使用SHT3x-DIS温湿度传感器的I2C案例

使用SHT3x-DIS温湿度传感器的I2C案例

作者：落叶亦知冬 2023-03-22 09:23:53网络 通信技术 本文将介绍I2C总线、SHT3x DIS温度传感器的相关知识以及OpenHarmony的HDF驱动和NAPI框架的使用方法。

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前言

本文将介绍I2C总线、SHT3x DIS温度传感器的相关知识以及OpenHarmony的HDF驱动和NAPI框架的使用方法。

一、I2C总线原理

I2C总线是飞利浦公司开发的一种双向二线制同步串行总线。只需要两根线便可在连接于总线上的器件之间进行传输信息。I2C通信为点对点通信，存在主设备和从设备之分。主从设备通过两根线进行通信，其中两根线分别是SDA和SCL，其中SDA为数据线，SCL为时钟线。

主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件.在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送;如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件.然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下，主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

通信过程包含应答响应，时钟同步。传输的数据字节格式有一定要求，每个字节必须为8位，每次发送的字节字数不受限制，每个字节后面必须跟一位校验位。应答响应，数据传输必须有响应，由主机产生，在响应中发送器将时钟线电平被拉高，接收器将电平拉低，保持稳定的电压差;时钟同步，数据传输只发生在时钟信号的高电平期间，所以需要同步双方时钟信号以确保数据的准确性;

二、传感器SHT3X DIS

Sensirion SHT3x-DIS湿度和温度传感器基于CMOSens®传感器芯片，更加智能、可靠，精度更高。SHT3x-DIS具有增强的信号处理能力、两个独特的用户可选I2C地址，通信速度高达1MHz。SHT35-DIS的典型相对湿度 (RH) 精度为±1.5%，典型温度精度为±0.1°C。SHT3x-DIS具有2.5mm x 2.5mm x 0.9mm(长x宽x高)占位面积，电源电压范围为2.4V至5.5V。

（1）特性

完全校准、线性化和温度补偿的数字输出I2C接口，通信速度高达1MHz，具有两个用户可选地址SHT35的典型精度为+/-1.5% RH和+/-0.1°C启动和测量速度极快2.15V到5.5V的宽电源电压范围小型8引脚DFN封装

（2）引脚介绍

主要引脚SDA，SCL，VCC，GND。

（3） 通信过程

开始测量

在开始测量前，主设备必须先把开始测量的信号发送到传感器。发送的信号被称为I2C写入标头，由7比特的I2C设备地址和一个·0(0表示写入，1表示读取)，再加上16比特的测量命令构成。当传感器接收到信号时，将会把SDA信号先拉低，响应信号ACK，在第八个时钟信号下降沿时表示传感器接收到了主设备的信号，开始测量。

模式

传感器数据采集模式多种多样，我们可以选择不同的方式进行测量以满足不同的应用场景，这便是以上提到写入表头最后两位字节表示的是测量命令，大类分为两种采集模式。

单次数据采集模式

周期性数据采集模式

其它命令

除此之外，传感器里还设置了其它命令，可在传感器说明文档中查看。

数据

当测量开始时，主设备便可以接收到信号，而此时标头要使用读取标头，将0改为1。传感器返回的后六位字节便是测量到的温度和相对湿度的数据。其中六个字节，高三位为两位温度和一位校验位，低三位为两位相对湿度和一位校验位，采用CRC校验。

