基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集

一、I2C总线通信协议

软件I2C

        软件I2C，也称为模拟I2C或bit-bang I2C，是一种通过微控制器的通用输入输出（GPIO）引脚来模拟I2C总线通信的方式。它不依赖于专门的硬件I2C接口，而是通过编程控制GPIO引脚的电平状态来实现I2C协议的数据传输。在软件I2C中，通常需要两个GPIO引脚：一个是SCL（时钟线），另一个是SDA（数据线）。通过精确地控制这两个引脚上的电压变化，可以发送和接收数据。

硬件I2C

        硬件I2C是一种利用微控制器或其他设备上的专用硬件模块来进行I2C通信的方法。这种硬件模块内置了I2C协议的逻辑，能够自动处理时钟信号（SCL）和数据线（SDA）的操作，从而允许微控制器以更高效和可靠的方式与其他I2C兼容设备通信。

二、AHT20芯片

        了解AHT20芯片的相关信息，具体信息请到官方下载对应产品介绍文档。
        资料链接：http://www.aosong.com/class-36.html        
        官方代码使用的是PB14,PB15引脚需要修改对应的引脚才可以正常使用。

下图为AHT20芯片的典型电路（芯片正面有孔）。

三、工程配置

        要求：每隔2秒钟采集一次温湿度数据，显示到OLED上，同时通过串口发送到上位机的“串口助手”软件。
        首先进入CubeMX新疆工程，选择STM32F103C8T6芯片。

1.RCC配置。

2.SYS配置。

3.TIM1配置。

4.UASART串口配置。

5.I2C1配置（用于AHT20）。

6..I2C2配置（用于u8g2）。

7.时钟树配置。

8.代码配置。

四、代码修改

首先参考作者上篇文章进行u8g2的基础配置，以及字模的获取。
STM32—U8g2图形库练习

然后在usart.c文件中添加如下代码（添加头文件#include "stdio.h"）。

 /* USER CODE BEGIN 1 */
 int fputc(int ch,FILE *f){
     HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
     return ch;
 }
 /* USER CODE END 1 */

main.c文件修改

 #include "main.h"
 #include "dma.h"
 #include "i2c.h"
 #include "tim.h"
 #include "usart.h"
 #include "gpio.h"
 #include "u8g2.h"
 ​
 /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
 /* USER CODE BEGIN Includes */
 #include<stdio.h>
 /* USER CODE END Includes */
 ​
 /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
 /* USER CODE BEGIN PTD */
 ​
 //温
 static const unsigned char  wen[] =
 {0x00,0x00,0xC4,0x1F,0x48,0x10,0x48,0x10,0xC1,0x1F,0x42,0x10,0x42,0x10,0xC8,0x1F,0x08,0x00,0xE4,0x3F,0x27,0x25,0x24,0x25,0x24,0x25,0x24,0x25,0xF4,0x7F,0x00,0x00};
 ​
 //湿
 static const unsigned char  shi[] ={0x00,0x00,0xE4,0x1F,0x28,0x10,0x28,0x10,0xE1,0x1F,0x22,0x10,0x22,0x10,0xE8,0x1F,0x88,0x04,0x84,0x04,0x97,0x24,0xA4,0x14,0xC4,0x0C,0x84,0x04,0xF4,0x7F,0x00,0x00};
 ​
 //度 
 static const unsigned char  du[] ={0x80,0x00,0x00,0x01,0xFC,0x7F,0x44,0x04,0x44,0x04,0xFC,0x3F,0x44,0x04,0x44,0x04,0xC4,0x07,0x04,0x00,0xF4,0x0F,0x24,0x08,0x42,0x04,0x82,0x03,0x61,0x0C,0x1C,0x70};
 ​
 //待 
 static const unsigned char  dai[]={0x10,0x02,0x10,0x02,0x08,0x02,0xC4,0x3F,0x12,0x02,0x10,0x02,0xE8,0x7F,0x0C,0x08,0x0A,0x08,0xE9,0x7F,0x08,0x08,0x48,0x08,0x88,0x08,0x88,0x08,0x08,0x0A,0x08,0x04};
 ​
 //检 
 static const unsigned char  jian[]={0x08,0x02,0x08,0x02,0x08,0x05,0x08,0x05,0xBF,0x08,0x48,0x10,0xAC,0x6F,0x1C,0x00,0x2A,0x11,0x0A,0x12,0x49,0x12,0x88,0x0A,0x88,0x08,0x08,0x04,0xE8,0x7F,0x08,0x00};
 ​
 //测 
 static const unsigned char  che[]={0x00,0x20,0xE4,0x23,0x28,0x22,0x28,0x2A,0xA1,0x2A,0xA2,0x2A,0xA2,0x2A,0xA8,0x2A,0xA8,0x2A,0xA4,0x2A,0xA7,0x2A,0x84,0x20,0x44,0x21,0x44,0x22,0x24,0x28,0x10,0x10};
 ​
 /* USER CODE END PTD */
 ​
 /* Private define ------------------------------------------------------------*/
 /* USER CODE BEGIN PD */
 ​
 /* USER CODE END PD */
 ​
 /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
 /* USER CODE BEGIN PM */
 ​
 /* USER CODE END PM */
 ​
 /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 ​
 /* USER CODE BEGIN PV */
 ​
 /* USER CODE END PV */
 ​
 /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
 void SystemClock_Config(void);
 /* USER CODE BEGIN PFP */
 ​
 /* USER CODE END PFP */
 ​
 /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
 /* USER CODE BEGIN 0 */
 ​
 void oled_write(int temperature,int humidity){
 ​
     char t[5]; // 创建一个足够大的字符数组来存储转换后的数字
     char h[5];
     double t1=( double)temperature;
     double h1=(double)humidity;
   sprintf(t, "%.2f",t1/10 ); // 使用sprintf将int变量转换为字符串
     sprintf(h, "%.2f",h1/10);
     
