STM32F103通过IIC读取HTU21D温湿度传感器程序（HAL库实现）

一、系统概述

基于STM32F103C8T6（Cortex-M3，72MHz）和HAL库，通过IIC总线读取HTU21D数字温湿度传感器数据，实现环境温度（-40_{125℃，精度±0.3℃）和相对湿度（0}100%RH，精度±2%RH）的实时采集。核心功能包括：IIC总线初始化、HTU21D命令发送、数据读取与校验、温湿度值转换，适用于智能家居、工业环境监测等场景。

二、硬件设计

2.1 核心组件选型

模块	型号/参数	功能说明
主控	STM32F103C8T6（64KB Flash，20KB RAM）	IIC通信控制、数据处理、温湿度转换
传感器	HTU21D（IIC接口，3.3V供电）	采集温度/湿度（出厂校准，数字输出）
IIC接口	PB6（SCL）、PB7（SDA）（I2C1）	连接HTU21D的SCL/SDA引脚（开漏输出，需上拉）
电源	3.3V DC（STM32与传感器共电源）	为传感器和MCU供电（HTU21D工作电流0.6mA）

2.2 硬件连接

HTU21D引脚	STM32引脚（F103C8T6）	说明
VDD	3.3V	电源正极（3.3V±5%）
GND	GND	电源负极
SCL	PB6（I2C1_SCL）	IIC时钟线（需4.7kΩ上拉）
SDA	PB7（I2C1_SDA）	IIC数据线（需4.7kΩ上拉）

三、软件设计（STM32 HAL库）

3.1 开发环境

IDE：STM32CubeIDE 1.13.0+
库：STM32Cube_FW_F1_V1.8.0（HAL库）
通信协议：IIC（标准模式，100kHz），HTU21D 7位地址0x40（写地址0x80，读地址0x81）

3.2 核心原理

HTU21D通过IIC接收命令后，启动内部ADC转换，完成后将数据存入寄存器。读取流程：

发送命令：主机（STM32）向HTU21D发送测量命令（温度：0xE3，湿度：0xE5）；
等待转换：HTU21D转换时间约50ms（最大）；
读取数据：主机读取2字节数据（MSB+LSB）+ 1字节CRC校验（可选）；
数据转换：原始数据（16位）转换为实际温湿度值（温度= -46.85 + 175.72×Raw/65536，湿度= -6 + 125×Raw/65536）。

3.3 核心代码实现

3.3.1 头文件 `htu21d.h`（寄存器定义与函数声明）

#ifndef __HTU21D_H
#define __HTU21D_H

#include "stm32f1xx_hal.h"

// ==================== HTU21D IIC地址（7位地址0x40） ====================
#define HTU21D_ADDR_WRITE 0x80  // 写地址（0x40<<1）
#define HTU21D_ADDR_READ  0x81  // 读地址（0x40<<1 | 1）

// ==================== HTU21D命令字节 ====================
#define CMD_TEMP_HOLD  0xE3  // 触发温度测量（保持总线）
#define CMD_HUMI_HOLD  0xE5  // 触发湿度测量（保持总线）
#define CMD_TEMP_NOHOLD 0xF3  // 触发温度测量（不保持总线）
#define CMD_HUMI_NOHOLD 0xF5  // 触发湿度测量（不保持总线）
#define CMD_RESET      0xFE  // 软复位（恢复默认配置）

// ==================== 函数声明 ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c);  // 初始化传感器（软复位）
HAL_StatusTypeDef HTU21D_ReadTemp(I2C_HandleTypeDef *hi2c, float *temp);  // 读取温度（℃）
HAL_StatusTypeDef HTU21D_ReadHumi(I2C_HandleTypeDef *hi2c, float *humi);  // 读取湿度（%RH）
HAL_StatusTypeDef HTU21D_SoftReset(I2C_HandleTypeDef *hi2c);  // 软复位传感器

#endif

3.3.2 源文件 `htu21d.c`（驱动逻辑实现）

#include "htu21d.h"
#include "main.h"

// ==================== 软复位传感器 ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_SoftReset(I2C_HandleTypeDef *hi2c) {
    uint8_t cmd = CMD_RESET;
    return HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, HTU21D_ADDR_WRITE, &cmd, 1, 100);  // 发送复位命令
}

// ==================== 读取原始数据（2字节+CRC） ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_ReadRaw(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t cmd, uint16_t *raw) {
    uint8_t data[3] = {0};  // 2字节数据+1字节CRC
    HAL_StatusTypeDef status;

    // 1. 发送测量命令（保持总线模式）
    status = HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, HTU21D_ADDR_WRITE, &cmd, 1, 100);
    if (status != HAL_OK) return status;

    // 2. 等待转换完成（HTU21D转换时间约50ms）
    HAL_Delay(50);

    // 3. 读取数据（3字节：MSB, LSB, CRC）
    status = HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, HTU21D_ADDR_READ, data, 3, 100);
    if (status != HAL_OK) return status;

    // 4. 校验CRC（可选，此处省略，直接使用原始数据）
    *raw = (data[0] << 8) | data[1];  // MSB在前，LSB在后
    return HAL_OK;
}

// ==================== 读取温度（℃） ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_ReadTemp(I2C_HandleTypeDef *hi2c, float *temp) {
    uint16_t raw_temp;
    HAL_StatusTypeDef status = HTU21D_ReadRaw(hi2c, CMD_TEMP_HOLD, &raw_temp);
    if (status != HAL_OK) return status;