数据转换公式如下：

三、简单实现

以下代码只是简单地演示如何使用传感器，没有过多的规范要求。

（1）接口定义

int SendCMD(char *devName, char addr, uint16_t command){int fd = -1;uint8_t cmdBuf[2L] = {0};struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_data;fd = open(devName, O_RDWR); //获取I2C设备句柄i2c_data.nmsgs = 1;i2c_data.msgs = (struct i2c_msg *)malloc(i2c_data.nmsgs * sizeof(struct i2c_msg));ioctl(fd, I2C_TIMEOUT, 1);ioctl(fd, I2C_RETRIES, 2L);cmdBuf[0] = command >> 8L; //对指令数据进行处理 高八位和低八位cmdBuf[1] = command & 0xFF;i2c_data.msgs[0].len = 2L;i2c_data.msgs[0].addr = addr;i2c_data.msgs[0].flags = 0;i2c_data.msgs[0].buf = cmdBuf;ioctl(fd, I2C_RDWR, (unsigned long)&i2c_data); //将数据写入进行传输free(i2c_data.msgs);close(fd);return 0;}// 再定义一些数据转换函数和校验函数 简单的数据转换 忽略int ConvertTH(uint8_t tempRH, float *rawTemp, float *rawHum);...

（2）主函数

int main(int argc, char *argv[]){char *dev_name = "/dev/i2c-5";SendCMD(dev_name,ADDR,0x3093) //重启usleep(50L * 1000L);SendCMD(dev_name,ADDR,0x202F) //开始测量usleep(50L * 1000L);int fd = -1;struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_data;uint8_t rawData[6L] = {0};float rawTemp = 0, rawHum = 0;fd = open(devName, O_RDWR);i2c_data.nmsgs = 1;i2c_data.msgs = (struct i2c_msg *)malloc(i2c_data.nmsgs * sizeof(struct i2c_msg));i2c_data.msgs[0].len = 6L;i2c_data.msgs[0].addr = addr;i2c_data.msgs[0].flags = 1;i2c_data.msgs[0].buf = rawData;ioctl(fd, I2C_RDWR, (unsigned long)&i2c_data);free(i2c_data.msgs);close(fd);ConvertTH(rawData, &rawTemp, &rawHum);printf("Temp: %.2f°C\nHum: %.2f°F",rawTemp,rawHum);return 0;}

四、采用标准系统HDF驱动实现

使用到：九联科技unionpi_tiger开发板，SHT3x-DIS温湿度传感器，OpenHarmony源码。

（1）配置产品驱动(一般厂商都会配置好，若没配置可以跳转至官方文档查看详细教程)

实例化驱动入口：

实例化HdfDriverEntry结构体成员。调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。

配置属性文件：

在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。//device_info.hcs 配置参考root {device_info {match_attr = "hdf_manager";device_i2c :: device {device0 :: deviceNode {policy = 2;priority = 50;permission = 0644;moduleName = "HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER";serviceName = "HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER";deviceMatchAttr = "hdf_platform_i2c_manager";}device1 :: deviceNode {policy = 0; // 等于0，不需要发布服务priority = 55; // 驱动启动优先级permission = 0644; // 驱动创建设备节点权限moduleName = "hi35xx_i2c_driver"; //【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致;serviceName = "HI35XX_I2C_DRIVER"; //【必要】驱动对外发布服务的名称，必须唯一deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_i2c";//【必要】用于配置控制器私有数据，要与i2c_config.hcs中对应控制器保持一致// 具体的控制器信息在 i2c_config.hcs 中}}}}// i2c_config.hcs 配置参考 (需要根据使用的开发板配置)root {platform {i2c_config {match_attr = "hisilicon_hi35xx_i2c";//【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致template i2c_controller { //模板公共参数，继承该模板的节点如果使用模板中的默认值，则节点字段可以缺省bus = 0; //【必要】i2c 识别号reg_pbase = 0x120b0000; //【必要】物理基地址reg_size = 0xd1; //【必要】寄存器位宽irq = 0; //【可选】根据厂商需要来使用freq = 400000; //【可选】根据厂商需要来使用clk = 50000000; //【可选】根据厂商需要来使用}controller_0x120b0000 :: i2c_controller {bus = 0;}controller_0x120b1000 :: i2c_controller {bus = 1;reg_pbase = 0x120b1000;}...}}}

