目录

1 概述

2 HDC1000应用原理

2.1 HDC1000传感器工作原理

2.1.1 工作模式

2.1.2 典型应用场景

2.2 硬件设计

2.3 软件设计

2.3.1 IIC从机地址

2.3.2 IIC时序

2.3.3 温湿度值结果转换

3 HDC1000软件包功能设计

3.1 HDC1000软件包功能简介

3.2 HDC1000软件包功能实现

3.2.1 HDC1000软件包的依赖

3.2.2 HDC1000软件包的主要实现文件

3.3 HDC1000软件包使用

3.3.1 Finsh/Msh命令窗口

3.3.2 应用程序调用

4  RT-Thread HDC1000软件包索引制作与发布

4.1 建立git代码仓库

4.1.1 使用工具

4.1.2 创建git本地仓库

4.1.3 创建开发者的git远程仓库

4.2 创建HDC1000软件包索引

4.2.1 使用工具（RT-Thread Env）

4.2.2 生成软件包索引步骤

4.3 修改HDC1000软件包索引

4.4 本地测试软件包索引

4.5 提交软件包索引

5 参考

1 概述

本文主要讲述了基于RT-Thread Sensor框架实现的温湿度传感器HDC1000软件包，同时详细记录了RT-Thread传感器软件包的制作过程。

本文的主要内容提要：

• 低功耗温湿度传感器HDC1000的基础知识
  • HDC1000的工作机制
• HDC1000软件包功能设计
  • HDC1000软件包的功能简介
  • HDC1000软件包的使用与测试
• HDC1000软件包制作与发布
  • 制作软件包索引
  • 软件包本地测试
  • PR推送

HDC1000软件包的代码仓库：

https://github.com/Forest-Rain/hdc1000

2 HDC1000应用原理

2.1 HDC1000传感器工作原理

图2.1 HDC1000功能框图

HDC1000是TI公司开发的一款集成式湿度和温度传感器， 其能够以较低功耗提供出色的测量精度。HDC1000的传感元件位于器件底部，有助于 HDC1000 免受粉尘、灰尘以及其他环境污染物的影响，从而更加稳定可靠。

HDC1000通过IIC接口，作为IIC从设备与Host MCU进行数据交互。

HDC1000内置了加热元件(Heater)， 软件可短暂地打开，用于消散设备长期暴露在高湿度环境中产生的冷凝和湿气， 从而增加湿度传感器的可靠性。此外，加热功能也可用于验证集成温度传感器的功能。

注：推荐使用换代产品HDC2010代替HDC1000。HDC2010具有更好的特性功能，但是两者硬件接口与软件接口都不兼容。

表2.1 HDC1000主要功能特性

特性参数		说明
工作温度范围		-40°C 至 125°C
温度精度		±0.2°C
工作相对湿度 (RH)		0% 至 100%
相对湿度精度		±3%
测量分辨率		温度:11, 14 湿度:8, 11, 14
封装		DSBGA(8凸点)  2.04mm x 1.59mm
休眠电流		200nA
平均电源电流（每秒测量 1 次 ）	仅 RH（11 位）	820nA
	RH（11 位）+ 温度（11 位）	1.2µA
电源电压		3V 至 5V
用户接口		IIC
寄存器数量		8个（每个寄存器为16bit）

2.1.1 工作模式

HDC1000有两种工作模式：睡眠模式（Sleep Mode）与测量模式（Measurement Mode）。

• 睡眠模式
  • 上电后默认处于睡眠模式。Host MCU通过IIC接口发送指令来唤醒传感器，并对传感器进行读写操作。在完成一次有效温度\湿度测量后，HDC1000自动回到睡眠模式。
• 测试模式
  • HDC1000测量模式只支持（手动）按需触发（Trigger on Demand）。( HDC2010支持自动定时采样模式）

2.1.2 典型应用场景

• IoT低功耗应用，如
  • 智能恒温器 ...
  • 环境标签 
  • 烟雾和热量探测器
  • 智能冰箱
  • 可穿戴设备
  • 冷链运输
  • 智能家居助理

2.2 硬件设计

图2.2 HDC1000典型应用电路

HDC1000有2根地址线.因此一条IIC总线上，最多可以挂载4个HDC1000。

器件型号	ADR1	ADR0	地址描述(7-bit address)
HDC1000	0	0	100 0000
	0	1	100 0001
	1	0	100 0010
	1	1	100 0011

 

