显示屏的宽度和高度。在oled_init函数中，发送初始化命令，将OLED显示屏设置为正常显示模式。在oled_show_chinese16x16函数中，根据GB2312编码从字库中获取汉字字形，并将其保存到缓冲区buf中。在oled_show_string16x16函数中，根据字符串逐个显示汉字或字符，并调用oled_show_chinese16x16函数显示汉字。在oled_refresh函数中，设置页地址和列地址，并将缓冲区buf中的数据写入到OLED显示屏上。

代码中调用了i2c_write_data、oled_write_cmd、oled_write_data和oled_set_pos等IIC和OLED相关函数，这些函数的实现可以看i2c.c文件。