实例化I2C控制器对象：

初始化I2cCntlr成员。

实例化I2cCntlr成员I2cMethod和I2cLockMethod。

p.s 使用到的九联开发板已有相关配置，以上配置无需做更改或添加。

（2）一个结构三个接口

I2cMsg结构体：用于传输数据载体，由地址addr，缓存buf，缓存长度len，信号标记flags组成。

struct I2cMsg {/** Address of the I2C device */uint16_t addr;/** Address of the buffer for storing transferred data */uint8_t *buf;/** Length of the transferred data */uint16_t len;/*** Transfer Mode Flag | Description* ------------| -----------------------* I2C_FLAG_READ | Read flag* I2C_FLAG_ADDR_10BIT | 10-bit addressing flag* I2C_FLAG_READ_NO_ACK | No-ACK read flag* I2C_FLAG_IGNORE_NO_ACK | Ignoring no-ACK flag* I2C_FLAG_NO_START | No START condition flag* I2C_FLAG_STOP | STOP condition flag*/uint16_t flags;};

三个接口分别为I2cOpen()、I2cClose()、I2cTransfer()。

//number指I2C所挂载的总线号DevHandle I2cOpen(int16_t number);//handle是I2cOpen()返回的设备句柄void I2cClose(DevHandle handle);//msgs所要传输的数据结构体，count是传输结构体的大小int32_t I2cTransfer(DevHandle handle, struct I2cMsg *msgs, int16_t count);

（3） 代码

头文件#include //标准输入输出#include //使用到usleep()进程挂起函数#include "i2c_if.h" //HDF i2c 接口#include "hdf_log.h" //日志打印头文件结构体与接口// 重新定义结构体方便使用typedef struct{struct I2cMsg * i2cMsg;uint8_t msgLen; //i2cMsg的长度} I2cMessage;//定义命令发送函数int32_t SendCMD(DevHandle handle,uint16_t command){int32_t ret;I2cMessage i2cMessage;i2cMessage.msgLen = 1;i2cMessage.i2cMsg = new I2cMsg[1]; //申请内存uint8_t cmdBuf[2L] = {0};cmdBuf[0] = command >> 8L; //将命令拆分成高低位分别保存cmdBuf[1] = command & 0xFF;i2cMessage.i2cMsg[0].len = 2L;i2cMessage.i2cMsg[0].addr = ADDR;i2cMessage.i2cMsg[0].flags = WRITE_FLAGS;i2cMessage.i2cMsg[0].buf = cmdBuf;ret = I2cTransfer(handle,i2cMessage.i2cMsg,i2cMessage.msgLen);if(ret < 0){LOGE("%s: SendCommend faided",__func__);delete i2cMessage.i2cMsg;return -1;}delete i2cMessage.i2cMsg; //释放内存usleep(50L * 1000L); //等待发送完成return 1;}主函数int main(int argc, char** argv){/*** 数据初始化*/DevHandle i2cHandle;/*** 获取句柄*/i2cHandle = I2cOpen(BUSID);if(i2cHandle == NULL){LOGE("%s:get handle failed",__func__);I2cClose(i2cHandle);return 0;}/*** 发送命令*/SendCMD(i2cHandle,0x3093); //关闭reset命令SendCMD(i2cHandle,0x202F); //发送命令 repeatability=Low mps=0.5/*** 接收数据*/I2cMessage i2cMessage;i2cMessage.msgLen = 1;i2cMessage.i2cMsg = new I2cMsg[1];uint8_t regData[6L] = {0};i2cMessage.i2cMsg[0].len = 6L;i2cMessage.i2cMsg[0].addr = ADDR;i2cMessage.i2cMsg[0].flags = READ_FLAGS;i2cMessage.i2cMsg[0].buf = regData;I2cTransfer(i2cHandle,i2cMessage.i2cMsg,i2cMessage.msgLen);delete i2cMessage.i2cMsg;/*** 数据处理*/uint16_t value = 0;value = regData[0] << 8;value = value | regData[1];printf("Temperature: %.2f C\n",175.0f * (float)value / 65535.0f - 45.0f);value = 0;value = regData[3] << 8;value = value | regData[4];printf("Humidity: %.2f H\n",100.0f * (float)value / 65535.0f);/*** 关闭设备*/I2cClose(i2cHandle);return 0;}

