跟著小哈一起讀AHT20溫濕度傳感器驅(qū)動源碼

AHT20 簡介

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• 2020 年上市，奧松生產(chǎn)；3mm*3mm*1mm 超小體積；經(jīng)過標(biāo)定的數(shù)字信號，標(biāo)準(zhǔn) I2C 輸出格式；由一個電容式濕度傳感元件和一個標(biāo)準(zhǔn)的片上溫度傳感元件組成；采用 SMD 封裝適于回流焊；響應(yīng)迅速、抗干擾能力強；AHT20 的供電范圍為 2.0-5.5V， 推薦電壓為 3.3V。

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應(yīng)用場景

它廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào) 、除濕器、測試及檢測設(shè)備、消費品、汽車 、自動控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)、醫(yī)療及其他相關(guān)濕度檢測控制等領(lǐng)域。

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封裝

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傳感器性能

查看我們之前分享的網(wǎng)文，對比 DHT21 的參數(shù)如下：

DHT11 及 DHT21 溫濕度傳感器時序圖解析（STM32）

由上對比，AHT20 的精度要比 DHT21 的精度要好，而且價格又低了很多。

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原理圖

手冊中推薦電路

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開發(fā)板中的原理圖

與開發(fā)板連接情況如下：

由上我們知道，這個 AHT20 使用的 Hi3861 芯片的 I2C0。

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程序源碼

AHT20 的鴻蒙驅(qū)動代碼，潤和公司的開源庫中已經(jīng)有了，我們就不重復(fù)造輪子了，直接使用，然后結(jié)合 AHT20 的數(shù)據(jù)手冊分析一下代碼。

潤和公司開源的鴻蒙 OS AHT20 數(shù)字溫濕度傳感器驅(qū)動庫：https://gitee.com/hihopeorg/harmonyos-aht20

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如何編譯

1. 在 ~/harmony/code/code-1.0/applications/sample/wifi-iot/app目錄下執(zhí)行git clone https://github.com/xusiwei/harmonyos-aht20 ,獲取源碼。

1. 修改編譯腳本

1. 在~/harmony/code/code-1.0目錄下執(zhí)行：python build.py wifiiot

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模塊的地址

I2C 發(fā)送的首字節(jié)包括 7 位的 I2C 設(shè)備地址 0x38 和一個 SDA 方向位 X(讀 R:'1'，寫 W:'0')。

手冊中描述的模塊地址定義如下：

由上分析，我們得到讀數(shù)據(jù)操作的首字節(jié)AHT20_READ_ADDR和寫數(shù)據(jù)操作的首字節(jié)AHT20_WRITE_ADDR分別定義如下：

#define?AHT20_DEVICE_ADDR???0x38
#define?AHT20_READ_ADDR?????((0x38<<1)|0x1)
#define?AHT20_WRITE_ADDR????((0x38<<1)|0x0)

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I2C 總線

AHT20 采用標(biāo)準(zhǔn)的 I2C 協(xié)議進行通訊。

對于 I2C 通信我們之前分享過網(wǎng)文：

STM32 I2C 通信操作 24C02 寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)

4 位數(shù)碼管顯示模塊驅(qū)動

基于鴻蒙 OS 移植 OLED 驅(qū)動程序

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I2C 寫函數(shù)

上圖中的AHT20_Write()函數(shù)中調(diào)用了I2cWrite()函數(shù)。

I2cWrite()函數(shù)是系統(tǒng)中 I2C 進行寫操作的函數(shù)，這個函數(shù)的參數(shù)含義解釋如下：

參數(shù) 1：WifiIotI2cIdx id ，這個參數(shù)是使用的 I2C 的 ID，這個參數(shù)可選下面枚舉中的一個值：

typedef?enum?{
????/**?I2C?hardware?index?0?*/
????WIFI_IOT_I2C_IDX_0,
????/**?I2C?hardware?index?1?*/
????WIFI_IOT_I2C_IDX_1,
}?WifiIotI2cIdx;

因為我們這里使用的是 I2C0，所以這個參數(shù)應(yīng)該為：WIFI_IOT_I2C_IDX_0 。

參數(shù) 2：unsigned short deviceAddr，這個參數(shù)是 I2C 總線下面的設(shè)備地址，因為這是一個寫操作，所以這個參數(shù)我們選用上面的宏定義：AHT20_WRITE_ADDR 。

參數(shù) 3：const WifiIotI2cData *i2cData ，這個參數(shù)是我們要發(fā)送的數(shù)據(jù)，該變量的數(shù)據(jù)類型為一個結(jié)構(gòu)體類型：HalWifiIotI2cData ，該結(jié)構(gòu)體的定義如下。

/**
?*?@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;

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I2C 讀函數(shù)

