零知开源——STM32F407VET6驱动SHT41温湿度传感器完整教程

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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

SHT41引脚	零知增强板引脚	功能说明
VCC	3.3V	电源正极
GND	GND	电源地
SCL	21/SCL	I2C时钟线
SDA	20/SDA	I2C数据线

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

3.2.1Adafruit_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
}

功能：初始化I2C通信并复位传感器

参数：I2C接口指针（默认使用Wire）

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;
}

功能：获取温湿度数据并填充到事件结构体

参数：指向温湿度事件结构体的指针

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;
}

功能：计算CRC8校验码

参数：数据指针和长度

返回值：CRC8校验值

3.2.2Adafruit_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;
}

功能：填充温度事件结构体

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;
}

功能：填充湿度事件结构体

参数：

humidity：目标结构体指针
timestamp：时间戳

3.2.3Adafruit_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

检查硬件连接（VCC、GND、SCL、SDA）

确认I2C地址正确（SHT41默认为0x44）

使用I2C扫描工具确认设备地址

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

降低I2C时钟速度

缩短I2C总线长度

尝试不同的精度模式

Q4：如何提高测量精度？

A：优化方法

使用高精度模式：sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION)

启用加热器：sht4.setHeater(SHT4X_MED_HEATER_100MS)

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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审核编辑 黄宇