至此，成功通过OpenHarmony的HDF驱动来获取传感器的值。

五、实现NAPI

（1）模块定义与注册

/*** 模块定义*/static napi_module i2cHDF_demoModule = {.nm_version = 1,.nm_flags = 0,.nm_filename = nullptr,.nm_register_func = registerI2cHDF_DemoApis,.nm_modname = "i2chdf_demo",.nm_priv = ((void *)0),.reserved = {0},};/*** 模块注册*/extern "C" __attribute__((constructor)) void RegisterI2cHDFoModule(void){napi_module_register(&i2cHDF_demoModule);}

（2）接口定义与注册

int32_t SendCMD(DevHandle handle,uint16_t command){int32_t ret;struct I2cMsg * i2cMsg;int msgLen = 1;i2cMsg = new I2cMsg[msgLen];uint8_t cmdBuf[2L] = {0};cmdBuf[0] = command >> 8L;cmdBuf[1] = command & 0xFF;i2cMsg[0].len = 2L;i2cMsg[0].addr = ADDR;i2cMsg[0].flags = WRITE_FLAGS;i2cMsg[0].buf = cmdBuf;ret = I2cTransfer(handle,i2cMsg,msgLen);delete i2cMsg;usleep(50L * 1000L);return 1;}/*** 接口定义*/static napi_value readI2cBuf(napi_env env,napi_callback_info info){napi_value ret;DevHandle i2cHandle;i2cHandle = I2cOpen(BUSID);SendCMD(i2cHandle,0x3093);SendCMD(i2cHandle,0x202F);struct I2cMsg * i2cMsg;int msgLen = 1;i2cMsg = new I2cMsg[msgLen];uint8_t regData[6L] = {0};i2cMsg[0].len = 6L;i2cMsg[0].addr = ADDR;i2cMsg[0].flags = READ_FLAGS;i2cMsg[0].buf = regData;I2cTransfer(i2cHandle,i2cMsg,msgLen);delete i2cMsg;uint16_t value = 0;double sHTTemp = 0;value = regData[0] << 8;value = value | regData[1];sHTTemp = 175.0f * (double)value / 65535.0f - 45.0f;//设计思路与上HDF大同小异，只不过将最后获取的值通过转换再返回//此处只处理返回温度的值，方便演示NAPI_CALL(env, napi_create_double(env, sHTTemp, &ret));return ret;}/*** 接口注册*/static napi_value registerI2cHDF_DemoApis(napi_env env, napi_value exports){napi_property_descriptor desc[] = {DECLARE_NAPI_FUNCTION("readI2cBuf",readI2cBuf), //NAPI名字，上面的函数};NAPI_CALL(env,napi_define_properties(env,exports,sizeof(desc)/sizeof(desc[0]),desc));return exports;}

（3）北向接口

NAPIfunction readI2cBuf(): number;Index.etsimport i2chdf from '@ohos.i2chdf'@Entry@Componentstruct Index {@State message: string = 'Temperature： '+ i2chdf.readI2cBuf().toFixed(2) + '°C';aboutToAppear(): void{var Id = setInterval(() =>{this.message = 'Temperature： '+ i2chdf.readI2cBuf().toFixed(2) + '°C';},1000)}build() {Row() {Column() {Text(this.message).fontSize(50).fontWeight(FontWeight.Bold)}.width('100%')}.height('100%')}}

（4）效果演示

总结

整个案例整体思路都是围绕着I2C通信流程和SHT3x温度传感器工作流程展开的。而在HDF驱动的使用中，我们会发现，获取设备句柄的方式我们只用一个数字就可以，相比之前的"/dev/i2c-5"更加简易明了，这也是HDF的特性之一。NAPI的实现，将整个OpenHarmoy南北向打通，使得北向程序可通过本地的接口就可以访问传感器的温湿度。

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责任编辑：jianghua 来源：51CTO 开源基础软件社区 I2C总线温度传感器