     u8g2_t u8g2;
   u8g2Init(&u8g2);  
     u8g2_ClearBuffer(&u8g2); 
     u8g2_SetFont(&u8g2,u8g2_font_ncenB12_tf);//设置字体格式
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,16,0,16,16,wen);//（参数顺序依次是，结构体、x、y、字宽、字高、储存要显示的字点阵的数组）
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,32,0,16,16,du);
     u8g2_DrawStr(&u8g2,48,16,":");
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,16,32,16,16,shi);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,32,32,16,16,du);
     u8g2_DrawStr(&u8g2,48,48,":");
     u8g2_DrawUTF8(&u8g2,55,16,t);
     u8g2_DrawUTF8(&u8g2,55,48,h);
     
     u8g2_SendBuffer(&u8g2);
  }
  void oled_write_init(){
     u8g2_t u8g2;
   u8g2Init(&u8g2);  
     u8g2_ClearBuffer(&u8g2); 
     u8g2_SetFont(&u8g2,u8g2_font_ncenB12_tf);//设置字体格式
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,16,0,16,16,wen);//（参数顺序依次是，结构体、x、y、字宽、字高、储存要显示的字点阵的数组）
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,32,0,16,16,du);
     u8g2_DrawStr(&u8g2,48,16,":");
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,16,32,16,16,shi);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,32,32,16,16,du);
     u8g2_DrawStr(&u8g2,48,48,":");
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,58,0,16,16,dai);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,74,0,16,16,jian);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,90,0,16,16,che);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,58,32,16,16,dai);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,74,32,16,16,jian);
     u8g2_DrawXBMP(&u8g2,90,32,16,16,che);
     u8g2_SendBuffer(&u8g2);
  }
 ​
 /* USER CODE END 0 */
 ​
 /**
   * @brief  The application entry point.
   * @retval int
   */
 int main(void)
 {
 ​
   /* USER CODE BEGIN 1 */
     uint32_t CT_data[2]={0,0};
     volatile int  c1,t1;
     
     Delay_1ms(500);
   /* USER CODE END 1 */
 ​
   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
 ​
   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
   HAL_Init();
 ​
   /* USER CODE BEGIN Init */
 ​
   /* USER CODE END Init */
 ​
   /* Configure the system clock */
   SystemClock_Config();
 ​
   /* USER CODE BEGIN SysInit */
 ​
   /* USER CODE END SysInit */
 ​
   /* Initialize all configured peripherals */
   MX_GPIO_Init();
   MX_DMA_Init();
   MX_USART1_UART_Init();
   MX_I2C1_Init();
   MX_TIM1_Init();
   MX_I2C2_Init();
   /* USER CODE BEGIN 2 */
     
     //初始化AHT20
     AHT20_Init();
     Delay_1ms(500);
     u8g2_t u8g2;
   u8g2Init(&u8g2);
     
   /* USER CODE END 2 */
 ​
   /* Infinite loop */
   /* USER CODE BEGIN WHILE */
     oled_write_init();
   while (1)
   {
     /* USER CODE END WHILE */
 ​
         AHT20_Read_CTdata(CT_data);       //不经过CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据    推荐每隔大于1S读一次
         //AHT20_Read_CTdata_crc(CT_data);  //crc校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 
     
 ​
         c1 = CT_data[0]*1000/1024/1024;  //计算得到湿度值c1（放大了10倍）
         t1 = CT_data[1]*2000/1024/1024-500;//计算得到温度值t1（放大了10倍）
         printf("正在检测");
         for(int i=0;i<10;i++)
         {
             HAL_Delay(100);
             printf(".");
         }
         printf("\r\n");
         HAL_Delay(1000);
         printf("温度:%d%d.%d",t1/100,(t1/10)%10,t1%10);
         printf("湿度:%d%d.%d",c1/100,(c1/10)%10,c1%10);
         printf("\r\n");
         printf("等待");
         for(int i=0;i<10;i++)
         {
             HAL_Delay(100);
             printf(".");
         }
         printf("\r\n");
         HAL_Delay(1000);
         oled_write(t1,c1);
         
     /* USER CODE BEGIN 3 */
   }
   /* USER CODE END 3 */
 }
 ​

五、实验结果

六、总结

        本次STM32编程练习结合了串口通信、AHT20的温湿度检测和u8g2的oled显示，让我学到了很多。

七、参考资料

stm32通过I2C接口实现温湿度（AHT20）的采集

I2C总线通信协议及实操stm32通过I2C实现温湿度（AHT20）采集 

STM32F103基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集（HAL库，提供源码）

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