    // 原始数据转换（去掉低4位状态位：HTU21D数据格式为14位有效数据，bit15-14为状态）
    raw_temp &= 0xFFFC;  // 清除bit1-0（状态位）
    *temp = -46.85f + 175.72f * (float)raw_temp / 65536.0f;  // 公式：-46.85 + 175.72*Raw/2^16
    return HAL_OK;
}

// ==================== 读取湿度（%RH） ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_ReadHumi(I2C_HandleTypeDef *hi2c, float *humi) {
    uint16_t raw_humi;
    HAL_StatusTypeDef status = HTU21D_ReadRaw(hi2c, CMD_HUMI_HOLD, &raw_humi);
    if (status != HAL_OK) return status;

    // 原始数据转换（去掉低4位状态位）
    raw_humi &= 0xFFFC;  // 清除bit1-0（状态位）
    *humi = -6.0f + 125.0f * (float)raw_humi / 65536.0f;  // 公式：-6 + 125*Raw/2^16
    // 限幅（0~100%RH）
    if (*humi > 100.0f) *humi = 100.0f;
    if (*humi < 0.0f) *humi = 0.0f;
    return HAL_OK;
}

// ==================== 初始化传感器（软复位+检查ID） ====================
HAL_StatusTypeDef HTU21D_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c) {
    uint8_t id_reg = 0xE7;  // 制造商ID寄存器（可选，HTU21D固定返回0x32）
    uint8_t id = 0;
    HAL_StatusTypeDef status;

    // 1. 软复位
    status = HTU21D_SoftReset(hi2c);
    if (status != HAL_OK) return status;
    HAL_Delay(20);  // 复位后等待20ms

    // 2. （可选）读取制造商ID验证传感器存在
    status = HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, HTU21D_ADDR_WRITE, &id_reg, 1, 100);
    if (status != HAL_OK) return status;
    status = HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, HTU21D_ADDR_READ, &id, 1, 100);
    if (status != HAL_OK || id != 0x32) return HAL_ERROR;  // ID错误

    return HAL_OK;
}

3.3.3 IIC初始化与主函数（CubeMX配置+示例）

CubeMX配置步骤：

启用I2C1（PB6=SCL，PB7=SDA），模式为I2C，速率100kHz（标准模式）；
启用USART1（PA9=TX，PA10=RX），用于打印温湿度数据（调试用）；
生成代码（含HAL库初始化）。

主函数示例：

#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "htu21d.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;
UART_HandleTypeDef huart1;

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();  // 72MHz时钟配置
    MX_I2C1_Init();        // I2C1初始化（100kHz）
    MX_USART1_UART_Init(); // USART1初始化（115200bps）

    float temp = 0.0f, humi = 0.0f;

    // 初始化HTU21D
    if (HTU21D_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
        printf("HTU21D初始化失败！\r\n");
        while (1);
    }
    printf("HTU21D初始化成功！\r\n");

    while (1) {
        // 读取温度
        if (HTU21D_ReadTemp(&hi2c1, &temp) == HAL_OK) {
            printf("温度：%.2f℃\r\n", temp);
        } else {
            printf("温度读取失败！\r\n");
        }

        // 读取湿度
        if (HTU21D_ReadHumi(&hi2c1, &humi) == HAL_OK) {
            printf("湿度：%.2f%%RH\r\n", humi);
        } else {
            printf("湿度读取失败！\r\n");
        }

        HAL_Delay(1000);  // 1秒刷新一次
    }
}

// printf重定向到USART1（调试用）
int fputc(int ch, FILE *f) {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 100);
    return ch;
}

四、测试与验证

硬件连接：按2.2节连接HTU21D与STM32，确保上拉电阻焊接正确。
功能测试：用手捂住传感器，观察湿度值上升（如从40%升至70%）；用热源（如热水杯）靠近，观察温度值上升。
精度验证：对比商用温湿度计，误差<±0.5℃（温度）、±3%RH（湿度）。

参考代码 STM32F103通过IIC读HTU21D温湿度传感器 www.youwenfan.com/contentcnt/182383.html

五、总结

基于STM32 HAL库实现了HTU21D的IIC驱动，核心是命令发送、数据读取与原始值转换。通过模块化设计，可扩展CRC校验、低功耗模式（周期性唤醒）或多传感器组网（IIC总线挂载多个设备）。

posted @ 2026-04-14 17:18 hczyydqq 阅读(31) 评论(0) 收藏举报

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STM32F103通过IIC读取HTU21D温湿度传感器程序（HAL库实现）

一、系统概述

二、硬件设计

2.1 核心组件选型

2.2 硬件连接

三、软件设计（STM32 HAL库）

3.1 开发环境

3.2 核心原理

3.3 核心代码实现

3.3.1 头文件 `htu21d.h`（寄存器定义与函数声明）

3.3.2 源文件 `htu21d.c`（驱动逻辑实现）

3.3.3 IIC初始化与主函数（CubeMX配置+示例）

四、测试与验证

五、总结

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一、系统概述

二、硬件设计

2.1 核心组件选型

2.2 硬件连接

三、软件设计（STM32 HAL库）

3.1 开发环境

3.2 核心原理

3.3 核心代码实现

3.3.1 头文件 htu21d.h（寄存器定义与函数声明）

3.3.2 源文件 htu21d.c（驱动逻辑实现）

3.3.3 IIC初始化与主函数（CubeMX配置+示例）

四、测试与验证

五、总结

公告

3.3.1 头文件 `htu21d.h`（寄存器定义与函数声明）

3.3.2 源文件 `htu21d.c`（驱动逻辑实现）