【极海APM32F407】9. 驱动HS3003读取温湿度数据

hehung

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<div class='showpostmsg'># 前言

本文介绍使用硬件I2C来驱动HS3003温湿度传感器采集温湿度信息。

**在完成代码开发的过程中，也发现了APM32F407的硬件I2C的BUG，其实我也不知道是不是硬件BUG，就是经常调用I2C开始函数 `I2C_EnableGenerateStart`之后，会直接卡死，启动不了I2C总线，而且恢复不了，最后通过重新初始化I2C才偶尔能修复这个问题，所以对I2C驱动代码做了部分魔改。**

由于硬件I2C不是很好用，为了避免和OLED使用的I2C冲突，所以重新使用了一个I2C，即I2C2。

# HS300X介绍

HS300X是一个温湿度传感器模块，采用I2C通信，7为通信地址，为0x44。硬件连接如下：

- SCL - PB10
- SDA - PB11

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710658" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710658&handlekey=savephoto_710658">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## 1.1 操作方式

详细的操作方式本文不做介绍，本文只介绍代码开发中需要用到的，详细参考地址可以查看官方提供的手册《REN_HS300x-Datasheet_DST_20210809.pdf》

### 1.1.1 测量请求

直接通过IIC总线写HS300X地址就可以唤醒传感器自动采集数据，说明见下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710659" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710659&handlekey=savephoto_710659">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 1.1.2 数据获取

从下图可以看出，发送HS300X地址+低位读就可以获取采集的数据。
**注：重点说明，默认采样精度为14bit，可以通过配置修改，精度越高，采样时间越长，下图中有说明，默认精度下的采样时间为33ms左右，所以在测量请求发出之后，需要等待33毫秒之后在读取。**

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710660" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710660&handlekey=savephoto_710660">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

从图中可以清楚看出，默认温度和湿度数据都为14bit数据，都占用了两个字节。
其中湿度的高两位为状态为状态位，表示采集数据状态是否有效，见下图：

- 0表示数据采集完成
- 1表示没有完成有效采集。
- 温度的低两位没有任何用处。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710661" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710661&handlekey=savephoto_710661">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 1.2.3 采样数据处理

可以使用下面的公式对采集到的数据进行处理，计算出真实的温湿度数据。

即：
湿度值（%）：采样值/(16383) * 100
温度值（摄氏度）：采样值/(16383) * 165 - 40

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710662" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710662&handlekey=savephoto_710662">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 2 软件开发

了解了HS300X的通信原理，接下来就是开发软件了。

## 2.1 HS3003采集代码

其中：

- Hs300x_StartSample为开始采样
- Hs300x_ReadData为读取采样结果

> 注：Hs300x_StartSample和Hs300x_ReadData需要间隔最少33ms以上，才能正确读取到反馈的温湿度数据，前文说过，默认情况（最高精度下）采样时间为33ms左右。

