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

1. #include "Adafruit_SHT4x.h"
   
2. Adafruit_SHT4x sht4 = Adafruit_SHT4x();
   
3. 
   
4. void setup() {
   
5.   Serial.begin(115200);
   
6.   while (!Serial) delay(10);  // 等待串口初始化
   
7. 
   
8.   // 初始化传感器
   
9.   if (!sht4.begin()) {
   
10.     Serial.println("Sensor not found!");
    
11.     while (1) delay(1);
    
12.   }
    
13.   
    
14.   // 设置高精度模式
    
15.   sht4.setPrecision(SHT4X_HIGH_PRECISION);
    
16.   // 关闭加热器（节能模式）
    
17.   sht4.setHeater(SHT4X_NO_HEATER);
    
18. }
    
19. 
    
20. void loop() {
    
21.   sensors_event_t humidity, temp;
    
22.   sht4.getEvent(&humidity, &temp);  // 读取数据
    
23. 
    
24.   Serial.print("Temperature: ");
    
25.   Serial.print(temp.temperature);
    
26.   Serial.println(" ℃");
    
27.   
    
28.   Serial.print("Humidity: ");
    
29.   Serial.print(humidity.relative_humidity);
    
30.   Serial.println("% rH");
    
31.   delay(1000);  // 每秒读取一次
    
32. }

复制代码

3.2 核心库函数解析 3.2.1 Adafruit_SHT4x库

1. bool Adafruit_SHT4x::begin(TwoWire *theWire) {
   
2.   i2c_dev = new Adafruit_I2CDevice(SHT4x_DEFAULT_ADDR, theWire);
   
3.   if (!i2c_dev->begin()) return false;
   
4.   return reset(); // 发送复位命令
   
5. }

复制代码

• 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
  

1. bool Adafruit_SHT4x::getEvent(sensors_event_t *humidity,
   
2.                               sensors_event_t *temp) {
   
3.   // 根据精度和加热器设置选择命令
   
4.   uint8_t cmd = SHT4x_NOHEAT_HIGHPRECISION;
   
5.   uint16_t duration = 10;
   
6.   
   
7.   // 发送测量命令
   
8.   if (!i2c_dev->write(&cmd, 1)) return false;
   
9.   
   
10.   delay(duration); // 等待测量完成
    
11.   
    
12.   // 读取6字节数据（温度+CRC, 湿度+CRC）
    
13.   uint8_t readbuffer[6];
    
14.   if (!i2c_dev->read(readbuffer, 6)) return false;
    
15.   
    
16.   // CRC校验
    
17.   if (readbuffer[2] != crc8(readbuffer, 2) ||
    
18.       readbuffer[5] != crc8(readbuffer + 3, 2))
    
19.     return false;
    
20.   
    
21.   // 原始数据转换
    
22.   uint16_t temp_raw = (readbuffer[0] << 8) | readbuffer[1];
    
23.   uint16_t hum_raw = (readbuffer[3] << 8) | readbuffer[4];
    
24.   
    
25.   // 转换为实际值
    
26.   _temperature = -45 + 175 * temp_raw / 65535.0;
    
27.   _humidity = -6 + 125 * hum_raw / 65535.0;
    
28.   
    
29.   // 填充传感器事件
    
30.   if (temp) fillTempEvent(temp, millis());
    
31.   if (humidity) fillHumidityEvent(humidity, millis());
    
32.   return true;
    
33. }

复制代码

• 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
  

1. static uint8_t crc8(const uint8_t *data, int len) {
   
2.   const uint8_t POLYNOMIAL(0x31);
   
3.   uint8_t crc(0xFF);
   
4.   
   
5.   for (int j = len; j; --j) {
   
6.     crc ^= *data++;
   
7.     for (int i = 8; i; --i) {
   
8.       crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ POLYNOMIAL : (crc << 1);
   
9.     }
   
10.   }
    
11.   return crc;
    
12. }

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• 功能：计算CRC8校验码
• 参数：数据指针和长度
• 返回值：CRC8校验值
  

3.2.2 Adafruit_Sensor库

1. void Adafruit_SHT4x::fillTempEvent(sensors_event_t *temp, uint32_t timestamp) {
   
2.   memset(temp, 0, sizeof(sensors_event_t));
   
3.   temp->version = sizeof(sensors_event_t);
   
4.   temp->sensor_id = _sensorid_temp;
   
5.   temp->type = SENSOR_TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE;
   
6.   temp->timestamp = timestamp;
   
7.   temp->temperature = _temperature;
   
8. }

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• 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

1. void Adafruit_SHT4x::fillHumidityEvent(sensors_event_t *humidity,
   
2.                                       uint32_t timestamp) {
   
3.   memset(humidity, 0, sizeof(sensors_event_t));
   
4.   humidity->version = sizeof(sensors_event_t);
   
5.   humidity->sensor_id = _sensorid_humidity;
   
6.   humidity->type = SENSOR_TYPE_RELATIVE_HUMIDITY;
   
7.   humidity->timestamp = timestamp;
   
8.   humidity->relative_humidity = _humidity;
   
9. }

复制代码

• 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

3.2.3 Adafruit_I2CDevice库

1. bool Adafruit_I2CDevice::write_then_read(const uint8_t *write_buffer,
   
2.                                         size_t write_len,
   
3.                                         uint8_t *read_buffer,
   
4.                                         size_t read_len,
   
5.                                         bool stop) {
   
6.   if (!write(write_buffer, write_len, stop)) {
   
7.     return false;
   
8.   }
   
9.   return read(read_buffer, read_len);
   
10. }

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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
  

1. bool Adafruit_I2CDevice::read(uint8_t *buffer, size_t len, bool stop) {
   
2.   size_t pos = 0;
   
3.   while (pos < len) {
   
4.     size_t read_len = min(len - pos, _maxBufferSize);
   
5.     bool read_stop = (pos + read_len >= len) ? stop : false;
   
6.    
   
7.     if (!_read(buffer + pos, read_len, read_stop))
   
8.       return false;
   
9.    
   
10.     pos += read_len;
    
11.   }
    
12.   return true;
    
13. }

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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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