零知开源——STM32F407VET6驱动SHT41温湿度传感器完整教程

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目录

一、硬件连接

1.1 硬件清单

 1.2 接线硬件表

1.3 接线实物图

二、软件环境配置

2.1 安装开发工具 

2.2 依赖库

三、核心代码实现

3.1 零知IDE代码驱动 

3.2 核心库函数解析 

3.2.1 Adafruit_SHT4x库 

3.2.2 Adafruit_Sensor库

3.2.3 Adafruit_I2CDevice库

四、常见问题解答

Q1：编译时报错"Adafruit_SHT4x.h: No such file or directory" 

Q2：传感器检测失败（"Couldn't find SHT4x"） 

Q3：数据读取不稳定或CRC校验失败

Q4：如何提高测量精度？

五、结果显示

项目概述 

        本项目基于STM32F407VET6零知增强板，实现SHT41高精度温湿度传感器的驱动和数据采集。SHT41是Sensirion推出的新一代数字温湿度传感器，具有±0.2°C的温度精度和±1.8%RH的湿度精度，采用I2C接口通信。本教程将展示如何通过STM32F407的硬件I2C接口驱动SHT41，并实现实时温湿度数据的采集与显示。 

一、硬件连接

1.1 硬件清单

         >主控芯片：STM32F407VET6零知增强板

         >传感器：SHT41温湿度传感器 (I2C地址：0x44)

         >杜邦线若干

 1.2 接线硬件表

 注意：I2C总线需要4.7kΩ上拉电阻（开发板通常已内置）

1.3 接线实物图

二、软件环境配置

2.1 安装开发工具 

         零知IDE 3.8.0

         选择开发板零知增强板

2.2 依赖库

• Adafruit SHT4x Library
• Adafruit_I2CDevice
• Adafruit BusIO

三、核心代码实现

3.1 零知IDE代码驱动 

#include "Adafruit_SHT4x.h"
Adafruit_SHT4x sht4 = Adafruit_SHT4x();

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) delay(10);  // 等待串口初始化

  // 初始化传感器
  if (!sht4.begin()) {
    Serial.println("Sensor not found!");
    while (1) delay(1);
  }
  
  // 设置高精度模式
  sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION);
  // 关闭加热器（节能模式）
  sht4.setHeater(SHT4X_NO_HEATER);
}

void loop() {
  sensors_event_t humidity, temp;
  sht4.getEvent(&humidity, &temp);  // 读取数据

  Serial.print("Temperature: "); 
  Serial.print(temp.temperature); 
  Serial.println(" ℃");
  
  Serial.print("Humidity: "); 
  Serial.print(humidity.relative_humidity); 
  Serial.println("% rH");
  delay(1000);  // 每秒读取一次
}

3.2 核心库函数解析 

3.2.1 Adafruit_SHT4x库 

bool Adafruit_SHT4x::begin(TwoWire *theWire) {
  i2c_dev = new Adafruit_I2CDevice(SHT4x_DEFAULT_ADDR, theWire);
  if (!i2c_dev->begin()) return false;
  return reset(); // 发送复位命令
}

1. 功能：初始化I2C通信并复位传感器
2. 参数：I2C接口指针（默认使用Wire）
3. 返回值：初始化成功返回true，失败返回false

bool Adafruit_SHT4x::getEvent(sensors_event_t *humidity, 
                              sensors_event_t *temp) {
  // 根据精度和加热器设置选择命令
  uint8_t cmd = SHT4x_NOHEAT_HIGHPRECISION; 
  uint16_t duration = 10;
  
  // 发送测量命令
  if (!i2c_dev->write(&cmd, 1)) return false;
  
  delay(duration); // 等待测量完成
  
  // 读取6字节数据（温度+CRC, 湿度+CRC）
  uint8_t readbuffer[6];
  if (!i2c_dev->read(readbuffer, 6)) return false;
  
  // CRC校验
  if (readbuffer[2] != crc8(readbuffer, 2) ||
      readbuffer[5] != crc8(readbuffer + 3, 2)) 
    return false;
  
  // 原始数据转换
  uint16_t temp_raw = (readbuffer[0] << 8) | readbuffer[1];
  uint16_t hum_raw = (readbuffer[3] << 8) | readbuffer[4];
  