app_hs3003.c

```c
/*
@hehung
2023-6-30
email: 1398660197@qq.com
wechat: hehung95
reproduced and please indicate the source @hehung
*/

#include "app_hs3003.h"
#include "app_hw_i2c.h"
#include <stdio.h>

#define HS300x_I2C_SLAVE_ADDR_7BIT   (0x44U << 1)

#define HS300X_DATA_VALID      (0x00U)
#define HS300X_DATA_STALE      (0x01U)
#define HS300X_STATUS_MASK       (0xC0000000U)
#define HS300X_STATUS_POS      (30U)

#define HS300X_DATA_MASK       (0x3FFFFFFCU)
#define HS300X_HUMI_DATA_MASK      (0x3FFF0000U)
#define HS300X_HUMI_DATA_POS     (16U)
#define HS300X_TEMP_DATA_MASK      (0x0000FFFCU)
#define HS300X_TEMP_DATA_POS     (2U)

/* calculation formula, 2^14 - 1 */
#define HS300X_DATA_FACTOR       (16383U)

static uint8_t Hs300x_DataConvert(uint32_t read_data, s_Hs300xDataType *cal_result);

static uint8_t Hs300x_DataConvert(uint32_t read_data, s_Hs300xDataType *cal_result)
{
    uint32_t humi_data;
    uint32_t temp_data;

if (((read_data & HS300X_STATUS_MASK) >> HS300X_STATUS_POS) == HS300X_DATA_VALID)
    {
        // Data is valid
        humi_data = (read_data & HS300X_HUMI_DATA_MASK) >> HS300X_HUMI_DATA_POS;
        temp_data = (read_data & HS300X_TEMP_DATA_MASK) >> HS300X_TEMP_DATA_POS;

// Calculate the humidity: humi_data/(2^14-1) * 100
        cal_result->humi = (double)humi_data/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 100.0;
        // Calculate the temperature: temp_data/(2^14-1) * 165 - 40
        cal_result->temp = (double)temp_data/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 165.0 - 40;
#ifdef HS300X_DEBUG
        printf("humidity:%f, temperature:%f\n", cal_result->humi, cal_result->temp);
#endif
    
        return 1;
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

void Hs300x_Init(void)
{
  // Do not settings, keep default settings in sensor device
}

void Hs300x_StartSample(void)
{
    uint8_t data = 0;

I2c_SetSlaveAddr(I2C2, HS300x_I2C_SLAVE_ADDR_7BIT);
    // Only send the address to start HS300X convert
    I2c_WriteData(I2C2, &data, 0);
}

s_Hs300xDataType Hs300x_ReadData(void)
{
  uint8_t data[4];// one address + 4bytes data
    uint32_t data_u32;
    s_Hs300xDataType humi_temp;

//    Read measurement from sensor HS300X
    I2c_SetSlaveAddr(I2C2, HS300x_I2C_SLAVE_ADDR_7BIT);
    I2c_ReadData(I2C2, &data[0], 4);
    // Convert the data to 32bit
    data_u32 = (uint32_t)((data[0] << 24U) | 
          (data[1] << 16U) | 
          (data[2] << 8U) | 
          (data[3]));
    // Read the temperature and hunidity
    (void)Hs300x_DataConvert(data_u32, &humi_temp);

//#ifdef HS300X_DEBUG
    printf ("HS300X origin data1:%x%x%x%x\r\n", data[0],data[1],data[2],data[3]);
    // printf("HS300X origin data2:%x\n", data_u32);
    printf ("Temp:%f--Humi:%f\r\n", humi_temp.temp, humi_temp.humi);
//#endif

return humi_temp;
}

```

app_hs3003.h

```c
/*
@hehung
2023-6-30
email: 1398660197@qq.com
wechat: hehung95
reproduced and please indicate the source @hehung
*/

#ifndef APP_HS3003_H__
#define APP_HS3003_H__

typedef struct 
{
  double humi;
  double temp;
} s_Hs300xDataType;

extern void Hs300x_Init(void);
extern s_Hs300xDataType Hs300x_ReadData(void);
extern void Hs300x_StartSample(void);

#endif

```

## 2.2 魔改的I2C代码

基于前文说的硬件I2C的bug，对I2C的代码进行了魔改。

正常通信流程为：

**调用 `I2C_EnableGenerateStart()`开始启动I2C，即发起启动信号，然后调用 `while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))`判断是否启动成功，但是一般上电的第一次才会成功，后面大概率会失败，即超时。不知道具体原因**

主要修改点为：

当超时之后，调用 `I2c_Init`重新初始化，并且再次调用 `I2c_WriteData(i2c, pBuffer, len);`发送上一次的数据，一次来弥补上一次发送失败的问题。