2.3 软件设计

获取HDC1000的温度与湿度数据主要是MCU通过IIC接口对指定寄存器读写来完成的，具体实现过程主要包括以下内容：

1. IIC通信驱动

• 使用RT-Thread系统提供的模拟I2C驱动，来访问HDC1000传感器，可查看 env工具 --> menuconfig --> RT-Thread Components --> Device Drivers --> 
  • 

2. 采样转换完成判断。采样完成可以根据实际情况，有如下两种方式：

• HDC1000提供了一个DRDY/INT硬件引脚，用于指示温度\湿度采样转换完成，该引脚可以用于唤醒Host MCU。
  • 若实际应用电路未使用该引脚，则可以采用了固定延时的方式来等待传感器转换完成，采样转换时间如下所示：
• 

图2.3 温度与湿度采样转换时间

1. 单次采样（按需触发），这里默认采用序列采样方式（即每次采样，先后执行一次温度与湿度采样）

图2.4 单次采样流程

2.3.1 IIC从机地址

由图2.2电路图（ADR0 = 0、ADR1 = 0）可知，当前HDC1000传感器的IIC从机地址为0x40。

注：若使用的是STM32硬件IIC驱动，则传入HAL_I2C_Init()的从机地址是0x80（8位地址形式）

// ADR0 = 0,ADR1 = 0 ==> hdc1000 slave address 0x40(7-bit address)
#define HDC1000_DEVICE_IIC_BUS_ADDRESS      0x40 

2.3.2 IIC时序

HDC1000主要IIC时序包括读写配置寄存器（Configuration Register(0x02)）、触发采样（rigger Humidity/Temperature Measurement(0x00\0x01))、读取温度与温度（Read Humidity/Temperature Measurement）。

读取温度与湿度的IIC时序，如下所示：

图2.5 读取温度与湿度的IIC时序（序列采样方式）

读取温湿度值的IIC时序实例，如下所示

图2.6 读取温度与湿度IIC实例（序列采样方式）

特别注意：

HDC1000温度与湿度寄存器位为16bit，高位先发（大端模式），因此读回的数值需要转换为小端模式。

对读回的寄存器数据的处理代码如下所示：

        if (rt_i2c_transfer((struct rt_i2c_bus_device *)dev->bus, msgs, 1) == 1)
        {
            res = RT_EOK;
            
            *temp_raw = (buffer[0] << 8) | buffer[1];
            *humi_raw = (buffer[2] << 8) | buffer[3];
        }
        else
        {
            res = -RT_ERROR;
        }

2.3.3 温湿度值结果转换

图2.7 温湿度结果转换计算式

按照图2.7公式，将获取到的温度\湿度寄存器值转换为实际的温度（℃）与湿度（%RH）。

 

3 HDC1000软件包功能设计

3.1 HDC1000软件包功能简介

HDC1000软件包支持对温湿度数据的快速采集。

功能项 \ 包含设备	温度计	湿度计
通讯接口
IIC	√	√
工作模式
轮询	√	√
中断
电源模式
掉电
低功耗	√	√
测量范围
自检	√	√
多实例

3.2 HDC1000软件包功能实现

3.2.1 HDC1000软件包的依赖

• RT-Thread 4.0.0+
• Sensor 组件
• IIC 驱动：HDC1000 设备使用 IIC 进行数据通讯，需要RT-Thread系统 IIC 驱动框架支持；

3.2.2 HDC1000软件包的主要实现文件

 

注: Sconscript的编写可参照RT-Thread官方的Scons构建工具说明文档：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/scons/scons/

 

3.3 HDC1000软件包使用

HDC1000软件包的使用可以使用Finsh/Msh命令窗口与应用程序调用两种方式。

3.3.1 Finsh/Msh命令窗口

可通过RT-Thread的CLI工具Finsh/msh 输入以下命令进行HDC1000软件包使用与测试：

1. list_device，查看对应设备是否注册成功

 

2. sensor，查看sensor驱动框架当前支持的Finsh/msh命令

注: rt_kprintf 不支持浮点数与特殊字符℃ 打印

3. sensor info，查看sensor驱动框架当前挂载的传感设备的具体信息（测量范围等）。

4.sensor probe XXX，查看当前传感设备是否可用。

• XXX参数为注册的 sensor 设备名,即调用rt_hw_hdc1000_init(const char *name, struct rt_sensor_config *cfg)时传入的*name参数
  • eg: 本例中，调用rt_hw_hdc1000_init("hdc1000", &cfg)注册设备

• sensor驱动框架会为传入的 *name 自动添加一个前缀
  • 如加速度计类型的传感器会自动添加 acce_ 的前缀。
    • 由于系统默认的设备名最长为 7 个字符，因此如果传入的名称超过3个字符的话会被裁掉。

图 sensor驱动框架自动添加前缀字符表

5. 通过msh输入sensor probe temp_hdc1000，可看到如下返回内容：

6.  sensor read  YYY，读取传感器值。YYY为读取次数.

