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[]【HarmonyOS HiSpark Wi-Fi IoT 套件试用连载】跟着小哈一起读AHT20温湿度传感器驱动源码

juby
2020-11-25 22:30:20
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AHT20简介
  • 2020年上市，奥松生产；
  • 3mmx3mmx1mm 超小体积；
  • 经过标定的数字信号，标准I2C输出格式；
  • 由一个电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件组成；
  • 采用SMD封装适于回流焊；
  • 响应迅速、抗干扰能力强；
  • AHT20 的供电范围为 2.0-5.5V， 推荐电压为3.3V。
应用场景
它广泛应用于暖通空调 、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车 、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节、医疗及其他相关湿度检测控制等领域。
封装传感器性能
查看我们之前分享的网文，对比DHT21的参数如下：
DHT11及DHT21温湿度传感器时序图解析（STM32）
由上对比，AHT20的精度要比DHT21的精度要好，而且价格又低了很多。
原理图手册中推荐电路开发板中的原理图
与开发板连接情况如下：
[td]
管脚名称复用描述
GPIO_13GPIO_13/ADC6/PWM4_OUT/I2C0_SDA/ UART0_LOG_TXD
GPIO_14GPIO_14/PWM5_OUT/I2C0_SCL/ UART0_LOG_RXD
由上我们知道，这个AHT20使用的Hi3861芯片的I2C0。
程序源码
AHT20的鸿蒙驱动代码，润和公司的开源库中已经有了，我们就不重复造轮子了，直接使用，结合AHT20的数据手册分析一下代码。
润和公司开源的鸿蒙OS AHT20 数字温湿度传感器驱动库：https://gitee.com/hihopeorg/harmonyos-aht20
如何编译
  • 修改编译脚本
  • 在~/harmony/code/code-1.0目录下执行：python build.py wifiiot
模块的地址
I2C发送的首字节包括7位的I2C设备地址 0x38和一个SDA方向位X(读R:'1'，写W:'0')。
手册中描述的模块地址定义如下：
由上分析，我们得到读数据操作的首字节AHT20_READ_ADDR和写数据操作的首字节AHT20_WRITE_ADDR分别定义如下：
#define AHT20_DEVICE_ADDR   0x38
#define AHT20_READ_ADDR     ((0x38<<1)|0x1)
#define AHT20_WRITE_ADDR    ((0x38<<1)|0x0)
I2C总线
AHT20 采用标准的 I2C协议进行通讯。
对于I2C通信我们之前分享过网文：
STM32 I2C通信操作24C02写数据、读数据
4位数码管显示模块驱动
基于鸿蒙OS移植OLED驱动程序
I2C写函数
上图中的AHT20_Write()函数中调用了I2cWrite()函数。
I2cWrite()函数是系统中I2C进行写操作的函数，这个函数的参数含义解释如下：
参数1：WifiIotI2cIdx id ，这个参数是使用的I2C的ID，这个参数可选下面枚举中的一个值：
typedef enum {
    /** I2C hardware index 0 */
    WIFI_IOT_I2C_IDX_0,
    /** I2C hardware index 1 */
    WIFI_IOT_I2C_IDX_1,
} WifiIotI2cIdx;
因为我们这里使用的是I2C0，所以这个参数应该为：WIFI_IOT_I2C_IDX_0 。
参数2：unsigned short deviceAddr，这个参数是I2C总线下面的设备地址，因为这是一个写操作，所以这个参数我们选用上面的宏定义：AHT20_WRITE_ADDR 。
参数3：const WifiIotI2cData *i2cData ，这个参数是我们要发送的数据，该变量的数据类型为一个结构体类型： HalWifiIotI2cData ，该结构体的定义如下。
/**
* @Brief Defines I2C data transmission attributes.
*/
typedef struct {
    /** Pointer to the buffer storing data to send */
    unsigned char *sendBuf;
    /** Length of data to send */
    unsigned int  sendLen;
    /** Pointer to the buffer for storing data to receive */
    unsigned char *receiveBuf;
    /** Length of data received */
    unsigned int  receiveLen;
} HalWifiIotI2cData;
I2C读函数
上图中的AHT20_Read()函数中调用了I2cRead()函数。
I2cRead()函数是系统中I2C进行读操作的函数。
I2cRead()函数的参数与I2cWrite()函数的参数类似，只是参数3：const WifiIotI2cData *i2cData ，这个参数用于接收我们读取到的数据。
常用命令
AHT20常用的命令有：
  • 初始化命令 ('1011’1110') ，即0xBE；
  • 测量温湿度命令('1010’1100')，即0xAC；
  • 软复位命令('1011’1010')，即0xBA。
基本指令集状态位
通过发送0x71可以获取一个字节的状态字，状态字各位的含义描述如下：
状态字各位含义说明传感器读取流程
  • 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。
AHT20模块的状态判断通过下面AHT20_Calibrate()函数来判断，具体执行过程如下图所示：
注：在第一步的校准状态检验只需要上电时检查，在正常过程无需操作。
软复位
上面代码中有一个这样的指令：AHT20_ResetCommand()
这个命令用于在无需关闭和再次打开电源的情况下，重新启动传感器系统。
在接收到这个命令之后，传感器系统开始重新初始化，并恢复默认设置状态，软复位所需时间不超过 20 毫秒。
灰色部分由 AHT20 控制
#define AHT20_CMD_RESET      0xBA // 软复位命令
// 发送软复位命令
static uint32_t AHT20_ResetCommand(void)
{
    uint8_t resetCmd[] = {AHT20_CMD_RESET};
    return AHT20_Write(resetCmd, sizeof(resetCmd));
}
  • 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。
触发测量命令发送的数据如下：
具体使用的代码如下：
#define AHT20_CMD_TRIGGER       0xAC // 触发测量命令
#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0  0x33
#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1  0x00