完整魔改版代码：

```
/*
@hehung
2023-6-30
email: 1398660197@qq.com
wechat: hehung95
reproduced and please indicate the source @hehung
*/

#include "app_hw_i2c.h"
#include "Board.h"
#include <stdio.h>

#define I2CT_FLAG_TIMEOUT   ((uint32_t)255)
#define I2CT_LONG_TIMEOUT   ((uint32_t)(10 * I2CT_FLAG_TIMEOUT))

static uint8_t i2c1_slave_addr = 0x00;
static uint8_t i2c2_slave_addr = 0x00;

static void I2c_SubInit(I2C_T* i2c);

static uint32_t I2C_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode)
{
  printf("I2C Wait TIMEOUT! errorCode = %d\r\n", errorCode);

return 0;
}

static void I2c_SubInit(I2C_T* i2c)
{
    I2C_Config_T i2cConfigStruct;

GPIO_Config_T gpioConfigStruct;

/* Enable I2C related Clock */
  RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOB);

if (i2c == I2C1)
    {
        RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_I2C1);

gpioConfigStruct.mode = GPIO_MODE_AF;
        gpioConfigStruct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
        gpioConfigStruct.pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
        gpioConfigStruct.otype = GPIO_OTYPE_OD;
        gpioConfigStruct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
        GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfigStruct);
    
    /* Free I2C1_SCL and I2C1_SDA */
        GPIO_ConfigPinAF(GPIOB, GPIO_PIN_SOURCE_6, GPIO_AF_I2C1);
        GPIO_ConfigPinAF(GPIOB, GPIO_PIN_SOURCE_7, GPIO_AF_I2C1);
    }
    else if (i2c == I2C2)
    {
        RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_I2C2);
    
        gpioConfigStruct.mode = GPIO_MODE_AF;
        gpioConfigStruct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
        gpioConfigStruct.pin = GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11;
        gpioConfigStruct.otype = GPIO_OTYPE_OD;
        gpioConfigStruct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
        GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfigStruct);

GPIO_ConfigPinAF(GPIOB, GPIO_PIN_SOURCE_10, GPIO_AF_I2C2);
        GPIO_ConfigPinAF(GPIOB, GPIO_PIN_SOURCE_11, GPIO_AF_I2C2);
    }

gpioConfigStruct.mode = GPIO_MODE_AF;
  gpioConfigStruct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
  gpioConfigStruct.pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11;
  gpioConfigStruct.otype = GPIO_OTYPE_OD;
  gpioConfigStruct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
  GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfigStruct);

/*Config I2Cx */
    I2C_Reset(i2c);

i2cConfigStruct.mode = I2C_MODE_I2C;
    i2cConfigStruct.dutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    i2cConfigStruct.ackAddress = I2C_ACK_ADDRESS_7BIT;
    i2cConfigStruct.ownAddress1 = (i2c==I2C1)?0XA0:0xA1;
    i2cConfigStruct.ack = I2C_ACK_ENABLE;
    i2cConfigStruct.clockSpeed = 400000;

I2C_Config(i2c, &i2cConfigStruct);

I2C_DisableDualAddress(i2c);
    /* Enable I2Cx */
    I2C_Enable(i2c);    
}

/* Initialize for I2c driver */
void I2c_Init(void)
{
    I2c_SubInit(I2C1);
    I2c_SubInit(I2C2);

}

void I2c_SetSlaveAddr(I2C_T* i2c, uint8_t slave_addr)
{
    if (i2c == I2C1)
        i2c1_slave_addr = slave_addr;
    else if (i2c == I2C2)
        i2c2_slave_addr = slave_addr;
}

uint8_t I2c_WriteData(I2C_T* i2c, uint8_t *pBuffer, uint8_t len)
{
    uint16_t I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
    uint8_t i;
    uint8_t slave_addr;

if (i2c == I2C1)
    {
        slave_addr = i2c1_slave_addr;
    }
    else if (i2c == I2C2)
    {
        slave_addr = i2c2_slave_addr;
    }

while (I2C_ReadStatusFlag(I2C1, I2C_FLAG_BUSBSY) == SET)
  {
  I2c_SubInit(i2c);
//        I2c_Init();

if ((I2CTimeout--) == 0)
  {
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(4);
  }
  }

/* Send START condition */
  I2C_EnableGenerateStart(i2c);

I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))//EV5
  {
  if ((I2CTimeout--) == 0)
  { 
            I2c_SubInit(i2c);
            I2c_WriteData(i2c, pBuffer, len);
        
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(5);
  }
  }

/* Send address for write */
  I2C_Tx7BitAddress(i2c, slave_addr, I2C_DIRECTION_TX);

I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))//EV6
  {
  if ((I2CTimeout--) == 0)
  {
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(6);
  }
  }

/* While there is data to be written */
    for (i=0; i< len; i++)
    {
        I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

/* Send the current byte */
        I2C_TxData(i2c, pBuffer<i>);
    
        if (i < len-1)
        {
            while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING)) //EV8
            {
                if ((I2CTimeout--) == 0)
                {
                    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(8);
                }
            }        
        }
        else
        {
            while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)) //EV8-2
            {
                if ((I2CTimeout--) == 0)
                {
                    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(9);
                }
            }
        }
    }

if (len == 0)
    {
        I2C_TxData(i2c, 0xFF);
    }

I2C_EnableGenerateStop(i2c);

return 1;
}

uint8_t I2c_ReadData(I2C_T* i2c, uint8_t *pBuffer, uint8_t len)
{
    uint16_t I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
    uint8_t i;
    uint8_t slave_addr;

if (i2c == I2C1)
    {
        slave_addr = i2c1_slave_addr;
    }
    else if (i2c == I2C2)
    {
        slave_addr = i2c2_slave_addr;
    }

while (I2C_ReadStatusFlag(I2C1, I2C_FLAG_BUSBSY) == SET)
  {
  I2c_SubInit(i2c);

if ((I2CTimeout--) == 0)
  {
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);
  }
  }

/* Send START condition */
  I2C_EnableGenerateStart(i2c);

I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))//EV5
  {
  if ((I2CTimeout--) == 0)
  {
//            I2c_Init();
            I2c_SubInit(i2c);
            I2c_ReadData(i2c, pBuffer, len);
        
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(11);
  }
  }

/* Send address for write */
  I2C_Tx7BitAddress(i2c, slave_addr, I2C_DIRECTION_RX);

I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))//EV6
  {
  if ((I2CTimeout--) == 0)
  {
    return I2C_TIMEOUT_UserCallback(12);
  }
  }

/* While there is data to be written */
    for (i=0; i< len; i++)
    {
        I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
    
        while (!I2C_ReadEventStatus(i2c, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)) //EV8
        {
            if ((I2CTimeout--) == 0)
            {
                return I2C_TIMEOUT_UserCallback(13);
            }
        }
        /* receive the current byte */
        pBuffer<i> = I2C_RxData(i2c);

}
    I2C_EnableGenerateStop(i2c);

return 1;
}

