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一.I2C協議

一.I2C協議

協議詳解

1.1 I2C總線特徵

I2C主要靠2根線來控制，一根是SDA（串行數據線），一根是SCL（串行時鐘線），通過對SCL和SDA線電平高低的控制，來產生I2C總線協議所需要的信號進行數據傳遞。空閒時，兩根線一般被接上上拉電阻拉高，保持高電平。

1.2 I2C總線特徵

I2C總線上分爲主設備與從設備，而且每一個設備都會對應一個唯一的地址，通常爲7位，最後一位用來作爲傳輸方向的標緻，主從設備就通過地址來確定通訊雙方。

在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作爲主設備，把掛接在總線上的其他設備都作爲從設備。

1.3 I2C總線協議

I2C協議規定，總線上數據的傳輸必須以一個其實信號作爲開始條件，以一個結束信號作爲傳輸的停止條件。這些信號有主設備控制產生。

起始條件
總線處於空閒時，SCL與SDA均保持高電平，在此狀態下，SDA線由高電平轉爲低電平，表示產生了一個起始信號
結束信號
當SCL爲高而SDA由低到高跳變，則表示產生了一個結束信號

數據傳輸原理：

主設備在SCL線上產生每個時鐘脈衝的過程中將在SDA線上傳輸一個數據位，當一個字節按數據位從高位到低位的順序傳輸完後，緊接着從設備將拉低SDA線，回傳給主設備一個應答位，此時才認爲一個字節真正的被傳輸完成。當然，並不是所有的字節傳輸都必須有一個應答位，比如：當從設備不能再接收主設備發送的數據時，從設備將回傳一個否定應答位。

從上圖可知
1.SCL爲高，SDA由高跳變爲低，表示起始條件；
2.SCL沒產生一個時鐘信號，SDA上傳遞1個位的數據；
3.傳輸完一個字節後，由從設備拉低SDA，回傳給主設備一個ACK才能表示這一字節傳輸完成；
4.SCL爲高，SDA由低跳變爲高，表示主設備結束對總線的控制，總線重新處於空閒狀態。

按地址傳輸：

I2C總線上的每一個設備都對應一個唯一的地址，主從設備之間的數據傳輸是建立在地址的基礎上，也就是說，主設備在傳輸有效數據之前要先指定從設備的地址，地址指定的過程和上面數據傳輸的過程一樣，只不過大多數從設備的地址是7位的，然後協議規定再給地址添加一個最低位用來表示接下來數據傳輸的方向，0表示主設備向從設備寫數據，1表示主設備向從設備讀數據。

1.起始條件結束後，前7個位爲從設備地址，第8個位用作傳輸方向的標緻，即主設備 --> 從設備或者從設備 --> 主設備；
2.每傳輸完一個字節，都需要從設備回傳一個ACK位；
3.傳輸結束。

1.4 常見的幾種傳輸

主從設備數據的傳輸，是通過讀寫文件描述符的方式展開的，下面是3種讀寫操作：

主設備向從設備寫數據
主設備從從設備中讀數據
主設備往從設備中寫數據，然後重啓起始條件，緊接着從從設備中讀取數據；或者是主設備從從設備中讀數據，然後重啓起始條件，緊接着主設備往從設備中寫數據

二. sht2x溫溼度傳感器模塊

用戶手冊：Users Guide SHT20
SHT20是使用標準I2C接口的溫溼度傳感器，通過sht20的datasheet我們可以瞭解很多信息，例如：

1111 1110是16進制的0xFE，當使用這個模塊前，需要給從設備寫入這個十六進制數，從而在不重啓電源的情況下讓sht20傳感器重啓並初始化各項指標。
又如：

向從設備發送 1110 0011 表示溫度測量命令，1110 0101 表示溼度測量命令，前面的1110表示主機模式，而我們應該將命令改爲：1111 0011 與 1111 0101 代表非主機模式
只要區別是主機模式時，SCL線被封鎖，有傳感器進行控制，非主機模式的SCL線處於開放狀態，可進行其他通信.
詳細請參考sht20用戶手冊。

三. 基於樹莓派的溫溼度傳感器的應用

3.1 使能i2c驅動

sudo raspi-config

重啓樹莓派才能生效。

3.2 接線

前面提到，I2C總線上的每個設備都有自己的地址，用下面命令可查看地址：

pi@raspberrypi:~ $  sudo i2cdetect -y 1 
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --

可以看到，我的sht20傳感器位於0x40這個地址上
接下來就是獲取溫溼度的代碼了：

3.3 C代碼

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2020 Xiao yang IoT System Studio
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  sht20.c
 *    Description:  獲取溫溼度 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(06/20/2020)
 *         Author:  Lu Xiaoyang <[email protected]>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "06/20/2020 09:06:49 AM"
 *                 
 ********************************************************************************/
#include <stdio.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/ioctl.h> 
#include <linux/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <linux/i2c.h> 
#include <linux/i2c-dev.h> 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h> 
#include <string.h> 
#include <stdint.h> 
#include <time.h> 
#include <errno.h> 
#include <string.h>
#define SOFTRESET                        0xFE 
#define TRIGGER_TEMPERATURE_NO_HOLD      0xF3   //監測溫度
#define TRIGGER_HUMIDITY_NO_HOLD         0xF5   //監測溼度
//#define I2C_API_IOCTL  /* Use I2C userspace driver ioctl API */
 #define I2C_API_RDWR /* Use I2C userspace driver read/write API */
 
static inline void msleep(unsigned long ms); 
static inline void dump_buf(const char *prompt, uint8_t *buf, int size); 
int sht2x_init(void); int sht2x_softreset(int fd); 
int sht2x_get_serialnumber(int fd, uint8_t *serialnumber, int size); 
int sht2x_get_temp_humidity(int fd, float *temp, float *rh); 