7. 通过 sensor probe humi_hdc1000切换到湿度传感器设备，然后通过sensor read 5读取。

8. 输入hdc1000_selftest，这是hdc1000软件包提供的一个快速自测试程序。

 

3.3.2 应用程序调用

1. 在应用程序中，正常注册设备后(rt_hw_hdc1000_init("hdc1000", &cfg))，
2. 通过设备(rt_device)框架提供的API(rt_device_find\rt_device_open\rt_device_read等)来访问传感器设备。

详细可查看 sensor_ti_hdc1000_example.c 示例代码

int rt_hw_hdc1000_port(void)
{
    struct rt_sensor_config cfg;
    rt_int8_t result;
    cfg.intf.dev_name = "i2c1";
    cfg.intf.user_data = (void *)HDC1000_SLAVE_ADDR_DEFAULT;
    cfg.irq_pin.pin = RT_PIN_NONE;

    result = rt_hw_hdc1000_init("hdc1000", &cfg);
    return result;
}
INIT_APP_EXPORT(rt_hw_hdc1000_port);

void application_get_sensor_val(void)
{
    struct rt_sensor_data sensor_data;
    rt_size_t res;
    rt_device_t dev = RT_NULL;

    dev = rt_device_find("temp_hdc1000");
    if (rt_device_open(dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
    {
      LOG_E("open device failed!");
      return;
    }
    res = rt_device_read(dev, 0, &sensor_data, 1);
    if (res != 1)
    {
      LOG_E("read data failed!size is %d", res);
    }
    else
    {
      LOG_I("temp:%3d.%dC, timestamp:%5d", sensor_data.data.temp / 10, sensor_data.data.temp % 10, sensor_data.timestamp);  
      LOG_I("humi:%3d.%dC, timestamp:%5d", sensor_data.data.humi / 10, sensor_data.data.humi % 10, sensor_data.timestamp);
    }
    rt_device_close(dev);
}

 

注1：

• 关闭设备接口(rt_device_open)和打开设备接口(rt_device_close)需配对使用，打开一次设备对应要关闭一次设备，这样设备才会被完全关闭，否则设备仍处于未关闭状态。

注2：

• sensor驱动框架中，fetch_data接口中，温度值与湿度值扩大了10倍，具体可查看Sensor驱动框架的不同传感类型的单位。

4  RT-Thread HDC1000软件包索引制作与发布

完成HDC1000软件包主体功能后，接下来进行RT-Thread软件包索引的制作与发布。

RT-Thread采用了类似高级语言（比如python）的包管理方式，创新地将软件包引入到开源RTOS，这是一种富有活力的社区管理形式。

注：软件包的制作可以参考RT-Thread官方文档的《软件包开发指南》https://www.rt-thread.org/document/site/development-guide/package/package/

基于RT-Thread的HDC1000软件包的制作主要涉及2大环节：

• HDC1000软件包源码文件 (本文第3章节)
• HDC1000软件包索引（包信息）

4.1 建立git代码仓库

4.1.1 使用工具

• git 分布式版本管理工具
  • 在windows下，Git 工具提供了Git GUI或者Git Bash两种操作方式
• git远程仓库（服务器）
  • 这里选择目前使用最为广泛的github

4.1.2 创建git本地仓库

1. 创建本地仓库

• 若使用Git Bash，则打开Git Bash命令行窗口，输入cd /d xxx 切换到指定文件夹（比如3章节的软件包代码文件夹）(/d为windows切换盘符作用)，然后执行git init；
  • 若使用Git GUI，则在指定文件夹，鼠标右键->在弹出窗口选择“Git GUI Here”->弹出新窗口 ->"Create New Repository"

2. 配置git仓库的用户信息。

git config user.name "自己github用户名"

git config user.name "自己github注册邮箱"

