STM32单片机传感器接口：连接温度、湿度和压力传感器，感知世界

# 1. STM32单片机传感器接口简介**

传感器是将物理量转换成电信号的装置，在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。STM32单片机集成了丰富的传感器接口，可以方便地连接各种传感器。

本章将介绍STM32单片机常用的传感器接口，包括ADC、SPI、I2C等，并分析这些接口的特性和应用场景。通过对传感器接口的深入理解，开发者可以高效地设计和开发基于STM32单片机的传感器应用。

# 2. 温度传感器接口与应用**

**2.1 温度传感器类型与选型**

温度传感器是将温度变化转换为电信号的器件，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。根据传感原理的不同，温度传感器主要分为以下三类：

**2.1.1 热敏电阻**

热敏电阻是一种温度敏感电阻，其电阻值随温度变化而变化。热敏电阻具有灵敏度高、响应时间快等优点，但线性度较差，需要进行非线性校正。

**2.1.2 热电偶**

热电偶是由两种不同金属材料连接而成，当两端温度不同时，会产生热电势。热电偶具有耐高温、抗腐蚀等优点，但灵敏度较低，需要使用放大器进行信号放大。

**2.1.3 数字温度传感器**

数字温度传感器采用数字输出，其内部集成了温度传感器和模数转换器，输出数字信号直接与微控制器相连。数字温度传感器具有精度高、线性度好等优点，但成本相对较高。

**2.2 STM32温度传感器接口配置**

STM32单片机提供了多种接口用于连接温度传感器，包括ADC接口和SPI接口。

**2.2.1 ADC接口**

ADC接口是STM32单片机常用的温度传感器接口。通过ADC接口，可以将模拟温度信号转换为数字信号。ADC接口的配置主要包括：

* **通道选择：**选择与温度传感器相连的ADC通道。
* **采样时间：**设置ADC采样时间，以保证采样数据的准确性。
* **参考电压：**设置ADC参考电压，以确定ADC输出数字信号的范围。

**2.2.2 SPI接口**

SPI接口是一种高速串行通信接口。通过SPI接口，可以与数字温度传感器进行通信，读取温度数据。SPI接口的配置主要包括：

* **时钟极性：**设置SPI时钟极性，以匹配温度传感器的时钟要求。
* **时钟相位：**设置SPI时钟相位，以匹配温度传感器的时钟要求。
* **数据位宽：**设置SPI数据位宽，以匹配温度传感器的通信要求。

**2.3 温度传感器数据处理与应用**

从温度传感器获取的原始数据需要进行处理，才能得到准确的温度值。温度传感器数据处理主要包括：

* **非线性校正：**对于热敏电阻等非线性温度传感器，需要进行非线性校正，以提高测量精度。
* **温度转换：**将原始数据转换为温度值。不同的温度传感器具有不同的温度转换公式。
* **滤波：**对温度数据进行滤波，以去除噪声和干扰。

温度传感器在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。常见的应用场景包括：

* **环境温度监测：**监测室内外环境温度，为空调、暖气等设备提供控制依据。
* **工业温度控制：**监测工业设备的温度，防止过热或过冷，保证设备正常运行。
* **医疗体温测量：**测量人体体温，用于疾病诊断和治疗。

# 3. 湿度传感器接口与应用

### 3.1 湿度传感器类型与选型

湿度传感器用于测量环境中的湿度水平。它们广泛应用于各种领域，包括气象学、工业控制、医疗保健和农业。湿度传感器有两种主要类型：

- **电容式湿度传感器：**利用电容器电容随湿度变化的特性来测量湿度。电容器由两个导电板组成，之间有一个介电层。当湿度增加时，介电层吸收水分，导致电容值增加。
- **电阻式湿度传感器：**利用电阻随湿度变化的特性来测量湿度。电阻式湿度传感器通常由吸湿性材料制成，例如聚酰亚胺或陶瓷。当湿度增加时，材料吸收水分，导致电阻值减小。

在选择湿度传感器时，需要考虑以下因素：

- **测量范围：**湿度传感器的测量范围应涵盖预期的湿度水平。
- **精度：**湿度传感器的精度表示其测量值的准确性。
- **响应时间：**湿度传感器的响应时间表示其对湿度变化的响应速度。
- **稳定性：**湿度传感器的稳定性表示其在一段时间内保持测量值准确性的能力。
- **成本：**湿度传感器的成本也是一个重要的考虑因素。

### 3.2 STM32湿度传感器接口配置

STM32微控制器支持多种湿度传感器接口，包括 I2C 和 ADC。

#### 3.2.1 I2C接口

I2C是一种串行通信协议，用于连接多个设备。它使用两条线：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。

**连接：**

- 将湿度传感器的 SDA 引脚连接到 STM32 的 SDA 引脚。
- 将湿度传感器的 SCL 引脚连接到 STM32 的 SCL 引脚。
- 将湿度传感器的 VCC 引脚连接到 STM32 的 3.3V 电源。
- 将湿度传感器的 GND 引脚连接到 STM32 的 GND。

**配置：**

#include <stm32f1xx_hal.h>
#include <i2c.h>

I2C_HandleTypeDef hi2c;

void I2C_Init(void)
{
  hi2c.Instance = I2C1;
  hi2c.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  HAL_I2C_Init(&hi2c);
}

void I2C_Write(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t data)
{
  HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c, addr, &reg, 1, HAL_MAX_DELAY);
  HAL_I2