上圖中的AHT20_Read()函數(shù)中調(diào)用了I2cRead()函數(shù)。

I2cRead()函數(shù)是系統(tǒng)中 I2C 進行讀操作的函數(shù)。

I2cRead()函數(shù)的參數(shù)與I2cWrite()函數(shù)的參數(shù)類似，只是參數(shù) 3：const WifiIotI2cData *i2cData ，這個參數(shù)用于接收我們讀取到的數(shù)據(jù)。

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常用命令

AHT20 常用的命令有：

• 初始化命令 ('1011’1110') ，即 0xBE；測量溫濕度命令('1010’1100')，即 0xAC；軟復(fù)位命令('1011’1010')，即 0xBA。

基本指令集

狀態(tài)位

通過發(fā)送 0x71 可以獲取一個字節(jié)的狀態(tài)字，狀態(tài)字各位的含義描述如下：

狀態(tài)字各位含義說明

傳感器讀取流程

1. 上電后要等待 40ms，讀取溫濕度值之前， 首先要看狀態(tài)字的校準(zhǔn)使能位 Bit[3]是否為 1(通過發(fā)送 0x71 可以獲取一個字節(jié)的狀態(tài)字)，如果不為 1，要發(fā)送 0xBE 命令(初始化)，此命令參數(shù)有兩個字節(jié)， 第一個字節(jié)為 0x08，第二個字節(jié)為 0x00。

AHT20 模塊的狀態(tài)判斷通過下面AHT20_Calibrate()函數(shù)來判斷，具體執(zhí)行過程如下圖所示：

注：在第一步的校準(zhǔn)狀態(tài)檢驗只需要上電時檢查，在正常過程無需操作。

軟復(fù)位

上面代碼中有一個這樣的指令：AHT20_ResetCommand()

這個命令用于在無需關(guān)閉和再次打開電源的情況下，重新啟動傳感器系統(tǒng)。

在接收到這個命令之后，傳感器系統(tǒng)開始重新初始化，并恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置狀態(tài)，軟復(fù)位所需時間不超過 20 毫秒。

圖中灰色部分由 AHT20 控制。

#define?AHT20_CMD_RESET??????0xBA?//?軟復(fù)位命令
//?發(fā)送軟復(fù)位命令
static?uint32_t?AHT20_ResetCommand(void)
{
????uint8_t?resetCmd[]?=?{AHT20_CMD_RESET};
????return?AHT20_Write(resetCmd,?sizeof(resetCmd));
}

1. 直接發(fā)送 0xAC 命令(觸發(fā)測量)，此命令參數(shù)有兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為 0x33，第二個字節(jié)為 0x00。

觸發(fā)測量命令發(fā)送的數(shù)據(jù)如下：

具體使用的代碼如下：

#define?AHT20_CMD_TRIGGER???????0xAC?//?觸發(fā)測量命令
#define?AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0??0x33
#define?AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1??0x00

//?發(fā)送?觸發(fā)測量?命令，開始測量
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));
}

1. 等待 75ms 待測量完成，忙狀態(tài) Bit[7]為 0，然后可以讀取六個字節(jié)。

注：傳感器在采集時需要時間，主機發(fā)出測量指令（0xAC）后，延時 75 毫秒以上再讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)并判斷返回的狀態(tài)位是否正常。若狀態(tài)比特位[Bit7]為 0 代表設(shè)備閑，可正常讀取，為 1 時傳感器為忙狀態(tài)，主機需要等待數(shù)據(jù)處理完成。

1. 計算溫濕度值。

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相對濕度轉(zhuǎn)換

上圖中藍色背景的六個字節(jié)數(shù)據(jù)中，紅色方框框住的為濕度數(shù)據(jù)，組成一個 20bit 長度的一個整形數(shù)；紫色方框框住的 20bit 為溫度數(shù)據(jù)。

濕度數(shù)據(jù)按下面代碼實現(xiàn)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);

通過手冊我們得知相對濕度的計算公式如下：

上面代碼求得的 humiRaw 即為上圖公式中的 Srh，所以根據(jù)上圖公式，使用如下代碼即可獲得相對濕度 RH。

*humi?=?humiRaw?/?(float)AHT20_RESOLUTION?*?100;

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溫度轉(zhuǎn)換

按如下方式合并溫度數(shù)據(jù)的 20bit 數(shù)據(jù)：

uint32_t?tempRaw?=?buffer[3]?&?0x0F;
tempRaw?=?(tempRaw?<<?8)?|?buffer[4];
tempRaw?=?(tempRaw?<<?8)?|?buffer[5];

查看手冊，我們知道 20bit 的溫度數(shù)據(jù)跟℃的換算關(guān)系如下：

用代碼具體實現(xiàn)如下：

*temp?=?tempRaw?/?(float)AHT20_RESOLUTION?*?200?-?50;

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結(jié)果展示

將上面編譯之后的結(jié)果下載驗證，輸出如下：

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