3. 配置好后，可通过 git config --list查看是否生效

1. 对于不需要加入版本管理的文件，可设置过滤文件.gitignore。

build                           # 过滤bulid整个文件夹内容

Debug                         # 过滤Debug整个文件夹内容

documentation/html    # 过滤documentation/html文件夹所有内容

*~                               # 过滤以~结尾的所有文件

*.o                               # 过滤以.o结尾的所有文件

*.uvguix*                      # 过滤包含.uvguix的所有文件

4. 至此，就可以在本地进行代码文件的版本管理。

4.1.3 创建开发者的git远程仓库

1. 建立软件包的仓库(Repository)，开发者自己可在github、gitee等远程仓库平台（git服务器）创建，并上传软件包代码。

如下为在github创建的hdc1000代码仓库

2. 点击“Create repository”,，就可以得到一个远程仓库的地址：git@github.com:Forest-Rain/hdc1000.git。

• 配置Github中的SSH秘钥
  • 本地生成rsa key
    • 通过Git Bash命令窗口切换到本地项目文件夹，Bash窗口输入 ssh-keygen -t rsa，接下来按照提示进行。
    • 登录github网站的"account settings"，依次点击"Setting -> SSH and GPG Keys"->"New SSH key"，将本地的rsa key（id_rsa.pub里的字符串）填写进去，

3. 建立git远程仓库与本地仓库的关联。

git remote add [远程仓库的别名] [远程仓库地址]

注：设置 origin为[远程仓库地址]的别名，后续可以直接使用origin来访问该远程仓库,[远程仓库的别名]可以任意自定义

如: 在github网页端上创建好一个hdc1000仓库后，在本地Git Bash输入如下命令

git remote add origin git@github.com:Forest-Rain/hdc1000.git

4. 关联建立完成，可通过git remote -v，通过是否建立成功

1. 至此，就可以将本地仓库同步到远程仓库。

git add . 

git commit "V1.0 更新说明信息"

4.2 创建HDC1000软件包索引

4.2.1 使用工具（RT-Thread Env）

• RT-Thread 的 Env 工具为我们提供了自动生成软件包索引(文件)的向导功能。

4.2.2 生成软件包索引步骤

1. 在Env输入pkgs --wizard，进入向导功能

2. 按照提示填写软件包的相关信息（ Package 名、版本号、类别、作者、licence、Git 仓库等信息）

图4.1 HDC1000软件包索引

3. 执行完第2步，在你打开ConEmu的当前文件路径下，会自动生成一个名为 hdc1000的文件夹，里面包含两个文件：

• Kconfig
• package.json

4.3 修改HDC1000软件包索引

对“4.1”中生成的软件包索引文件进一步修改完善。

 

4.4 本地测试软件包索引

1. 拷贝软件包索引文件hdc1000到env工具包的对应分类目录下，这里是 \packages\peripherals\sensors目录

1. 修改 \packages\peripherals\sensors同级目录中的Kconfig文件，手动添加HDC1000软件包源信息

2. 正确完成上述步骤后，在env -> menucofig -> RT-Thread online packages -> peripheral libraries and drivers -> sensor drivers，可以看到HDC1000软件包

• 测试软件包下载是否OK
• 然后测试软件包功能编译是否OK，功能是否OK等

4. 本地测试完成后，通过git push提交或更新软件包源代码到开发者自己的github仓库（如本文的https://github.com/Forest-Rain/packages）

4.5 提交软件包索引

1. 若之前未使用过RT-Thread软件包索引仓库（https://github.com/RT-Thread/packages），先fork该仓库到开发者自己github仓库，然后将新fork的仓库git clone到本地。
2. 添加hdc1000软件包与Kconfig到packages指定的分类目录下，然后git push提交

1. 登录开发者自己fork的packages仓库github网页(如本文https://github.com/Forest-Rain/packages)，找到自己提交的 Pull Request 提示，填写必要描述信息，便可提交PR到在RT-Thread官方的软件包索引仓库( https://github.com/RT-Thread/packages)。
2. 等待RT-Thread官方PR审查与合并代码后，其他用户便可通过本地env工具，执行 pkgs --update 拉取新提交的软件包索引，并自动同步env工具menuconfig中显示的内容。

5 参考

• TI HDC1000官方资料入口
  • http://www.ti.com.cn/product/cn/HDC1000

• TI HDC2010官方资料入口
  • http://www.ti.com.cn/product/cn/HDC2010/technicaldocuments

• 传感器驱动框架介绍
  • https://www.rt-thread.org/document/site/development-guide/sensor/sensor_driver/
• RT-Thread 支持的传感器列表
  • https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/device/sensor/sensor_list/
• 传感器驱动开发指南
  • https://www.rt-thread.org/document/site/development-guide/sensor/sensor_driver_development/
• 软件包开发指南
  • https://www.rt-thread.org/document/site/development-guide/package/package/
• RT-Thread官方的软件包索引仓库
  • https://github.com/RT-Thread/packages