手把手教你用STM32F103C8T6（正点原子mini板）驱动SHT31温湿度传感器（附完整工程）
从零玩转STM32F103C8T6与SHT31温湿度传感器实战指南
当你第一次拿到正点原子Mini开发板和SHT31传感器时，是否曾被密密麻麻的引脚和陌生的术语吓退？别担心，这篇文章将用最接地气的方式，带你完成从硬件连接到数据采集的全过程。不同于市面上那些只给代码不解释原理的教程，我会把每个操作背后的"为什么"都讲清楚，让你真正掌握而不是简单复制。
我清楚地记得自己第一次尝试连接I2C设备时的挫败感——接线看似简单，但就是读不出数据。经过多次调试才发现是上拉电阻的问题。这种"坑"我都会在文中特别标注，帮你节省宝贵的调试时间。无论你是电子爱好者还是物联网开发者，这篇指南都能让你在2小时内看到温湿度数据从串口输出的成就感。
1. 硬件准备与环境搭建
1.1 物料清单与引脚分配
在开始前，请确保准备好以下材料：
- 正点原子MiniSTM32开发板（主控STM32F103C8T6）
- SHT31温湿度传感器模块（建议选择带电平转换的3.3V版本）
- 杜邦线若干（建议使用不同颜色区分功能）
- USB转TTL串口模块（用于调试输出）
- Keil MDK开发环境（已安装STM32支持包）
注意：市面上SHT31模块有5V和3.3V两种版本，务必确认你的模块支持3.3V电平，否则可能损坏STM32芯片。
SHT31与STM32的连接关系如下表所示：
| SHT31引脚 | STM32引脚 | 功能说明 |
|---|---|---|
| VCC | 3.3V | 电源正极 |
| GND | GND | 电源地 |
| SCL | PC12 | I2C时钟线 |
| SDA | PC11 | I2C数据线 |
1.2 开发环境配置
如果你尚未安装Keil MDK，请按以下步骤操作：
- 下载并安装Keil MDK-ARM最新版本
- 安装STM32F1系列设备支持包
- 获取正点原子标准库（通常随开发板资料提供）
- 配置工程模板（后续章节会详细说明）
# 检查ST-Link驱动是否安装成功 lsusb | grep STM2. 工程创建与基础配置
2.1 新建Keil工程
启动Keil MDK，选择Project → New μVision Project，命名为"SHT31_Demo"。在设备选择窗口中，找到"STMicroelectronics"下的"STM32F103C8"并确认。
关键配置步骤如下：
在"Manage Run-Time Environment"中勾选：
- CMSIS → CORE
- Device → Startup
- STM32F1xx_StdPeriph_Driver → Framework
添加正点原子提供的系统文件（如sys.c、delay.c等）
配置目标选项：
- Target → 勾选"Use MicroLIB"（简化串口打印）
- Output → 勾选"Create HEX File"
- C/C++ → 在"Define"中添加"STM32F10X_MD"
2.2 I2C外设初始化
在i2c.c中添加以下初始化代码：
#include "stm32f10x.h" void I2C_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure; // 使能时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE); // 配置PC11(SDA), PC12(SCL)为复用开漏输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); // I2C参数配置 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00; // 主机模式设为0 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000; // 100kHz标准模式 I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure); I2C_Cmd(I2C2, ENABLE); }3. SHT31驱动实现
3.1 传感器通信协议解析
SHT31采用标准I2C协议，设备地址有0x44和0x45两种（由ADDR引脚决定）。常用命令包括：
- 单次测量高精度模式：0x2C06
- 单次测量中精度模式：0x2C0D
- 单次测量低精度模式：0x2C10
- 读取状态寄存器：0xF32D
数据格式为：
- 温度：
(175 * raw_value / 65535) - 45（单位℃） - 湿度：
(100 * raw_value / 65535)（单位%RH）
3.2 核心驱动函数编写
在sht31.c中实现以下关键函数：
#define SHT31_ADDR 0x44 // 默认I2C地址 uint8_t SHT31_ReadStatus(void) { uint8_t cmd[2] = {0xF3, 0x2D}; uint8_t status[2]; I2C_WriteBytes(I2C2, SHT31_ADDR, cmd, 2); I2C_ReadBytes(I2C2, SHT31_ADDR, status, 2); return (status[0] << 8) | status[1]; } void SHT31_StartMeasurement(void) { uint8_t cmd[2] = {0x2C, 0x06}; // 高精度模式 I2C_WriteBytes(I2C2, SHT31_ADDR, cmd, 2); delay_ms(20); // 等待测量完成 }3.3 数据读取与处理
