基于STM32F103驱动AHT20+BMP280模块测量温湿度和压强并在ST7735 LCD显示
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描述
AHT20+BMP280模块简介
本品采用了数字温湿度传感器AHT20与数字气压传感器BPM280 组成， I2C 输出。电压直流3.3V供电（两个模块电源是一起的，板子没有稳压器件，BMP280最高支持电压3.6V，所以这里建议是3.3V供电），体积小巧，方便集成。板子是将两个器件的IIC接到一起了，==板载4.7K的上拉电阻==。
AHT20
AHT20 是一款高精度数字式温湿度传感器，采用 I2C 通信接口，集成度高、功耗极低，能同时精准测量环境温度（-40℃ - 85℃）和相对湿度（0%~100% RH），输出数据稳定可靠，无需额外校准，广泛应用于智能家居、气象监测、消费电子等对温湿度检测精度和功耗有严格要求的场景。AHT20测温误差±0.3℃，湿度误差±2%。
器件IIC地址0x38（7位）
器件读取流程说明：
1.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。
2.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。
3.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)。
4.计算温湿度值。
读取温湿度数据流程图
温湿度数据都是分别20bit,输出数据后需要对数据进行转换，下面是对应的转换公式：
BMP280
寄存器相关说明直接查阅这篇文章： [STM32软件SPI驱动BMP280(OLED显示)]，这里就不再赘述。上面文章通讯使用的是SPI，这里说下BMP280传感器 IIC通讯。
BMP280主要参数：
- 大气压强 ：300-1100hPa，相对精度±0.12hPa
- 温度 ：-40-85℃，绝对精度±0.5℃（由内部温度传感器测量的温度。此温度值取决于印刷电路板的温度、传感器元件自身的发热情况以及环境温度，通常会高于环境温度）
- IIC地址 ：该 7 位设备地址为 111011x。前 6 位为固定位。最后一位可通过 SDO 值进行更改，并且在运行过程中可以进行更改。将 SDO 连接到 GND 从机地址为 1110110（0x76）；将其连接到 Vddio 则从机地址为 1110111（0x77）板子设计吧SDO引脚拉高了，所以这里BMP280的器件地址是0x77(7位)。
寄存器
IIC写时序
IIC读时序
测试接线
| AHT20+BMP280 | STM32F103C8T6 | 1.44LCD ST7735 |
|---|---|---|
| VDD | 3.3v | 3.3V |
| GND | GND | G |
| SCL | PB10 | -- |
| SDA | PB11 | -- |
| -- | PA8 | BLK |
| -- | PB1 | DC |
| -- | PB14 | RST |
| -- | PB12 | CS |
| -- | PB13 | SCL |
| -- | PB14 | MOSI |
串口输出使用的是串口1，接线用USB转TTL接到单片机串口上，接线分别是VCC接3.3V,GND接GND，TX接PA10，RX接PA9。这里使用的单片机是直接把串口1接到板载的usb口了，所以就没有单独外接TTL模块了。
代码
AHT20.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "AHT20.h"
#include "MyI2C.h"
#include "Delay.h"
#define AHT20_ADDRESS 0x38 //AHT20的I2C从机地址
#define AHT20_SoftReset 0xBA
//1读0写
/**
* 函 数：AHT20写寄存器
* 参 数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考AHT20手册的寄存器描述
* 参 数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
* 返 回 值：无
*/
void AHT20_WriteSingleReg(uint8_t Data)
{
MyI2C_Start(); //I2C起始
MyI2C_SendByte(AHT20_ADDRESS < < 1| 0x00); //发送从机地址，读写位为0，表示即将写入,0x70
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_SendByte(Data); //发送要写入寄存器的数据
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_Stop(); //I2C终止
}
//AHT20读单个寄存器
uint8_t AHT20_ReadSingleReg()
{
uint8_t Data;
MyI2C_Start(); //I2C重复起始
MyI2C_SendByte(AHT20_ADDRESS < < 1| 0x01); //发送从机地址，读写位为1，表示即将读取,0x71
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
Data = MyI2C_ReceiveByte(); //接收指定寄存器的数据
MyI2C_SendAck(1); //发送应答，给从机非应答，终止从机的数据输出
MyI2C_Stop(); //I2C终止
return Data;
}
//AHT20软复位
void AHT20_SoftRes(void)
{
AHT20_WriteSingleReg(AHT20_SoftReset);
}
//读取AHT20的状态寄存器
uint8_t AHT20_Read_Status(void)
{
uint8_t Byte_first;
Byte_first = AHT20_ReadSingleReg();
return Byte_first;
}
//查询cal enable位有没有使能？
uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void)
{
uint8_t val = 0;//ret = 0,
val = AHT20_Read_Status();
if((val & 0x68)==0x08) //判断NOR模式和校准输出是否有效 0110 1000
return 1;
else return 0;
}
//向AHT20发送AC触发测量命令
void AHT20_SendAC(void)
{
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(AHT20_ADDRESS < < 1 |0x00); //写
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(0xac); //发送AC命令
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(0x33);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(0x00);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Stop();
}
//读取AHT20的温度和湿度数据
void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct)
{
volatile uint8_t Byte_1th=0;
