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温湿度计

实验介绍

本章主要介绍温湿度计的实现,本产品板载了温湿度传感器SI7006。该传感器不但能测量温度,还能测量相对湿度。本章我们将向大家介绍如何使用haas1000来读取SI7006数字温湿度传感器,从而得到环境温度和相对湿度等信息,并把从温湿度值显示在OLED模块上。 开始学习之前我们先看一下显示效果,如下图所示:

涉及知识点

  • I2C通信原理

  • SI7006光照与接近传感器原理

  • OLED绘图

开发环境准备

硬件

开发用电脑一台
HAAS EDU K1 开发板一块
USB2TypeC 数据线一根

软件

开发环境的搭建请参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之搭建开发环境》,其中详细的介绍了AliOS Things 3.3的IDE集成开发环境的搭建流程。

本案例的代码下载请参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之创建工程》

> 选择解决方案: “HaaS EDU K1教育开发案例合集”

> 选择开发板: haaseduk1 board configure

-- 编译固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之编译固件》

-- 烧录固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之烧录固件》

I2C通信原理

IIC总线是一种最早由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,高速IIC总线一般可达400kbps以上。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。 结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。 应答信号:接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障。 波形如下图:

SI7006传感器简介

SI7006 是Silicon Lab公司推出的一款相对湿度及温度传感器,其结合了工厂校准湿度和温度传感器元件、模拟-数字转换器,信号处理和一个I2C主机接口。使用业界标准低K电介质聚合物提供了出色的精度和长期稳定性,同时具有低漂移和低滞后。同时其创新的CMOS设计还使其具备很低的功耗。 特征:

  • 相对湿度传感器:

  • ±5%RH(最大)@ 0-80%RH的

  • 温度传感器:

  • ±1.0℃的精确度(最大)@ -10至+ 85°C

  • 0至100%RH的工作范围内

  • 可达-40至+125°C的工作范围

  • 工作电压范围宽(1.9〜3.6V)

  • 低功耗:2.2μW平均功率为3.3V和每秒1个样本

  • I2C主机接口

  • 片上集成加热器

  • 采用3mm x 3mm QFN封装

  • 卓越的长期稳定性

  • 支持工厂校准

  • 在回流和运行寿命的保护

  • 防止污染的灰尘,污垢,日用化工和其它液体

应用:

  • 资产和货物跟踪

  • 汽车气候控制和去雾

  • 婴儿监视器

  • 持续气道正压通气(CPAP)机

  • 洪水和水检测

  • 煤气,火灾和烟雾探测器

  • 手机/智能手机

  • 工业HVAC / R

  • 笔记本电脑/平板电脑

  • 激光打印机

  • 微环境/数据中心

  • PLC和IO模块

  • 远程遥测装置

  • 平板电脑

  • 测试和测量

  • 恒温/恒湿

  • 通风和空调系统

  • 气象站

  • 风力发电逆变器

  • 挡风玻璃和后视镜系统

  • 无线基站

  • 无线传感器网络

OLED绘图

参考上一章节。

软硬件环境准备

硬件

1、开发用电脑一台 2、HaaS EDU K1开发板一个 (开发板内置SI7006传感器) 3、USB Type-C 数据线一根

硬件设计

在本实验中,SI7006贴片在主板上,中间I2C与MCU通信,原理图如下所示:

EDU SI7006部分原理图

软件设计

应用代码部分

文件路径如下: solutions/eduk1_demo/k1_apps/humiture/humiture.c solutions/eduk1_demo/k1_apps/humiture/humiture.h

        si7006_getTempHumidity(&hump, &temp);
        sprintf(temp_str, "T:%5.1fC", temp);
        sprintf(hump_str, "H:%5.1f%%", hump);

        OLED_Icon_Draw(14, 4, &icon_thermometer_24_24, 0);
        OLED_Icon_Draw(14, 36, &icon_hygrometer_24_24, 0);

        OLED_Icon_Draw(2, 24, &icon_skip_left, 0);
        OLED_Icon_Draw(122, 24, &icon_skip_right, 0);

        OLED_Show_String(42, 8, temp_str, 16, 1);
        OLED_Show_String(42, 40, hump_str, 16, 1);

        OLED_Refresh_GRAM();
        aos_msleep(500);

驱动部分

文件路径如下: components/peripherals/sensor/drv/drv_temp_humi_si_si7006.c 驱动代码整体主要分为三部分:

  • 获取产品ID

  • 获取温度值

  • 获取湿度值

void si7006_getID(uint8_t *id_buf)
{
    uint8_t reg[4]  = {Si7006_READ_ID_LOW_0,Si7006_READ_ID_LOW_1,Si7006_READ_ID_HIGH_0,Si7006_READ_ID_HIGH_1};

    hal_i2c_master_send(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, reg, 2, 1000);
    aos_msleep(30);
    hal_i2c_master_recv(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, id_buf, 4, 1000);

    hal_i2c_master_send(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, &reg[2], 2, 1000);
    aos_msleep(30);
    hal_i2c_master_recv(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, &id_buf[4], 4, 1000);

    return;
}

bool si7006_getTemperature(float *temperature)
{
    uint8_t reg  = Si7006_MEAS_TEMP_NO_MASTER_MODE;
    uint8_t read_data[2] = {0};
    unsigned int value;

    hal_i2c_master_send(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, &reg, 1, 1000);
    aos_msleep(30);
    hal_i2c_master_recv(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, read_data, 2, 1000);
    value = (read_data[0] << 8) | read_data[1];
    LOGI("APP", "%0x -- %0x -->0x%x\n", read_data[0],read_data[1],value);
    // A temperature measurement will always return XXXXXX00 in the LSB field.
    if (value & 0xFFFC)
    {
            *temperature = (175.72f * (float)value) / 65536.0f - 46.85f;
        LOGI("APP", "temperature: %2f \n", *temperature);
    }
    else
    {
        LOGI("APP", "Error on temp\n");
        return 1;
    }
    return 0;
}

/*
i2c – the i2c device
dev_addr – device address
mem_addr – mem address
mem_addr_size – mem address
data – i2c master send data
size – i2c master send data size
*/
bool si7006_getHumidity(float *humidity)
{
    uint8_t reg  = Si7006_MEAS_REL_HUMIDITY_NO_MASTER_MODE;
    uint8_t read_data[3] = {0};
    unsigned int value;

    hal_i2c_master_send(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, &reg, 1, 1000);

    aos_msleep(30);

    hal_i2c_master_recv(&i2c_dev, i2c_dev.config.dev_addr, read_data, 2, 1000);
    value = (read_data[0] << 8) | read_data[1];
    LOGI("APP", "%0x -- %0x -->0x%x\n", read_data[0],read_data[1],value);
    if (value & 0xFFFE)
    {
            *humidity = ((125.0f * (float)value ) / 65535.0f) - 6.0f;
        LOGI("APP", "humidity: %f \n", *humidity);
    }
    else
    {
        LOGI("APP", "Error on humidity\n");
        return 1;
    }
    return 0;
}

//get temp and humidity
void si7006_getTempHumidity(float *humidity, float *temperature)
{
    si7006_getTemperature(temperature);
    si7006_getHumidity(humidity);
}