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Arduino调试温湿度传感器AM2321
AM2321是广州奥松电子生产的数字式温湿度传感器。虽是国产品牌，其精度也可以与国外的主流温湿度传感IC媲美。
- 尺寸：11.3x7.8x4mm（长x宽x高）
- 封装：0.05 pitch PTH
- 工作电压：2.6~5V
- 接口：I2C，最大速率100kbps，有特殊时序要求
- 分辨率：温度0.1°C，相对湿度0.1%RH
- 精度：室温时温度误差+/-0.3°C，相对湿度误差+/-3%RH
- 重复性：温度+/-0.2°C，相对湿度+/-0.1%RH
美中不足：与国外同精度产品相比，AM2321的重复性和漂移指标偏大；只能手动焊接，量产时会很不方便。
电路连接
AM2321支持5V工作，将电源、地、SCL、SDA四个管脚直接与UNO板子的对应管脚相连。对于Arduino UNO，I2C总线的SDA信号线对应A4管脚，SCL时钟线对应A5管脚。之后，SCL、SDA线需要通过上拉电阻连接到5V电源，电阻值可取4.7k或10k。
功能调试
第一次调试花了不少时间，最终借助示波器才搞定。需留意的几个问题：
1. I2C地址问题。虽然手册里写的地址是0xB8（0b10111000），但实际上器件是采用的7位地址，应该表述成0x5C（0b1011100），代码中的地址也应写成0x5C，否则无法通信。
2. 唤醒AM2321时的时序问题。器件不回ACK，且最后一个时钟下降沿到发stop信号需间隔0.8~3ms。这个时序条件在Arduino的Wire库中没有处理的函数，因此只能将A4、A5设置成GPIO，利用bit-banging实现。shiftOut()函数可以实现字节的串行输出，且速率刚好也是100kbps左右。
3. A4、A5管脚在GPIO和硬件I2C之间的功能切换问题。在调用的Wire.begin()函数之后，再使用pinMode()或digitalWrite()函数就无效了。发现在Wire.begin()函数中设置了I2C的控制寄存器TWCR，需将TWCR恢复到调用Wire.begin()前的状态，才可以用GPIO的方式操作A4、A5。
4. 读返回数据时的时序问题。手册要求发送地址后，需要等待至少30μs后才能读取数据。这个功能在Wire库里也不支持，但直接用库里的函数（间隔约10μs）读取，没有发现有通信错误的问题。
参考代码：
1 /* 2 Measurement of temperature and humidity using the AM2321 sensor 3 Attention: 4 The protocol AM2321 used is not a standard i2c. 5 Bit-banging is used to wake up the sensor, 6 and then i2c functions are used to communicate. 7 Connection: 8 AM2321 UNO 9 VDD <----------> GND 10 GND <----------> GND 11 SCL <----------> SCL(A5) 12 SDA <----------> SDA(A4) 13 */ 14 15 #include <Wire.h> 16 17 #define ADDRESS_AM2321 0x5C //not 0xB8 18 #define SIGN_WRITE 0x00 19 #define SDA_PIN A4 20 #define SCL_PIN A5 21 22 byte fuctionCode = 0; 23 byte dataLength = 0; 24 byte humiHigh = 0; 25 byte humiLow = 0; 26 byte tempHigh = 0; 27 byte tempLow = 0; 28 byte crcHigh = 0; 29 byte crcLow = 0; 30 31 int humidity = 0; 32 int temperature = 0; 33 unsigned int crcCode = 0; 34 35 byte backupTWCR = 0; 36 37 void setup() 38 { 39 Serial.begin(115200); 40 } 41 42 void loop() 43 { 44 //step 1. wake up the sensor 45 SendWakeUp(); 46 backupTWCR = TWCR; 47 48 //step 2. send command 49 Wire.begin(); 50 Wire.beginTransmission(ADDRESS_AM2321); 51 Wire.write(0x03); 52 Wire.write(0x00); 53 Wire.write(0x04); 54 Wire.endTransmission(); 55 56 delayMicroseconds(1500); 57 58 //step 3. read data, and recover the TWCR register 59 Wire.requestFrom(ADDRESS_AM2321, 8); 60 fuctionCode = Wire.read(); 61 dataLength = Wire.read(); 62 humiHigh = Wire.read(); 63 humiLow = Wire.read(); 64 tempHigh = Wire.read(); 65 tempLow = Wire.read(); 66 crcLow = Wire.read(); 67 crcHigh = Wire.read(); 68 69 //get the result 70 humidity = (humiHigh<<8) | humiLow; 71 temperature = (tempHigh<<8) | tempLow; 72 crcCode = (crcHigh<<8) | crcLow; 73 74 Serial.print(temperature/10.0, 1); Serial.println(" `C"); 75 Serial.print(humidity/10.0, 1); Serial.println(" \%RH"); 76 CheckCRC(); 77 78 //recover the TWCR register 79 TWCR = backupTWCR; 80 81 delay(4000); 82 } 83 84 void SendWakeUp() 85 { 86 //set pinmode 87 pinMode(SCL_PIN, OUTPUT); 88 pinMode(SDA_PIN, OUTPUT); 89 digitalWrite(SCL_PIN, HIGH); 90 digitalWrite(SDA_PIN, HIGH); 91 92 //issue a START condition 93 delayMicroseconds(5); 94 digitalWrite(SDA_PIN, LOW); 95 delayMicroseconds(5); 96 digitalWrite(SCL_PIN, LOW); 97 delayMicroseconds(5); 98 99 //send ADDRESS+W100 shiftOut(SDA_PIN, SCL_PIN, MSBFIRST, ((ADDRESS_AM2321<<1) | SIGN_WRITE));101 102 //send clock for ack103 pinMode(SDA_PIN, INPUT_PULLUP);// or INPUT mode104 delayMicroseconds(5);105 digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);106 delayMicroseconds(5);107 digitalWrite(SCL_PIN, LOW);108 pinMode(SDA_PIN, OUTPUT);109 digitalWrite(SDA_PIN, LOW);110 111 delayMicroseconds(1000);112 113 //issue a STOP condition114 digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);115 delayMicroseconds(5);116 digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);117 }118 119 void CheckCRC() //from the datesheet120 {121 byte backValues[] = {fuctionCode, dataLength, humiHigh, 122 humiLow, tempHigh, tempLow};123 unsigned int crc = 0xFFFF;124 int i;125 int len = 6;126 int j = 0;127 while (len--)128 {129 crc ^= backValues[j];130 j++;131 for (i=0; i<8; i++)132 {133 if (crc & 0x01)134 {135 crc >>= 1;136 crc ^= 0xA001;137 }138 else139 {140 crc >>= 1;141 }142 }143 } 144 if (crc == crcCode)145 {146 Serial.println("CRC checked.");147 }148 else149 {150 Serial.println("CRC Error!");151 }152 }
参考资料
奥松官网信息 - AM2321数字温湿度传感器
TI - Troubleshooting I2C Bus Protocol 关于I2C调试问题处理的文档，推荐
Arduino调试温湿度传感器AM2321