volatile uint8_t Byte_2th=0;
volatile uint8_t Byte_3th=0;
volatile uint8_t Byte_4th=0;
volatile uint8_t Byte_5th=0;
volatile uint8_t Byte_6th=0;
uint32_t RetuData = 0;
uint16_t cnt = 0;
AHT20_SendAC();//向AHT20发送AC命令
Delay_ms(75);//等待75ms
cnt = 0;
while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//等待忙状态结束
{
Delay_us(1508);
if(cnt++ >=100)
{
break;
}
}
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(AHT20_ADDRESS < < 1 | 0x01);//0x70+1 0x70为设备地址 1为方向位
MyI2C_ReceiveAck();
Byte_1th = MyI2C_ReceiveByte();//状态字
MyI2C_SendAck(0);
Byte_2th = MyI2C_ReceiveByte();//湿度字节
MyI2C_SendAck(0);
Byte_3th = MyI2C_ReceiveByte();//湿度字节
MyI2C_SendAck(0);
Byte_4th = MyI2C_ReceiveByte();//高4位为湿度 低4位为温度
MyI2C_SendAck(0);
Byte_5th = MyI2C_ReceiveByte();//温度字节
MyI2C_SendAck(0);
Byte_6th = MyI2C_ReceiveByte();//温度字节
MyI2C_SendAck(1);
MyI2C_Stop();
RetuData = (RetuData|Byte_2th)< < 8;
RetuData = (RetuData|Byte_3th)< < 8;
RetuData = (RetuData|Byte_4th);
RetuData =RetuData > >4;
ct[0] = RetuData;
RetuData = 0;
RetuData = (RetuData|Byte_4th)< < 8;
RetuData = (RetuData|Byte_5th)< < 8;
RetuData = (RetuData|Byte_6th);
RetuData = RetuData&0xfffff;
ct[1] =RetuData;
}
void AHT20_SyetemInit(void)
{
MyI2C_Start();
MyI2C_SendByte(AHT20_ADDRESS < < 1| 0x00);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(0x08);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_SendByte(0x00);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Stop();
}
/**
* 函 数：AHT20初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
uint8_t AHT20_Init(void) //初始化AHT20
{
int count;
MyI2C_Init();
Delay_us(11038);
AHT20_SyetemInit();
Delay_ms(500);//延时0.5S
while(AHT20_Read_Cal_Enable()==0)//需要等待状态字status的Bit[3]=1时才去读数据。如果Bit[3]不等于1 ，发软件复位0xBA给AHT20，再重新初始化AHT20，直至Bit[3]=1
{
AHT20_SoftRes(); //软复位AHT20
Delay_us(11038);
AHT20_SyetemInit();
count++;
if(count >=10)return 0;
Delay_ms(500);
}
return 1;
}
BMP280.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "BMP280_Reg.h"
#include "BMP280.h"
#include "MyI2C.h"
#include "Delay.h"
#define BMP280_ADDRESS 0x77 //从设备地址
#define BMP280_RESET_VALUE 0xB6 //复位寄存器写入值
uint16_t Dig_T1;
int16_t Dig_T2;
int16_t Dig_T3;
uint16_t Dig_P1;
int16_t Dig_P2;
int16_t Dig_P3;
int16_t Dig_P4;
int16_t Dig_P5;
int16_t Dig_P6;
int16_t Dig_P7;
int16_t Dig_P8;
int16_t Dig_P9;
/**
* 函 数：BMP280写寄存器
* 参 数：RegAddress 寄存器地址
* 参 数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
* 返 回 值：无
*/
void BMP280_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
MyI2C_Start(); //I2C起始
MyI2C_SendByte(BMP280_ADDRESS < < 1|0x00); //发送从机地址，读写位为0，表示即将写入
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_SendByte(RegAddress); //发送寄存器地址
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_SendByte(Data); //发送要写入寄存器的数据
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_Stop(); //I2C终止
}
/**
* 函 数：BMP280读寄存器
* 参 数：RegAddress 寄存器地址
* 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
*/
uint8_t BMP280_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
uint8_t Data;
MyI2C_Start(); //I2C起始
MyI2C_SendByte(BMP280_ADDRESS < < 1|0x00); //发送从机地址，读写位为0，表示即将写入
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_SendByte(RegAddress); //发送寄存器地址
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
MyI2C_Start(); //I2C重复起始
MyI2C_SendByte(BMP280_ADDRESS < < 1|0x01); //发送从机地址，读写位为1，表示即将读取
MyI2C_ReceiveAck(); //接收应答
Data = MyI2C_ReceiveByte(); //接收指定寄存器的数据
