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摘要： 本文基于 STM32L431VC 开发板，完整复现 SHT30 数字温湿度传感器的采集实验。文章首先介绍实验硬件平台与 SHT30 传感器的工作原理，重点剖析软件模拟 IIC 通信时序及温湿度数据换算公式；随后给出工程分层架构下 main.c、handle.c、sht30.c 三个模块的完整代码，涵盖系统初始化、1 秒周期采集、量程判断、LCD 显示与串口打印；最后总结实验现象，并展望智慧农业等场景下的项目拓展方向。

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：
在嵌入式、智慧农业、环境监测项目中，温湿度采集是最常见的基础功能。SHT30 是一款高精度 IIC 接口数字温湿度传感器，很多新手会对 IIC 时序、传感器原始数据换算、多设备协同显示感到困惑。本文基于 STM32L431VC 开发板，完整复现 SHT30 采集实验，带你从硬件原理、代码分层、实验现象到项目拓展完整走一遍嵌入式传感器开发流程。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、温湿度传感器原理

1.1 实验硬件平台
主控芯片：STM32L431VC 单片机
传感器：SHT30 数字温湿度传感器（IIC 通信）
外设：LCD 显示屏、串口调试助手、智慧农业扩展板
通信接口：IIC 总线、UART 串口
整体硬件架构：STM32 核心板作为主控，通过插座连接智慧农业扩展板挂载 SHT30 传感器；主控外接 LCD 屏幕用于本地可视化；通过 Type‑C 数据线连接 PC，串口把采集数据上传电脑。

二、工作原理剖析

2.1 SHT30 传感器原理
SHT30 是 IIC 接口数字温湿度传感器。单片机通过 IIC 总线向传感器下发测量指令，传感器完成测量后返回 16 位原始温度、湿度数据，附带 CRC 校验字节。单片机拿到原始采样值，对照官方手册公式，把原始数字量换算成真实环境温度（℃）与相对湿度（% RH）。
2.2 IIC 通信时序
本实验采用软件模拟 IIC 时序，完整通信流程：
发送 IIC 起始信号
发送传感器器件地址 + 读写位
等待从机应答 ACK
发送测量命令
等待测量完成，读取温度、湿度以及 CRC 校验字节
发送 IIC 停止信号
IIC 核心信号：起始信号、停止信号、应答信号、字节收发，是读懂 SHT30 驱动代码的关键。
2.3 数据换算公式
传感器返回的是 16 位原始采样值，不能直接当做温湿度使用，必须进行换算：
温度 = 175.0 * 原始温度值 / 65535.0 - 45.0
湿度 = 100.0 * 原始湿度值 / 65535.0

三、使用步骤

工程采用嵌入式分层设计，代码分为main.c、handle.c、sht30.c三个模块，模块职责相互解耦，逻辑清晰。

1.main.c 主函数入口

代码如下（示例）：

#include "stm32l4xx_hal.h"
#include "lcd.h"
#include "sht30.h"
#include "handle.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                     //HAL库底层初始化
    SystemClock_Config();           //系统时钟配置
    LCD_Display_Init();             //屏幕初始化显示
    uart_module_open(usart2, 115200);//串口初始化 波特率115200

    printf("\r\n\t温湿度检测实验\t\r\n");
    printf("----------------------------\r\n");
    printf("开始实验：\r\n\r\n");

    SHT30_GPIO_Init();              //SHT30传感器IIC引脚初始化
    printf("*** 温度传感器初始化\r\n");

    while(1)
    {
        Temp_Hum_Handle();          //调用温湿度采集处理函数
    }
}

//系统时钟初始化
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  //省略时钟寄存器配置代码
}

2.handle.c 业务逻辑层（采集、判断量程、LCD 显示、串口打印）

代码如下（示例）：

#include "sht30.h"
#include "lcd.h"
#include "stdio.h"

void LCD_Display_Init(void)
{
    LCD_Init();
    //填充底色、绘制标题、绘制温湿度图标
    LCD_Fill(0,0,lcdev.width,20,BLUE);
    Gui_StrCenter(0,2,BLUE,WHITE,"温湿度检测实验",24,1);
    LCD_draw_bmp(96,120,48,gImage_wenshi);  //绘制温湿度图标
}

void Temp_Hum_Handle(void)
{
    static float temp = 0;
    static float hum = 0;
    static char str[20];
    static uint32_t tickstart;

