鸿蒙嵌入式系统开发原理与实战 课件 第8章 环境数据采集

第8章环境数据采集学习完本课程后，您将能够：了解I2C总线接口；掌握LiteOS-m的环境光传感器采集技术；掌握LiteOS-m的热释电红外传感技术；掌握LiteOS-m的温度采集传感技术。

环境数据采集需要使用各种传感器来完成，常用的传感器包括环境光传感器、热释电红外传感器、温湿度传感器等。本章选取OpenHarmony嵌入式开发中较典型的几种传感器进行介绍，这些传感器信号主要通过I2C总线接口或GPIO接口进行传输。GPIO接口已经在第5章作过介绍，这里主要介绍I2C总线接口。I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

I2C总线接口

I2C总线是Philips公司推出的一种串行总线，用于连接嵌入式系统内核及其外设。I2C总线由两根双向信号线组成：数据线SDA和时钟线SCL。与I2C总线相连器件的数据线都连接到SDA，各器件的时钟线都连接到SCL。

I2C总线接口

I2C总线的特点：2线制采用SDA和SCL2线制，器件所需引脚少，连接简单，电路体积小、可靠性高。速率高标准模式传输速率为100kbps，快速模式为400kbps，高速模式可达到3.4Mbps。主/从和多主两种工作模式如果嵌入式内核没有I2C总线接口，可通过IO口模拟I2C协议，则可以工作单主模式，与之连接的扩展器件配置为从模式；如果嵌入式内核集成了I2C总线接口，则可工作在多主模式或单主模式。I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

I2C总线接口相关API

基于LiteOS-m内核的I2C接口文件的相关声明位于路径device/hisilicon/hispark_pegasus/sdk_liteos/include的文件夹中，其中hi_i2c.h就是I2C声明文件。下面对相关的API进行分析。（1）hi_u32hi_i2c_set_baudrate(hi_i2c_idxid,hi_u32baudrate)hi_i2c_set_baudrate函数的作用是设置对应的I2C的波特率，该函数拥有两个参数，第一个参数id为要设置的I2C索引，第二个参数baudrate为要设置的波特率。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码，详情可看hi_errno.h。I2C总线接口相关API

（2）hi_u32hi_i2c_writeread(hi_i2c_idxid,hi_u16device_addr,consthi_i2c_data*i2c_data)hi_i2c_writeread函数的作用是I2C发送与接收数据，该函数拥有三个参数，第一个参数id为I2C的索引，第二个参数device_addr为传感器的设备地址，第三个参数为发送和接收的数据。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。（3）hi_u32hi_i2c_write(hi_i2c_idxid,hi_u16device_addr,consthi_i2c_data*i2c_data)hi_i2c_write函数的作用是I2C发送数据，该函数拥有三个参数，第一个参数id为I2C的索引，第二个参数device_addr为传感器的设备地址，第三个参数i2c_data为要发送的数据。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。I2C总线接口相关API

（4）hi_u32hi_i2c_read(hi_i2c_idxid,hi_u16device_addr,consthi_i2c_data*i2c_data)hi_i2c_read函数的作用是I2C接收数据，该函数拥三个参数，第一个参数id为I2C的索引，第二个参数device_addr为传感器的设备地址，第三个参数i2c_data为接收到的数据。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。（5）hi_u32hi_i2c_init(hi_i2c_idxid,hi_u32baudrate)hi_i2c_init函数的作用是初始化I2C，该函数有两个参数，第一个参数id为I2C的引索，第二个参数baudrate为波特率。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。I2C总线接口相关API

（6）hi_u32hi_i2c_deinit(hi_i2c_idxid)hi_i2c_deinit函数的作用是去I2C的初始化，该函数只有一个参数id，为要去初始化的I2C的索引。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。（7）hi_voidhi_i2c_register_reset_bus_func(hi_i2c_idxid,hi_i2c_funcpfn)hi_i2c_register_reset_bus_func函数的作用注册I2C的回调函数，该函数拥有两个参数，第一个参数id为I2C的索引，第二个参数pfn为回调函数。函数运行成功返回0，运行失败则返回其他代码。I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

