跟着小哈一起读AHT20温湿度传感器驱动源码

AHT20 简介

2020 年上市，奥松生产；3mm*3mm*1mm 超小体积；经过标定的数字信号，标准 I2C 输出格式；由一个电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件组成；采用 SMD 封装适于回流焊；响应迅速、抗干扰能力强；AHT20 的供电范围为 2.0-5.5V，推荐电压为 3.3V。

应用场景

它广泛应用于暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节、医疗及其他相关湿度检测控制等领域。

封装

传感器性能

查看我们之前分享的网文，对比 DHT21 的参数如下：

DHT11 及 DHT21 温湿度传感器时序图解析（STM32）

由上对比，AHT20 的精度要比 DHT21 的精度要好，而且价格又低了很多。

原理图

手册中推荐电路

开发板中的原理图

与开发板连接情况如下：

管脚名称	复用描述
GPIO_13	GPIO_13/ADC6/PWM4_OUT/I2C0_SDA/ UART0_LOG_TXD
GPIO_14	GPIO_14/PWM5_OUT/I2C0_SCL/ UART0_LOG_RXD

由上我们知道，这个 AHT20 使用的 Hi3861 芯片的 I2C0。

程序源码

AHT20 的鸿蒙驱动代码，润和公司的开源库中已经有了，我们就不重复造轮子了，直接使用，然后结合 AHT20 的数据手册分析一下代码。

润和公司开源的鸿蒙 OS AHT20 数字温湿度传感器驱动库：https://gitee.com/hihopeorg/harmonyos-aht20

如何编译

在 ~/harmony/code/code-1.0/applications/sample/wifi-iot/app目录下执行git clone https://github.com/xusiwei/harmonyos-aht20 ,获取源码。

修改编译脚本

在~/harmony/code/code-1.0目录下执行：python build.py wifiiot

模块的地址

I2C 发送的首字节包括 7 位的 I2C 设备地址 0x38 和一个 SDA 方向位 X(读 R:'1'，写 W:'0')。

手册中描述的模块地址定义如下：

由上分析，我们得到读数据操作的首字节AHT20_READ_ADDR和写数据操作的首字节AHT20_WRITE_ADDR分别定义如下：

#define AHT20_DEVICE_ADDR   0x38
#define AHT20_READ_ADDR     ((0x38<<1)|0x1)
#define AHT20_WRITE_ADDR    ((0x38<<1)|0x0)

I2C 总线

AHT20 采用标准的 I2C 协议进行通讯。

对于 I2C 通信我们之前分享过网文：

STM32 I2C 通信操作 24C02 写数据、读数据

4 位数码管显示模块驱动

基于鸿蒙 OS 移植 OLED 驱动程序

I2C 写函数

上图中的AHT20_Write()函数中调用了I2cWrite()函数。

I2cWrite()函数是系统中 I2C 进行写操作的函数，这个函数的参数含义解释如下：

参数 1：WifiIotI2cIdx id ，这个参数是使用的 I2C 的 ID，这个参数可选下面枚举中的一个值：


typedef enum {
    /** I2C hardware index 0 */
    WIFI_IOT_I2C_IDX_0,
    /** I2C hardware index 1 */
    WIFI_IOT_I2C_IDX_1,
} WifiIotI2cIdx;

因为我们这里使用的是 I2C0，所以这个参数应该为：WIFI_IOT_I2C_IDX_0 。

参数 2：unsigned short deviceAddr，这个参数是 I2C 总线下面的设备地址，因为这是一个写操作，所以这个参数我们选用上面的宏定义：AHT20_WRITE_ADDR 。

参数 3：const WifiIotI2cData *i2cData ，这个参数是我们要发送的数据，该变量的数据类型为一个结构体类型：HalWifiIotI2cData ，该结构体的定义如下。


