RT-Thread-【5月原创帖征集活动】TI温湿度HDC1000软件包设计与制作RT-Thread问答社区

【5月原创帖征集活动】TI温湿度HDC1000软件包设计与制作

发布于 2020-05-24 06:35:30 浏览：1546 订阅该版

* 本帖最后由 X-Jing007 于 2020-5-24 06:44 编辑 *

**PS：因论坛字数与排版方式不太方便，完整文章可查看**
[https://blog.csdn.net/nich2009/article/details/106309725](https://blog.csdn.net/nich2009/article/details/106309725)

**1 概述**本文主要讲述了基于RT-Thread Sensor框架实现的温湿度传感器HDC1000软件包，同时详细记录了RT-Thread传感器软件包的制作过程。本文的主要内容提要：[list]

* 低功耗温湿度传感器HDC1000的基础知

*    HDC1000的工作机制

*    HDC1000软件包功能设计

[/list][list]
* HDC1000软件包的功能简介

*    HDC1000软件包的使用与测试

[/list][list]
*    HDC1000软件包制作与发布

[/list][list]
[list]

* 制作软件包索引

*   软件包本地测试

*   PR推送

[/list][/list]
HDC1000软件包的代码仓库：> https://github.com/Forest-Rain/hdc1000
**2 HDC1000应用原理****2.1 HDC1000传感器工作原理**[align=center]
![451,192](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583073535388-47764afe-9761-4e98-bbc4-664cb67be257.png)
[align=center]图2.1 HDC1000功能框图HDC1000是TI公司开发的一款集成式湿度和温度传感器， 其能够以较低功耗提供出色的测量精度。HDC1000的传感元件位于器件底部，有助于 HDC1000 免受粉尘、灰尘以及其他环境污染物的影响，从而更加稳定可靠。HDC1000通过IIC接口，作为IIC从设备与Host MCU进行数据交互。HDC1000内置了加热元件(Heater)， 软件可短暂地打开，用于消散设备长期暴露在高湿度环境中产生的冷凝和湿气， 从而增加湿度传感器的可靠性。此外，加热功能也可用于验证集成温度传感器的功能。[indent]注：推荐使用换代产品HDC2010代替[HDC1000](http://www.ti.com.cn/product/cn/HDC1000)。HDC2010具有更好的特性功能，但是两者硬件接口与软件接口都不兼容。[/indent][align=center]
![589,124](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1582987559264-c29cc0c4-6fb4-46a9-9a68-cda5717035e2.png)

**2.1.1 工作模式**HDC1000有两种工作模式：睡眠模式（Sleep Mode）与测量模式（Measurement Mode）。[list]
* 睡眠模式

[/list][list]
*    上电后默认处于睡眠模式。Host MCU通过IIC接口发送指令来唤醒传感器，并对传感器进行读写操作。在完成一次有效温度\湿度测量后，HDC1000自动回到睡眠模式。

[/list][list]

* 测试模式

[/list][list]
[list]
*    HDC1000测量模式只支持（手动）按需触发（Trigger on Demand）。( HDC2010支持自动定时采样模式）

[/list][/list]**2.1.2 典型应用场景**[list]

* IoT低功耗应用，如

[/list][list]
[list]
* 智能恒温器

* 智能冰箱

* 烟雾和热量探测器

* 环境标签

* ...

[/list][/list]**2.2 硬件设计****
![518,200](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583076535222-f4aef72a-68a1-4bb8-8e5f-4bda4b1bfdab.png)
**[align=center]图2.2 HDC1000典型应用电路HDC1000有2根地址线.因此一条IIC总线上，最多可以挂载4个HDC1000。
**2.3 软件设计**获取HDC1000的温度与湿度数据主要是MCU通过IIC接口对指定寄存器读写来完成的，具体实现过程主要包括以下内容：1. IIC通信驱动[list]

[list]
(*)使用RT-Thread系统提供的模拟I2C驱动，来访问HDC1000传感器，可查看 env工具 --> menuconfig --> RT-Thread Components --> Device Drivers -->
(*)
![317,41](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583220191840-48d22ec5-3891-42cc-9463-38332e650b2d.png)