MyI2C_SendAck(1); //发送应答，给从机非应答，终止从机的数据输出
MyI2C_Stop(); //I2C终止
return Data;
}
/**
* 函 数：BMP280读ID
* 参 数：无
* 返 回 值：BMP280的ID号
*/
uint8_t BMP280_ReadID(void)
{
return BMP280_ReadReg(BMP280_CHIPID_REG);
}
/**
* 函 数：读取转换3个连续寄存器
* 参 数：首个读取的寄存器
* 返 回 值：合并后的总值
*/
long bmp280_MultipleReadThree(unsigned char addr)
{
unsigned char msb, lsb, xlsb;
long temp = 0;
msb = BMP280_ReadReg(addr);
lsb = BMP280_ReadReg(addr + 1);
xlsb = BMP280_ReadReg(addr + 2);
temp = (long)(((unsigned long)msb < < 12)|((unsigned long)lsb < < 4)|((unsigned long)xlsb > > 4));
return temp;
}
/**
* 函 数：读取转换2个连续寄存器
* 参 数：首个读取的寄存器
* 返 回 值：合并后的总值
*/
short bmp280_MultipleReadTwo(unsigned char addr)
{
unsigned char msb, lsb;
short temp = 0;
lsb = BMP280_ReadReg(addr);
msb = BMP280_ReadReg(addr + 1);
temp = (short)msb < < 8;
temp |= (short)lsb;
return temp;
}
/**
* 函 数：BMP280初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void BMP280_Init(void)
{
MyI2C_Init(); //先初始化底层的I2C
uint8_t Osrs_T = 1; //Temperature oversampling x 1
uint8_t Osrs_P = 4; //Pressure oversampling x 1
uint8_t Mode = 3; //Normal mode
uint8_t T_sb= 5; //Tstandby 1000ms 测量速率1HZ
uint8_t Filter = 0; //Filter off
uint8_t Spi3w_en = 0; //3-wire SPI Disable
uint8_t Ctrl_Meas_Reg = (Osrs_T < < 5) | (Osrs_P < < 2) | Mode;
uint8_t Config_Reg = (T_sb < < 5) | (Filter < < 2) | Spi3w_en;
//状态全部清零
BMP280_WriteReg(BMP280_RESET_REG, BMP280_RESET_VALUE); //将对应的配置值写入寄存器
BMP280_WriteReg(BMP280_CTRLMEAS_REG, Ctrl_Meas_Reg);
BMP280_WriteReg(BMP280_CONFIG_REG, Config_Reg);
Dig_T1 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_T1_LSB_REG);
Dig_T2 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_T2_LSB_REG);
Dig_T3 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_T3_LSB_REG);
Dig_P1 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P1_LSB_REG);
Dig_P2 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P2_LSB_REG);
Dig_P3 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P3_LSB_REG);
Dig_P4 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P4_LSB_REG);
Dig_P5 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P5_LSB_REG);
Dig_P6 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P6_LSB_REG);
Dig_P7 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P7_LSB_REG);
Dig_P8 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P8_LSB_REG);
Dig_P9 = bmp280_MultipleReadTwo(BMP280_DIG_P9_LSB_REG);
Delay_ms(200);
}
#define BMP280_S32_t long signed int
#define BMP280_U32_t long unsigned int
#define BMP280_S64_t long long signed int
BMP280_S32_t t_fine;
/**
* 函 数：BMP280获取温度值
* 参 数：无
* 返 回 值：温度值
*/
int32_t BMP280_GetTemp(void)
{
BMP280_S32_t var1, var2, T;
BMP280_S32_t adc_T;
adc_T = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_TEMPERATURE_MSB_REG);
//Temperature
var1 = ((((adc_T > >3) - ((BMP280_S32_t)Dig_T1< < 1))) * ((BMP280_S32_t)Dig_T2)) > > 11;
var2 = (((((adc_T > >4) - ((BMP280_S32_t)Dig_T1)) * ((adc_T > >4) - ((BMP280_S32_t)Dig_T1))) > > 12) *
((BMP280_S32_t)Dig_T3)) > > 14;
t_fine = var1 + var2;
T = (t_fine * 5 + 128) > > 8;
return T;
}
/**
* 函 数：BMP280获取压力值
* 参 数：无
* 返 回 值：压力值
*/
uint32_t BMP280_GetPress(void)
{
BMP280_S64_t var1, var2, p;
BMP280_S32_t adc_P;
adc_P = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_PRESSURE_MSB_REG);
var1 = ((BMP280_S64_t)t_fine) - 128000;
var2 = var1 * var1 * (BMP280_S64_t)Dig_P6;
var2 = var2 + ((var1*(BMP280_S64_t)Dig_P5)< < 17);