启用I2C功能

OpenHarmony的I2C功能默认是禁用的，可以修改/device/hisilicon/hispark_Pegasus/sdk_liteos/build/config/usr_config.mk文件开启配置。I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

环境光传感器BH1750

环境光传感器通过实时感知环境光照强度，为各类智能设备提供自适应调节能力。BH1750是一款基于I²C通信的数字式环境光传感器，其内部集成光电二极管、信号放大电路及16位ADC，可直接输出以勒克斯（lx）为单位的数字光照度值，无需外接分压电阻或电压计算流程。该传感器适用于自动背光调节、节能控制、植物生长监测及气象站等场景，通过光学设计逼近人眼视觉响应（Vλ曲线），实现即插即用。引脚名称描述1VCC供给电压3~5V2ADDRI2C地址引脚3GND电源地4SDAI2C总线数据线5DVISDA和SCL的参考电压6SCLI2C总线时钟线环境光传感器BH1750

I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

开发示例——光照强度采集

BH1750原理图开发示例——光照强度采集

智慧农业模块扩展接口开发示例——光照强度采集

主控板扩展接口开发示例——光照强度采集

程序代码开发示例——光照强度采集

I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

热释电红外传感器D203B

热释电红外传感器凭借其非接触式人体/动物移动检测能力，在安防、智能家居、自动控制等领域应用广泛。D203B是一款被动式（PIR）热释电红外传感器，专为检测人体或动物的移动红外辐射设计。其核心采用双元敏感元件，通过感知环境温度突变触发信号，广泛应用于安防报警、自动照明、节能控制等领域。传感器工作时，当人或动物进入探测范围，D203B的OUT端会产生高电平脉冲；通过将Hi3861的GPIO引脚配置为中断模式并直接读取此电平状态，可实时触发边沿中断，从而实现人体或动物靠近的即时判断。引脚名称功能1OUT信号输出2GND电源地3VCC电源（3~15VDC）I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

开发示例——热释电红外传感器感应报警

本示例实现一个热释电红外传感器探测人或动物的报警系统，当人或动物靠近传感器时，通过蜂鸣器发出报警音。开发示例——热释电红外传感器感应报警

电路原理图开发示例——热释电红外传感器感应报警

电路原理图开发示例——热释电红外传感器感应报警

程序代码开发示例——热释电红外传感器感应报警

系统启动后，串口输出初始化信息后，显示“INFRAREDTaskstart”开始等待热释电红外传感器感应中断，当人体靠近热释电红外传感器，蜂鸣器会发出报警声。I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API启用I2C功能环境光传感器环境光传感器BH1750开发示例——光照强度采集热释电红外传感器热释电红外传感器D203B开发示例——热释电红外传感器感应报警温湿度采集传感器温湿度采集传感器SHT30开发示例——获取环境温湿度

温湿度采集传感器SHT30

温湿度采集传感器可以采集环境的温度和湿度，作为环境感知的核心元件，其应用已深度融入城市环境监控、智能楼宇、智慧农业等领域。本节以SHT30温湿度采集传感器为例介绍相关开发技术。SHT30是业内知名的瑞士Sensirion公司推出的新一代温湿度传感器芯片。得益于Sensirion的CMOSens®技术，高集成度电容式测湿元件和能隙式测温元件，SHT30能够提供极高的可靠性和长期稳定性，具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。传感器内部经过校准、线性化与放大，能够输出与温湿度呈线性关系的模拟电压，无需额外的驱动库，使用简单方便，兼容常见的Arduino、micro:bit、ESP32等各类3.3V/5V主控系统。温湿度采集传感器SHT30

引脚名称描述1SDAI²C数据线（开漏输出）2SCLI²C时钟线（开漏输出）3ADDR地址选择4ALERT阈值超限中断输出5,6GND电源地7,8VDD电源(2.4~5.5V)温湿度采集传感器SHT30

I2C总线接口介绍I2C总线接口I2C总线接口相关API