// 发送 触发测量 命令，开始测量
uint32_t AHT20_StartMeasure(void)
{
    uint8_t triggerCmd[] = {AHT20_CMD_TRIGGER, AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0, AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1};
    return AHT20_Write(triggerCmd, sizeof(triggerCmd));
}
  • 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)。
注：传感器在采集时需要时间，主机发出测量指令（0xAC）后，延时75毫秒以上再读取转换后的数据并判断返回的状态位是否正常。若状态比特位[Bit7]为0代表设备闲，可正常读取，为1时传感器为忙状态，主机需要等待数据处理完成。
  • 计算温湿度值。
相对湿度转换
将上图中蓝色背景的六个字节数据中，红色方框框住的为湿度数据，组成一个20bit长度的一个整形数；紫色方框框住的20bit为温度数据。
湿度数据按下面代码实现拼接：
#define AHT20_RESOLUTION            (1<<20)  // 2^20

uint32_t humiRaw = buffer[1];
humiRaw = (humiRaw << 8) | buffer[2];
humiRaw = (humiRaw << 4) | ((buffer[3] & 0xF0) >> 4);
通过手册我们得知相对湿度的计算公式如下：
上面代码求得的 humiRaw 即为上图公式中的Srh，所以根据上图公式，使用如下代码即可获得相对湿度RH。
*humi = humiRaw / (float)AHT20_RESOLUTION * 100;
温度转换
按如下方式合并温度数据的20bit数据：
uint32_t tempRaw = buffer[3] & 0x0F;
tempRaw = (tempRaw << 8) | buffer[4];
tempRaw = (tempRaw << 8) | buffer[5];
查看手册。我们知道20bit的数据跟℃的换算关系如下：
用代码具体实现如下：
*temp = tempRaw / (float)AHT20_RESOLUTION * 200 - 50;
结果展示
将上面编译之后的结果下载验证，输出如下：


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