首页 > 代码库 > Arduino I2C + 温湿度传感器Si7021
Arduino I2C + 温湿度传感器Si7021
Si7021是Silicon Labs生产的温湿度传感器芯片。其主要特性：
- 湿度精度：误差典型值+/-2%RH，最大值+/-3%RH（0~80%RH），出厂已校正
- 温度精度：误差典型值+/-0.3%°C，最大值+/-0.4%°C（-10°C~85°C），出厂已校正
- 测量范围：温度范围0~100%RH；温度范围最大-40°C~125°C
- 工作电压：1.9~3.6V
- 低功耗：工作时150μA，待机时60nA
- 接口：I2C，最大速率支持400kbps
- 长期稳定性：湿度≤0.25%RH/yr，温度≤0.01°C/yr
- 封装：3x3 mm DFN
- 片上集成加热器（heater）
- 可选的疏水性保护盖
与Arduino的连接
由于Arduino UNO的工作电压是5V，而Si7021无法在5V电平下工作，二者的连接需要电平转换。转换的方法是在Si7021和Arduino中间通过I2C Logic Level Converter进行连接。双向逻辑电平转换器的原理可参考Philips Semiconductor的应用笔记“Bi-directional level shifter for i2c bus and other systems”。转换器两端都自带了I2C总线需要的上拉电阻。
功能调试
1. Si7021测量过程中，可以选择让其将SCL拉低（Hold Master Mode），或者不回应MCU发来的讯息（No Hold Master Mode）。
2. 相对湿度测量包含了温度测量；温度测量可以单独进行。
3. 进行相对湿度或温度测量时，MCU对测量值低字节是否发送ACK，决定了Si7021是否返回CRC校验码。当读取上次相对湿度测量时的温度值时，Si7021不回复CRC校验码。以下代码中有一半内容是CRC校验相关的，并不是必须的，CRC算法也未进行优化。
4. 当Si7021用于环境测量时，芯片放置、PCB热阻隔设计对测量精度、响应时间有很大影响，具体可参见官方“Si70xx Humidity Sensor Designer‘s Guide”文档。
测试代码
1 /* 2 Measurement of relative humidity and temperature using Si7021 3 */ 4 5 #include <Wire.h> 6 7 #define ADDRESS_SI7021 0x40 8 #define MEASURE_RH_HOLD 0xE5 9 #define READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT 0xE0 10 11 byte buffer[] = {0, 0, 0}; 12 byte crcHumi; 13 14 word outHumi = 0; 15 word outTemp = 0; 16 float valueHumi = 0; 17 float valueTemp = 0; 18 19 void setup() 20 { 21 Wire.begin(); 22 Serial.begin(115200); 23 } 24 25 void loop() 26 { 27 //perform a RH measurement and read back the RH value 28 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021); 29 Wire.write(MEASURE_RH_HOLD); 30 Wire.endTransmission(); 31 32 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 3); 33 if(Wire.available() >= 3) 34 { 35 buffer[0] = Wire.read(); //high byte 36 buffer[1] = Wire.read(); //low byte 37 buffer[2] = Wire.read(); //crc 38 } 39 outHumi = (buffer[0]<<8) | buffer[1]; 40 crcHumi = CRC8(buffer, 3); 41 42 //read temperature from previous RH measurement 43 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021); 44 Wire.write(READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT); 45 Wire.endTransmission(); 46 47 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 2); 48 if(Wire.available() >= 2) 49 { 50 buffer[0] = Wire.read(); //high byte 51 buffer[1] = Wire.read(); //low byte; no crc 52 } 53 outTemp = (buffer[0]<<8) | buffer[1]; 54 55 valueHumi = 125.0*outHumi/65536 - 6; 56 valueTemp = 175.72*outTemp/65536 - 46.85; 57 58 Serial.print(valueHumi); Serial.print(" \%RH\t"); 59 Serial.print(valueTemp); Serial.println(" `C"); 60 61 if (crcHumi == 0) 62 { 63 Serial.println("CRC checked."); 64 } 65 else 66 { 67 Serial.println("CRC Error!"); 68 } 69 70 delay(4000); 71 } 72 73 byte CRC8(byte *data, byte len) 74 { 75 byte crc[8]; 76 byte result = 0; 77 byte i; 78 byte doInvert; 79 String bitString = MakeString(data, len); 80 81 for (i = 0; i < 8; i++) 82 { 83 crc[i] = 0; 84 } 85 86 for (i = 0; i < bitString.length(); i ++) 87 { 88 doInvert = (byte(bitString[i] == ‘1‘)) ^ crc[7]; 89 crc[7] = crc[6]; 90 crc[6] = crc[5]; 91 crc[5] = crc[4] ^ doInvert; 92 crc[4] = crc[3] ^ doInvert; 93 crc[3] = crc[2]; 94 crc[2] = crc[1]; 95 crc[1] = crc[0]; 96 crc[0] = doInvert; 97 } 98 99 for (i = 0; i < 8; i++)100 {101 bitWrite(result, i, crc[i]);102 }103 104 return result;105 }106 107 String MakeString(byte *data, byte len)108 {109 int i, j;110 String tempString[len];111 String bitString="";112 113 for (i = 0; i < len; i++)114 {115 tempString[i] = String(data[i], BIN);116 int zeros = 8 - tempString[i].length();117 for (j = 0; j < zeros; j++)118 {119 tempString[i] = ‘0‘ + tempString[i];120 }121 }122 123 for (i = 0; i < len; i++)124 {125 bitString = bitString + tempString[i];126 }127 128 return bitString;129 }
若连接正常，Si7021将会每隔4秒触发一次测量，并通过串口打印结果：
参考资料
Silicon Labs - Si7021 Datasheet
Application Note: Bi-directional level shifter for i2c bus and other systems
Application Note: Si70xx Humidity Sensor Designer‘s Guide
Online CRC Calculation
Arduino I2C + 温湿度传感器Si7021