实现温湿度数据读取函数：
typedef struct { float temperature; float humidity; } SHT31_Data; SHT31_Data SHT31_ReadData(void) { uint8_t data[6]; uint16_t temp_raw, humi_raw; SHT31_Data result; // 读取6字节数据（温度高/低/CRC，湿度高/低/CRC） I2C_ReadBytes(I2C2, SHT31_ADDR, data, 6); // 跳过CRC校验（实际产品中建议实现） temp_raw = (data[0] << 8) | data[1]; humi_raw = (data[3] << 8) | data[4]; // 数据转换 result.temperature = (175.0f * temp_raw / 65535.0f) - 45.0f; result.humidity = 100.0f * humi_raw / 65535.0f; return result; }4. 系统集成与调试
4.1 主程序逻辑实现
在main.c中构建主循环：
#include "stdio.h" #include "sht31.h" int main(void) { SHT31_Data sensor_data; // 初始化系统时钟、延时、串口、I2C等 SystemInit(); delay_init(); USART1_Init(115200); I2C_Configuration(); printf("SHT31 Demo Start\r\n"); while(1) { SHT31_StartMeasurement(); sensor_data = SHT31_ReadData(); printf("Temp: %.2fC, Humi: %.2f%%\r\n", sensor_data.temperature, sensor_data.humidity); delay_ms(2000); // 每2秒采集一次 } }4.2 常见问题排查
当遇到数据读取失败时，建议按以下步骤检查：
电源问题：
- 测量VCC与GND之间是否为稳定的3.3V
- 检查所有GND是否共地
信号问题：
- 用示波器观察SCL/SDA波形
- 确认上拉电阻（通常4.7kΩ）已正确连接
软件问题：
- 检查I2C时钟配置是否正确
- 验证设备地址是否匹配硬件设置
- 确保时序符合SHT31规格书要求
提示：如果使用杜邦线连接，尽量缩短线长（<20cm），过长可能导致信号完整性问题。
5. 进阶优化与扩展
5.1 低功耗设计
对于电池供电应用，可以启用SHT31的周期性测量模式：
void SHT31_StartPeriodicMeasurement(uint8_t mps) { uint8_t cmd[2]; // mps: 测量每秒次数 (0.5,1,2,4,10) switch(mps) { case 10: cmd[0]=0x27; cmd[1]=0x37; break; case 4: cmd[0]=0x22; cmd[1]=0x36; break; case 2: cmd[0]=0x21; cmd[1]=0x30; break; case 1: cmd[0]=0x20; cmd[1]=0x32; break; default: cmd[0]=0x20; cmd[1]=0x2F; // 0.5mps } I2C_WriteBytes(I2C2, SHT31_ADDR, cmd, 2); }5.2 数据校准与滤波
在实际环境中，可以添加简单的滑动平均滤波：
#define FILTER_SIZE 5 typedef struct { float buffer[FILTER_SIZE]; uint8_t index; } Filter; float filter_AddValue(Filter* f, float value) { f->buffer[f->index] = value; f->index = (f->index + 1) % FILTER_SIZE; float sum = 0; for(int i=0; i<FILTER_SIZE; i++) { sum += f->buffer[i]; } return sum / FILTER_SIZE; }5.3 多传感器组网
通过修改I2C地址，可以连接多个SHT31传感器：
void SHT31_SetAddress(uint8_t addr_pin_state) { // addr_pin_state: 0=接地(0x44), 1=接VCC(0x45) global_sht31_addr = addr_pin_state ? 0x45 : 0x44; }最后分享一个实际项目中的经验：当环境温度变化剧烈时，SHT31的湿度读数可能会出现短暂波动。这种情况下，适当增加采样间隔或采用更复杂的滤波算法会显著改善数据稳定性。