    //每1000ms采集一次
    if((HAL_GetTick() - tickstart) >= 1000)
    {
        tickstart = HAL_GetTick();
        SHT30_read_result(&temp,&hum);  //读取温湿度

        LCD_Fill(90,182,200,182+16*2,WHITE); //刷新显示区域

        //温度量程判断 SHT30:-0~55℃
        if(temp < 0.0f || temp > 55.0f)
        {
            sprintf(str,"Temperature:");
        }
        else
        {
            sprintf(str,"Temperature:%.1f℃",temp);
        }
        Show_Str(75,182,BLUE,WHITE,(uint8_t *)str,16,1);

        //湿度量程判断 20~90%RH
        if(hum < 20.0f || hum > 90.0f)
        {
            sprintf(str,"Humidity:");
        }
        else
        {
            sprintf(str,"Humidity:%.1f%%",hum);
        }
        Show_Str(90,198,BLUE,WHITE,(uint8_t *)str,16,1);

        //串口打印输出
        printf("*** 读取温湿度传感器数据\r\n");
        printf("*** Temperature:%.1f℃\r\n", temp);
        printf("*** Humidity:%.1f%%\r\n", hum);
    }
}

3.sht30.c 底层驱动：软件 IIC + SHT30 读取与数据换算

#include "sht30.h"

//IIC起始信号
static void SHT30_IIC_Start(void)
{
    SHT30_SDA_OUT();
    SHT30_SDA_Set();
    SHT30_SCLK_Set();
    delay_us(5);
    SHT30_SDA_Clr();
    delay_us(5);
    SHT30_SCLK_Clr();
}

//IIC停止信号
static void SHT30_IIC_Stop(void)
{
    SHT30_SDA_OUT();
    SHT30_SCLK_Clr();
    SHT30_SDA_Clr();
    delay_us(5);
    SHT30_SCLK_Set();
    SHT30_SDA_Set();
    delay_us(5);
}

//等待从机应答
static uint8_t IIC_wait_ACK(void)
{
	uint8_t ack_time=0;
	SHT30_SDA_IN();
	SHT30_SDA_Set();
	delay_us(2);
	SHT30_SCLK_Set();
	delay_us(2);
	while(SHT30_READ_SDA())
	{
		ack_time++;
		delay_us(10);
		if(ack_time>250)
		{
			SHT30_IIC_Stop();
			return ERROR;
		}
	}
	SHT30_SDA_Clr();
	return TURE;
}

//IIC发送1字节
void IIC_SendByte(uint8_t byte)
{
	uint8_t BitCnt;
	SHT30_SDA_OUT();
	SHT30_SCLK_Clr();
	for(BitCnt = 0; BitCnt < 8; BitCnt++)
	{
		if(byte & 0x80) { SHT30_SDA_Set(); }
		else { SHT30_SDA_Clr(); }
		byte <<= 1;
		delay_us(2);
		SHT30_SCLK_Set();
		delay_us(2);
		SHT30_SCLK_Clr();
		delay_us(2);
	}
}

//IIC读取1字节
uint8_t IIC_RcvByte(void)
{
	uint8_t BitCnt;
	uint8_t retc;
	retc = 0;
	SHT30_SDA_IN();
    //省略字节读取循环代码
	return retc;
}

/**
 * @brief 读取SHT30温湿度
 * @param *Temperature 温度浮点指针
 * @param *Humidity    湿度浮点指针
 */
void SHT30_read_result(float *Temperature,float *Humidity)
{
	uint16_t tem, hum;
	uint8_t buff[6];