var2 = var2 + (((BMP280_S64_t)Dig_P4)< < 35);
var1 = ((var1 * var1 * (BMP280_S64_t)Dig_P3) > >8) + ((var1 * (BMP280_S64_t)Dig_P2)< < 12);
var1 = (((((BMP280_S64_t)1)< < 47)+var1))*((BMP280_S64_t)Dig_P1) > >33;
if (var1 == 0)
{
return 0; // avoid exception caused by division by zero
}
p = 1048576-adc_P;
p = (((p< < 31)-var2)*3125)/var1;
var1 = (((BMP280_S64_t)Dig_P9) * (p > >13) * (p > >13)) > > 25;
var2 = (((BMP280_S64_t)Dig_P8) * p) > > 19;
p = ((p + var1 + var2) > > 8) + (((BMP280_S64_t)Dig_P7)< < 4);
return (BMP280_U32_t)p;
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "AHT20.h"
#include "uart.h"
#include "stdio.h"
#include "BMP280.h"
#include "lcd_init.h"
#include "lcd.h"
int main(void)
{
int c1,t1;
uint32_t CT_data[2];
uint8_t ID;
float BMP_Pressure,BMP_Temperature;
/*模块初始化*/
uart_init(9600);
BMP280_Init();
LCD_Init();//LCD初始化
LCD_Fill(0,0,LCD_W,LCD_H,WHITE);
while(1)
{
while(AHT20_Read_Cal_Enable()==0)//等到校准输出使能位为1，才读取。
{
AHT20_Init();//如果为0再使能一次
Delay_ms(30);
}
AHT20_Read_CTdata(CT_data); //读取温度和湿度，可间隔1.5S读一次
c1 = CT_data[0] * 1000 / 1024 / 1024; //计算得到湿度值（放大了10倍,如果c1=523，表示现在湿度为52.3%）
t1 = CT_data[1] * 200 * 10 / 1024 / 1024 - 500;//计算得到温度值（放大了10倍，如果t1=245，表示现在温度为24.5℃）
printf("****************************************************n");
printf("AHT20温湿度传感器测试数据:n");
printf("温度: %d.%d ℃ n", t1/10, t1%10);
printf("湿度: %d.%d %% n", c1/10, c1%10);
printf("n");
ID = BMP280_ReadID();
BMP_Temperature = BMP280_GetTemp();
BMP_Pressure = BMP280_GetPress();
printf("BMP280传感器测试数据: n");
printf("ID:0x%xn",ID);
printf("温度: %0.2f ℃ n",BMP_Temperature/100.0);
printf("气压: %0.4f hPa n",BMP_Pressure / 25600.0);
printf("nn");
LCD_ShowString(18,0,"AHT20+BMP280",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowString(50,16,"TEST",BLACK,WHITE,16,0);
//AHT20数据显示
LCD_ShowString(0,32,"AHT20",BLACK,WHITE,16,0);
//AHT20温度
LCD_ShowChinese(0,48,"温度",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowString(32,48,":",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowIntNum(40,48,t1/10,2,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowString(56,48,".",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowIntNum(64,48,t1%10,1,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowChinese(80,48,"℃",BLACK,WHITE,16,0);
//AHT20湿度
LCD_ShowChinese(0,64,"湿度",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowString(32,64,":",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowIntNum(40,64,c1/10,2,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowString(56,64,".",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowIntNum(64,64,c1%10,1,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowString(80,64,"%",BLACK,WHITE,16,0);
//BMP280数据显示
LCD_ShowString(0,80,"BMP280",BLACK,WHITE,16,0);
//BMP280温度
LCD_ShowChinese(0,96,"温度",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowString(32,96,":",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowFloatNum1(40,96,BMP_Temperature/100.0,4,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowChinese(80,96,"℃",BLACK,WHITE,16,0);
//BMP280大气压强
LCD_ShowChinese(0,112,"气压",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowString(32,112,":",BLACK,WHITE,16,0);
LCD_ShowIntNum(40,112,BMP_Pressure / 25600,4,BLACK,WHITE,16);
LCD_ShowString(72,112,"hPa",BLACK,WHITE,16,0);
Delay_ms(1000);
}
}
现象
LCD显示：
串口输出
总结
需要代码的可以在评论区留言邮箱哦！！！
审核编辑 黄宇
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