/**
 * @brief Defines I2C data transmission attributes.
 */
typedef struct {
    /** Pointer to the buffer storing data to send */
    unsigned char *sendBuf;
    /** Length of data to send */
    unsigned int  sendLen;
    /** Pointer to the buffer for storing data to receive */
    unsigned char *receiveBuf;
    /** Length of data received */
    unsigned int  receiveLen;
} HalWifiIotI2cData;

I2C 读函数

上图中的AHT20_Read()函数中调用了I2cRead()函数。

I2cRead()函数是系统中 I2C 进行读操作的函数。

I2cRead()函数的参数与I2cWrite()函数的参数类似，只是参数 3：const WifiIotI2cData *i2cData ，这个参数用于接收我们读取到的数据。

常用命令

AHT20 常用的命令有：

初始化命令 ('1011’1110') ，即 0xBE；测量温湿度命令('1010’1100')，即 0xAC；软复位命令('1011’1010')，即 0xBA。

基本指令集

状态位

通过发送 0x71 可以获取一个字节的状态字，状态字各位的含义描述如下：

状态字各位含义说明

传感器读取流程

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。

AHT20 模块的状态判断通过下面AHT20_Calibrate()函数来判断，具体执行过程如下图所示：

注：在第一步的校准状态检验只需要上电时检查，在正常过程无需操作。

软复位

上面代码中有一个这样的指令：AHT20_ResetCommand()

这个命令用于在无需关闭和再次打开电源的情况下，重新启动传感器系统。

在接收到这个命令之后，传感器系统开始重新初始化，并恢复默认设置状态，软复位所需时间不超过 20 毫秒。

图中灰色部分由 AHT20 控制。

#define AHT20_CMD_RESET      0xBA // 软复位命令
// 发送软复位命令
static uint32_t AHT20_ResetCommand(void)
{
    uint8_t resetCmd[] = {AHT20_CMD_RESET};
    return AHT20_Write(resetCmd, sizeof(resetCmd));
}

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。

触发测量命令发送的数据如下：

具体使用的代码如下：

#define AHT20_CMD_TRIGGER       0xAC // 触发测量命令
#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0  0x33
#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1  0x00

// 发送 触发测量 命令，开始测量
uint32_t AHT20_StartMeasure(void)
{
    uint8_t triggerCmd[] = {AHT20_CMD_TRIGGER, AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0, AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1};
    return AHT20_Write(triggerCmd, sizeof(triggerCmd));
}

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。

注：传感器在采集时需要时间，主机发出测量指令（0xAC）后，延时 75 毫秒以上再读取转换后的数据并判断返回的状态位是否正常。若状态比特位[Bit7]为 0 代表设备闲，可正常读取，为 1 时传感器为忙状态，主机需要等待数据处理完成。

计算温湿度值。

相对湿度转换

上图中蓝色背景的六个字节数据中，红色方框框住的为湿度数据，组成一个 20bit 长度的一个整形数；紫色方框框住的 20bit 为温度数据。

湿度数据按下面代码实现拼接：

#define AHT20_RESOLUTION            (1<<20)  // 2^20

uint32_t humiRaw = buffer[1];
humiRaw = (humiRaw << 8) | buffer[2];
humiRaw = (humiRaw << 4) | ((buffer[3] & 0xF0) >> 4);

通过手册我们得知相对湿度的计算公式如下：

上面代码求得的 humiRaw 即为上图公式中的 Srh，所以根据上图公式，使用如下代码即可获得相对湿度 RH。

*humi = humiRaw / (float)AHT20_RESOLUTION * 100;

温度转换

按如下方式合并温度数据的 20bit 数据：

uint32_t tempRaw = buffer[3] & 0x0F;
tempRaw = (tempRaw << 8) | buffer[4];
tempRaw = (tempRaw << 8) | buffer[5];

查看手册，我们知道 20bit 的温度数据跟℃的换算关系如下：

用代码具体实现如下：

*temp = tempRaw / (float)AHT20_RESOLUTION * 200 - 50;

结果展示

将上面编译之后的结果下载验证，输出如下：