	SHT30_IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x44 << 1 | write);	//SHT30器件地址写
	IIC_wait_ACK();
	IIC_SendByte(0x2C);					//测量命令高字节
	IIC_wait_ACK();
	IIC_SendByte(0x06);					//测量命令低字节
	IIC_wait_ACK();
	SHT30_IIC_Stop();

	delay_ms(50);	//等待传感器测量完成

	SHT30_IIC_Start();
	IIC_SendByte(0x44 << 1 | read);	//SHT30器件地址读
	if(IIC_wait_ACK() == 0)
	{
		buff[0] = IIC_RcvByte();
		IIC_ACK();
		buff[1] = IIC_RcvByte();
		IIC_ACK();
		buff[2] = IIC_RcvByte();	//温度CRC
		IIC_ACK();

		buff[3] = IIC_RcvByte();
		IIC_ACK();
		buff[4] = IIC_RcvByte();
		IIC_ACK();
		buff[5] = IIC_RcvByte();	//湿度CRC
		IIC_ACK();
		SHT30_IIC_Stop();
	}

	tem = (buff[0] << 8) + buff[1];	//拼接温度原始16位数据
	hum = (buff[3] << 8) + buff[4];	//拼接湿度原始16位数据

	//SHT30官方换算公式
	*Temperature = (175.0f * (float)tem / 65535.0f - 45.0f);
	*Humidity    = (100.0f * (float)hum / 65535.0f);
}

四、实验现象与结果分析

4.1 LCD 屏幕显示效果

程序上电后，LCD 屏幕首先显示蓝色标题栏「温湿度检测实验」，并绘制温湿度图标。进入主循环后，Temp_Hum_Handle() 每 1000ms 采集一次温湿度数据，并在屏幕固定区域刷新显示：

  • 温度显示在屏幕左侧，格式为 Temperature:24.9℃；
  • 湿度显示在温度下方，格式为 Humidity:73.6%；
  • 每次刷新前会先以白色填充显示区域，避免新旧数据叠加产生残影。

实际运行中，用手靠近传感器时，温度数值会缓慢上升，湿度数值随之变化；移开后数值逐渐回落，屏幕数据与真实环境变化保持同步，刷新节奏稳定，无卡顿或闪烁现象。

4.2 串口调试助手输出效果

通过 Type‑C 数据线连接 PC，打开串口调试助手（波特率 115200），上电后可看到如下输出：

	温湿度检测实验	
----------------------------
开始实验：

*** 温度传感器初始化
*** 读取温湿度传感器数据
*** Temperature:24.9℃
*** Humidity:73.6%

串口每 1 秒输出一组温湿度数据，与 LCD 屏幕显示完全一致，实现了本地可视化与上位机监控的双重数据输出，便于远程观察与数据记录。

总结

本实验基于 STM32L431VC 单片机平台，使用软件模拟 IIC 时序驱动 SHT30 数字温湿度传感器，工程采用分层代码架构，main.c 负责 HAL 库、系统时钟、LCD、串口、SHT30 引脚等硬件初始化，循环调用业务处理函数；handle.c 实现 1 秒周期采集控制、温湿度量程判断、sprintf 字符串格式化，完成 LCD 屏幕界面刷新显示以及 printf 串口数据输出；sht30.c 实现 IIC 起始、停止、收发字节、等待应答底层时序，调用 SHT30_read_result 函数下发测量命令，读取包含 CRC 位的 6 字节传感器返回数据，拼接高低字节得到 16 位原始采样值，再通过官方公式温度=175.0原始值/65535.0‑45.0、湿度=100.0原始值/65535.0换算出实际温湿度，最终实现 LCD 本地可视化与串口调试助手双重数据输出，屏幕和串口数据保持同步更新；本实验基于 STM32L431VC 单片机平台，使用软件模拟 IIC 时序驱动 SHT30 数字温湿度传感器，工程采用分层代码架构，main.c 负责 HAL 库、系统时钟、LCD、串口、SHT30 引脚等硬件初始化，循环调用业务处理函数；handle.c 实现 1 秒周期采集控制、温湿度量程判断、sprintf 字符串格式化，完成 LCD 屏幕界面刷新显示以及 printf 串口数据输出；sht30.c 实现 IIC 起始、停止、收发字节、等待应答底层时序，调用 SHT30_read_result 函数下发测量命令，读取包含 CRC 位的 6 字节传感器返回数据，拼接高低字节得到 16 位原始采样值，再通过官方公式温度=175.0原始值/65535.0‑45.0、湿度=100.0原始值/65535.0换算出实际温湿度，最终实现 LCD 本地可视化与串口调试助手双重数据输出，屏幕和串口数据保持同步更新；

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