int main(int argc, char **argv) 
{        
        int          fd;        
        float        temp;        
        float        rh;        
        uint8_t      serialnumber[8];
        fd = sht2x_init();     
           
        if(fd < 0)        
        {                
                 printf("SHT2x initialize failure\n");                
                 return 1;        
        }
        if( sht2x_softreset(fd) < 0 )        
        {                
                 printf("SHT2x softreset failure\n");                
                 return 2;        
        }
        
        if( sht2x_get_serialnumber(fd, serialnumber, 8) < 0)        
        {
                printf("SHT2x get serial number failure\n");                
                return 3;        
        }
        if( sht2x_get_temp_humidity(fd, &temp, &rh) < 0 )        
        {                
                printf("SHT2x get get temperature and relative humidity failure\n");                
                return 3;        
        }
        
        printf("Temperature=%lf ℃ relative humidity=%lf%\n", temp, rh);
        
        close(fd); 
 }
 
static inline void msleep(unsigned long ms) 
{        
        struct timespec cSleep;        
        unsigned long ulTmp;               
        cSleep.tv_sec = ms / 1000;  
              
        if (cSleep.tv_sec == 0)        
        {                   
                ulTmp = ms * 10000;                
                cSleep.tv_nsec = ulTmp * 100;        
        }           
        else        
        {                   
                cSleep.tv_nsec = 0;        
        }   
        nanosleep(&cSleep, 0); 
}

static inline void dump_buf(const char *prompt, uint8_t *buf, int size) 
{        
        int          i;
        if( !buf )        
        {                
                return ;        
        }
        if( prompt )        
        {                
                printf("%s ", prompt);        
        }
        for(i=0; i<size; i++)        
        {                
                 printf("%02x ", buf[i]);        
        }        
        printf("\n");
        return ; 
}

int sht2x_init(void) 
{        
        int     fd;
        if( (fd=open("/dev/i2c-1", O_RDWR)) < 0)        
        {                
                printf("i2c device open failed: %s\n", strerror(errno));                
                return -1;        
        }
        /* set I2C mode and SHT2x slave address */        
        ioctl(fd, I2C_TENBIT, 0);    /* Not 10-bit but 7-bit mode */
        ioctl(fd, I2C_SLAVE, 0x40); /* 我的sht20設備地址 */
        return fd; 
}

/* 初始化設備 */
int sht2x_softreset(int fd) 
{        
        uint8_t           buf[4];
        if( fd<0 )        
        {                
                printf("%s line [%d] %s() get invalid input arguments\n", __FILE__, __LINE__, __func__ ); 
                return -1;        
        }
        /* software reset SHT2x */        
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        buf[0] = SOFTRESET;        
        write(fd, buf, 1);
        msleep(50);
        
        return 0; 
}

int sht2x_get_temp_humidity(int fd, float *temp, float *rh) 
{        
        uint8_t           buf[4];
        if( fd<0 || !temp || !rh )        
        {                
                printf("%s line [%d] %s() get invalid input arguments\n", __FILE__, __LINE__, __func__ );                   
                return -1;        
        }
        /* send trigger temperature measure command and read the data */        
        memset(buf, 0, sizeof(buf));        
        buf[0]=TRIGGER_TEMPERATURE_NO_HOLD;          
        write(fd, buf, 1);  //發送監測溫度命令
        
        msleep(85); /* datasheet: typ=66, max=85 */
        memset(buf, 0, sizeof(buf));        
        read(fd, buf, 3);  //讀取溫度  
        dump_buf("Temperature sample data: ", buf, 3);        
        *temp = 175.72 * (((((int) buf[0]) << 8) + buf[1]) / 65536.0) - 46.85;
        
        /* send trigger humidity measure command and read the data */       
         memset(buf, 0, sizeof(buf));        
         buf[0] = TRIGGER_HUMIDITY_NO_HOLD;        
         write(fd, buf, 1);  //發送溼度監測命令
         msleep(29); /* datasheet: typ=22, max=29 */        
         memset(buf, 0, sizeof(buf));
         read(fd, buf, 3);        
         dump_buf("Relative humidity sample data: ", buf, 3);        
         *rh = 125 * (((((int) buf[0]) << 8) + buf[1]) / 65536.0) - 6;
         
        return 0; 
}

3.4 運行實現

sht20溫溼度傳感器獲取數據的方式與ds18b20溫度傳感器有着很大的差別，一個是通過I2C協議通訊的到相關信息，而後者則是通過一線協議在文件中讀取，較爲簡單。

基於樹莓派的sht20溫溼度傳感器應用（c語言）

文章目錄

一.I2C協議

1.1 I2C總線特徵

1.2 I2C總線特徵

1.3 I2C總線協議

1.4 常見的幾種傳輸

二. sht2x溫溼度傳感器模塊

三. 基於樹莓派的溫溼度傳感器的應用

3.1 使能i2c驅動

3.2 接線

3.3 C代碼

3.4 運行實現

開源高性能結構化日誌模塊NanoLog

杭州的 IT 崩盤了麼？

【簡寫Mybatis-02】註冊機的實現以及SqlSession處理

手繪二維碼

.NET藉助虛擬網卡實現一個簡單異地組網工具

Linux樹莓派串口通信編程 —— C語言實現AT指令集的發送與接收

AT指令集超詳細解析（內含EC20模塊datasheet）

串口通信知識總結

數據結構與算法 —— 樹（相關知識回顧）

基於樹莓派的sht20溫溼度傳感器應用（c語言）

Mac下配置sublime實現LaTeX

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結