[/list][/list][list=1]
(*)采样转换完成判断。采样完成可以根据实际情况，有如下两种方式：
[/list]    - HDC1000提供了一个DRDY/INT硬件引脚，用于指示温度\湿度采样转换完成，该引脚可以用于唤醒Host MCU。
    - 若实际应用电路未使用该引脚，则可以采用了固定延时的方式来等待传感器转换完成，采样转换时间如下所示：
[align=center]
![678,199](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1584541939942-956b617f-9671-4c78-8db7-6317463bad02.png)
[align=center]图2.3 温度与湿度采样转换时间2. 单次采样（按需触发），这里默认采用序列采样方式（即每次采样，先后执行一次温度与湿度采样）
[align=center]
![425,533](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583218032456-c8cb8c55-d663-4441-884d-feef3220b08f.png)
[align=center]图2.4 单次采样流程**2.3.1 IIC从机地址**由图2.2电路图（ADR0 = 0、ADR1 = 0）可知，当前HDC1000传感器的IIC从机地址为0x40。[indent]注：若使用的是STM32硬件IIC驱动，则传入HAL_I2C_Init()的从机地址是0x80（8位地址形式）[/indent]> /* according to hdc1000 spec */// ADR0 = 0,ADR1 = 0 ==> hdc1000 slave address 0x40(7-bit address)[indent]#define HDC1000_DEVICE_IIC_BUS_ADDRESS      0x40

[/indent]
**2.3.2 IIC时序**HDC1000主要IIC时序包括读写配置寄存器（Configuration Register(0x02)）、触发采样（rigger Humidity/Temperature Measurement(0x00\0x01))、读取温度与温度（Read Humidity/Temperature Measurement）。读取温度与湿度的IIC时序，如下所示：[align=center]
![746,303](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583218558551-ac1748e0-93b8-4a8d-984a-592c8dc2f00c.png)
[align=center]图2.5 读取温度与湿度的IIC时序（序列采样方式）读取温湿度值的IIC时序实例，如下所示[align=center]
![746,117](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1584543976290-80dc07db-968e-450f-a0ed-568c0b9eba90.png)
[align=center]图2.6 读取温度与湿度IIC实例（序列采样方式）特别注意：HDC1000温度与湿度寄存器位为16bit，高位先发（大端模式），因此读回的数值需要转换为小端模式。对读回的寄存器数据的处理代码如下所示：[indent] if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)dev->bus, msgs, 1) == 1)       [/indent][indent] {            [/indent][indent]      res = RT_EOK;                       [/indent][indent]     *temp_raw = (buffer[0] << 8) | buffer[1];           [/indent][indent]     *humi_raw = (buffer[2] << 8) | buffer[3];        [/indent][indent]}        [/indent][indent]else        [/indent][indent]{            [/indent][indent]       res = -RT_ERROR;        [/indent]}

**2.3.3 温湿度值结果转换**[align=center]
![473,120](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1583220395247-fcffd1a5-f6bd-4417-8c97-338356c0720e.png)
[align=center]图2.7 温湿度结果转换计算式按照图2.7公式，将获取到的温度\湿度寄存器值转换为实际的温度（℃）与湿度（%RH）。
**3 HDC1000软件包功能设计****3.1 HDC1000软件包功能简介**
**3.2 HDC1000软件包功能实现****3.2.1 HDC1000软件包的依赖*** RT-Thread 4.0.0+

* Sensor 组件

* IIC 驱动：HDC1000 设备使用 IIC 进行数据通讯，需要RT-Thread系统 IIC 驱动框架支持；

**3.2.2 HDC1000软件包的主要实现文件**[align=center]
![746,401](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/253586/1585663968868-ddfbab78-e136-4b7e-bc11-ac110a0e0ff6.png)
[indent]注: Sconscript的编写可参照RT-Thread官方的Scons构建工具说明文档：_https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/scons/scons/_[/indent]