基于STM32的温湿度传感器实验

实验内容

点亮温湿度模块上数码管。
编程读取温湿度模块上的温度、湿度和光照强度数据并在数码管上显示。

实验目的

熟练使用IIC总线。
熟悉温湿度模块的使用。
掌握温湿度基本电路及驱动原理（即如何点亮数码管、如何获取温湿度）。
掌握温湿度模块上光照传感器使用。

实验环境

实验所需硬件

序号	名称	数量	备注
1	电脑	1台	系统Windows7及以上
2	STM32底座模块	1个	·
3	温湿度模块	1个	·
4	ST-Link下载器	1个	·
5	ST-Link下载器连接线	1根	·
6	温湿度实验代码	1份	·

实验所需软件

MDK5 安装步骤
ST-LINK 驱动安装步骤
Git 软件下载(可选)

ST-Link下载器 & ST-Link下载器连接线

STLink下载器

STM32底座：HIVE PRO STM32是一种基于STM32F103C8T6芯片的蜂巢底座。

STM32底座

温湿度模块

实验要求

熟悉实验程序流程图；
认识温度湿度传感器；
能够编程读取传感器的温湿度数据；
能够将读取的数据在数码管上显示。

实验原理

温度传感器工作原理

利用材料的物理特性会随着湿度变化的原理设计。比如利用金属膨胀原理设计的传感器，将双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成，随着温度变化，材料A比另外一种金属膨胀程度要高，引起金属片弯曲。弯曲的曲率可以转换成一个输出信号比如利用金属随着温度变化，其电阻值也发生变化的原理。阻值的变化会导致电流，电压的变化通过测量电流电压。便可知道温度的变化。

湿度传感器工作原理

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。温湿度模块使用STH20，采用的是电容式湿敏元件。

温湿度模块电路图

温湿度传感器基本电路图

数码管驱动电路图

实验步骤

① 将温湿度模块模块安装于STM32底座上。ST-Link连接电脑与STM32底座，如下图：

安装模块

② 访问github,进入github界面后点击Code，Clone HTTPS安全链接，如下图所示：

操作步骤

③ 打开电脑终端，进入工作目录workspace (workspace 为工程文件夹所在目录)：

$ cd workspace

④ 运行clone命令：

$ git clone https://github.com/aiotcom/eps.git

下载目录至指定文件夹下。
如果提示“command not found”表示电脑没有安装Git，请至Git官网下载。
如果电脑没有安装 Git 软件，也可以进入Github，点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示：
下载代码
如果电脑没有公网，可以进：D盘\实验教程与代码选择相应的代码。

⑤ 打开 MDK5 工程软件，点击工具栏： ` Project -> Open Project，选择工程文件：基于STM32的模块实验\3.温湿度模块\温湿度模块程序\USER\SHT20.uvprojx` 并打开。

打开工程

选择文件

⑥ 工程启动后，点击 Rebuild 重新编译。如下图：

重新编译工程

⑦ 编译成功，如下图：

编译成功

⑧ 点击 Download 按钮下载程序，如下图所示：

下载程序下载成功

⑨ 下载完成后，将USB线进行重连操作（即：将STLink的USB线从底座上取下，再重新接上）。

⑩ 程序运行后读取温湿度模块获取环境温湿度，显示到数码管上。

显示湿度值

显示温度值

⑪ 用手轻按温湿传感器，观察温度和湿度的变化。

代码讲解

① 程序目录结构，如下图。CORE文件夹为STM32内核代码，HALLIB文件文件夹为底层HAL库文件。我们主要关心，main.c及HARDWARE中的代码。

程序目录结构

② main.c中对SHT20传感器、TM1640(数码管驱动)进行初始化。

    uint32_t Tick_Disp;
    int main(void)
    {
    uint8_t state = 0;//显示温度 还是湿度
    
    HAL_Init();//初始化HAL库
        SHT2x_Init();//初始化温湿度传感器SHT20
        TM1640_Init();//初始化数码管驱动芯片TM1640
    
    /*HAL_GetTick(),返回值为单片机开机后运行时间值，单位为ms*/
    Tick_Disp = HAL_GetTick(); //HAL_GetTick(),HAL库函数，返回值以ms为单位。
        while(1)
        {
        if((state == 0) && (HAL_GetTick()>(Tick_Disp))){//更新温度
            state = 1;
            SHT2x_GetTempHumi();//读取一次温湿度，保存在g_sht2x_param.TEMP_HM
            send_LED_Display(0xC0,g_sht2x_param.TEMP_HM,1);//数码管显示
            
            Tick_Disp = HAL_GetTick()+1000/*1000ms*/;//设置下一次更新数据的时间点
        }
        else if((state == 1) && (HAL_GetTick()>(Tick_Disp))){//更新湿度
            state = 0;
            SHT2x_GetTempHumi();//读取一次温湿度,保存在g_sht2x_param.HUMI_HM        
            send_LED_Display(0xC0,g_sht2x_param.HUMI_HM,2);
            Tick_Disp = HAL_GetTick()+1000/*1000ms*/;//设置下一次更新数据的时间点        
            }
        }
    }

通过调用SHT2x_GetTempHumi(),读取一次温湿度，分别保存在g_sht2x_param.TEMP_HM，g_sht2x_param.HUMI_HM；调用send_LED_Display()，显示温湿度。

    if((state == 0) && (HAL_GetTick()>(Tick_Disp))){//更新温度
          state = 1;
          SHT2x_GetTempHumi();//读取一次温湿度，保存在g_sht2x_param.TEMP_HM
          send_LED_Display(0xC0,g_sht2x_param.TEMP_HM,1);//数码管显示
          
          Tick_Disp = HAL_GetTick()+1000/*1000ms*/;//设置下一次更新数据的时间点
      }
      else if((state == 1) && (HAL_GetTick()>(Tick_Disp))){//更新湿度
          state = 0;
          SHT2x_GetTempHumi();//读取一次温湿度,保存在g_sht2x_param.HUMI_HM        
          send_LED_Display(0xC0,g_sht2x_param.HUMI_HM,2);
          Tick_Disp = HAL_GetTick()+1000/*1000ms*/;//设置下一次更新数据的时间点        
      }

常见问题

弹出警告窗口，不能下载程序。
- 请确认STLink驱动、STM32F103C8的DFP包是否安装。
- STLink仿真器是否正常接入。
下载代码后程序没观察到实验现象。
- 请重新上电，或者按下底座上的复位按键。
- 模块没有安装稳妥。

实验思考

修改代码实验实现温湿度数据2秒更新一次。
每200ms采集一次温湿度数据。采集5次，取平均数，再显示。