  // 转换为实际值
  _temperature = -45 + 175 * temp_raw / 65535.0;
  _humidity = -6 + 125 * hum_raw / 65535.0;
  
  // 填充传感器事件
  if (temp) fillTempEvent(temp, millis());
  if (humidity) fillHumidityEvent(humidity, millis());
  return true;
}

1. 功能：获取温湿度数据并填充到事件结构体
2. 参数：指向温湿度事件结构体的指针
3. 返回值：成功返回true，失败返回false

static uint8_t crc8(const uint8_t *data, int len) {
  const uint8_t POLYNOMIAL(0x31);
  uint8_t crc(0xFF);
  
  for (int j = len; j; --j) {
    crc ^= *data++;
    for (int i = 8; i; --i) {
      crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ POLYNOMIAL : (crc << 1);
    }
  }
  return crc;
}

1. 功能：计算CRC8校验码
2. 参数：数据指针和长度
3. 返回值：CRC8校验值

3.2.2 Adafruit_Sensor库

void Adafruit_SHT4x::fillTempEvent(sensors_event_t *temp, uint32_t timestamp) {
  memset(temp, 0, sizeof(sensors_event_t));
  temp->version = sizeof(sensors_event_t);
  temp->sensor_id = _sensorid_temp;
  temp->type = SENSOR_TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE;
  temp->timestamp = timestamp;
  temp->temperature = _temperature;
}

1. 功能：填充温度事件结构体
2. 参数：

        temp：目标结构体指针
        timestamp：时间戳

void Adafruit_SHT4x::fillHumidityEvent(sensors_event_t *humidity, 
                                      uint32_t timestamp) {
  memset(humidity, 0, sizeof(sensors_event_t));
  humidity->version = sizeof(sensors_event_t);
  humidity->sensor_id = _sensorid_humidity;
  humidity->type = SENSOR_TYPE_RELATIVE_HUMIDITY;
  humidity->timestamp = timestamp;
  humidity->relative_humidity = _humidity;
}

1. 功能：填充湿度事件结构体
2. 参数：

        humidity：目标结构体指针
        timestamp：时间戳

3.2.3 Adafruit_I2CDevice库

bool Adafruit_I2CDevice::write_then_read(const uint8_t *write_buffer,
                                        size_t write_len, 
                                        uint8_t *read_buffer,
                                        size_t read_len, 
                                        bool stop) {
  if (!write(write_buffer, write_len, stop)) {
    return false;
  }
  return read(read_buffer, read_len);
}

功能：先写后读的I2C操作（常用模式）
参数：

• write_buffer：写入数据缓冲区
• write_len：写入数据长度
• read_buffer：读取数据缓冲区
• read_len：读取数据长度
• stop：是否在写操作后发送停止条件

bool Adafruit_I2CDevice::read(uint8_t *buffer, size_t len, bool stop) {
  size_t pos = 0;
  while (pos < len) {
    size_t read_len = min(len - pos, _maxBufferSize);
    bool read_stop = (pos + read_len >= len) ? stop : false;
    
    if (!_read(buffer + pos, read_len, read_stop))
      return false;
    
    pos += read_len;
  }
  return true;
}

功能：从I2C设备读取数据
参数：

• buffer：数据缓冲区
• len：读取长度
• stop：是否发送停止条件

四、常见问题解答

Q1：编译时报错"Adafruit_SHT4x.h: No such file or directory" 

A：解决方法

检查是否安装了依赖库（Adafruit BusIO） 

Q2：传感器检测失败（"Couldn't find SHT4x"） 

A：排查步骤

1. 检查硬件连接（VCC、GND、SCL、SDA）
2. 确认I2C地址正确（SHT41默认为0x44）
3. 使用I2C扫描工具确认设备地址
4. 检查上拉电阻（4.7kΩ） 

Q3：数据读取不稳定或CRC校验失败

A：解决方案

1. 降低I2C时钟速度
2. 缩短I2C总线长度
3. 尝试不同的精度模式

Q4：如何提高测量精度？

A：优化方法

1. 使用高精度模式：sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION)
2. 启用加热器：sht4.setHeater(SHT4X_MED_HEATER_100MS)
3. 避免传感器暴露在气流中 

五、结果显示

成功运行后，串口监视器将输出以下格式的数据： 

资源链接 

        SHT41数据手册 

        STM32F407VET6参考手册

        Adafruit SHT4x库GitHub

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