```

## 2.3 主函数实现

```
  I2c_Init();
  while (1)
  {

Hs300x_StartSample();
        Delay(0xFFFFFF);
        Hs300x_ReadData();
        Delay(0xFFFFFF);

}
```

delay函数实现如下：

```
void Delay(uint32_t count)
{
  volatile uint32_t delay = count;

while (delay--);
}
```

# 3 试验结果

通过串口可以查看温湿度信息，同时也能收到I2C通信失败的信息。

从下图可以看出，偶尔还是会失败，但是正常驱动已经没什么大问题了，只是会浪费一些时间。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_710657" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=710657&handlekey=savephoto_710657">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 后记

我也不清楚这个问题是不是APM32F407上存在的，期望极海的工程师能够查一查这个问题，因为同样的传感器，在其他单片机上是没有这个问题的。有哪位小伙伴知道问题原因也可以分享分享，感谢感谢！！</div><script>					var loginstr = '<div class="locked">查看本帖全部内容，请<a href="javascript:;"   style="color:#e60000" class="loginf">登录</a>或者<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/member.php?mod=register_eeworld.php&action=wechat" style="color:#e60000" target="_blank">注册</a></div>';
					
					if(parseInt(discuz_uid)==0){
						
					}		</script><script type="text/javascript">(function(d,c){var a=d.createElement("script"),m=d.getElementsByTagName("script")[0],eewurl="//counter.eeworld.com.cn/pv/count/";a.src=eewurl+c;m.parentNode.insertBefore(a,m)})(document,523)</script>

火辣西米秀

偶尔还是会失败

这个与什么有关，与APM32F407本身控制有关？

hehung

火辣西米秀发表于 2023-7-2 09:39 偶尔还是会失败这个与什么有关，与APM32F407本身控制有关？

不清楚，官方提供的驱动代码中，IIC发送start信号之后需要判断发送成功，但是经常出现发送了start信号之后，等不到反馈导致超时

尹小舟

这个407有读的例程吗，没看到

hehung

尹小舟发表于 2023-7-4 15:19 这个407有读的例程吗，没看到

没有读的例程，是我根据写的例程改的

【极海APM32F407】9. 驱动HS3003读取温湿度数据 [复制链接]

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