4. SHT30温湿度传感器驱动：数据手册解读、初始化、单次与连续采集模式实现

SHT30，这颗来自Sensirion的温湿度传感器，是我在项目里用得最多的环境传感器之一。它精度高、体积小，而且I2C接口用起来非常顺手。今天我们就把它彻底吃透。

4.1 先看数据手册：关键信息提取

拿到一颗新芯片，我习惯先翻数据手册的这几页，而不是从头读到尾。你想想看，几百页的文档，哪有时间全看？

关键信息	SHT30参数	说明
I2C地址	0x44 (ADDR引脚接GND) 0x45 (ADDR引脚接VDD)	默认0x44，我一般用这个
供电电压	2.15V ~ 5.5V	ESP32的3.3V直接供电没问题
测量范围	温度: -40~125°C 湿度: 0~100%RH	日常环境完全够用
精度	温度: ±0.2°C 湿度: ±2%RH	这个精度在消费级里算很好了
通信速率	最高1MHz	ESP32默认400kHz，兼容

4.2 初始化流程：让SHT30开始工作

SHT30上电后不会自动测量，你得先发一条命令让它进入工作状态。说白了，就是告诉它"嘿，准备好了吗？"

4.2.1 软复位命令

我个人习惯在初始化第一步先做软复位。为什么？因为如果传感器之前处于异常状态，复位一下能保证后续操作可靠。我曾经遇到过传感器卡死的情况，加个复位就解决了。

// SHT30命令定义
#define SHT30_CMD_SOFT_RESET    0x30A2
#define SHT30_CMD_MEAS_HIGH     0x2400  // 单次测量，高重复性
#define SHT30_CMD_MEAS_MEDIUM   0x240B  // 单次测量，中重复性
#define SHT30_CMD_MEAS_LOW      0x2416  // 单次测量，低重复性
#define SHT30_CMD_PERIODIC_2S   0x2130  // 连续测量，2秒间隔

// 软复位函数
esp_err_t sht30_soft_reset(i2c_port_t i2c_num) {
    uint8_t cmd[2] = {0x30, 0xA2};
    return i2c_master_write_to_device(i2c_num, SHT30_ADDR, cmd, 2, 100);
}

4.2.2 检查传感器是否在线

复位之后，我通常会做一个简单的"心跳检测"——发一个空命令或者读一下状态寄存器。如果I2C通信正常，说明传感器在线。这一步在量产测试中特别有用。

esp_err_t sht30_check_connection(i2c_port_t i2c_num) {
    uint8_t data[2] = {0};
    // 尝试读取状态寄存器
    uint8_t cmd[2] = {0xF3, 0x2D};
    esp_err_t ret = i2c_master_write_to_device(i2c_num, SHT30_ADDR, cmd, 2, 100);
    if (ret != ESP_OK) return ret;
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    return i2c_master_read_from_device(i2c_num, SHT30_ADDR, data, 2, 100);
}

4.3 单次采集模式：按需读取

单次模式，说白了就是你叫它一声，它测一次。适合低功耗场景，比如电池供电的设备。我做过一个温湿度记录仪，就是用的单次模式，每5分钟唤醒一次，测完就睡。

4.3.1 触发单次测量

发送0x2400命令，等待测量完成。测量时间取决于重复性设置，高重复性大约需要15ms。

esp_err_t sht30_trigger_single_shot(i2c_port_t i2c_num) {
    uint8_t cmd[2] = {0x24, 0x00};
    return i2c_master_write_to_device(i2c_num, SHT30_ADDR, cmd, 2, 100);
}

4.3.2 读取并解析数据

SHT30返回6个字节：温度高字节、温度低字节、CRC校验、湿度高字节、湿度低字节、CRC校验。嗯，这里要注意，CRC校验可以不做，但做了更可靠。

typedef struct {
    float temperature;
    float humidity;
} sht30_data_t;

esp_err_t sht30_read_data(i2c_port_t i2c_num, sht30_data_t *data) {
    uint8_t buf[6] = {0};
    esp_err_t ret = i2c_master_read_from_device(i2c_num, SHT30_ADDR, buf, 6, 100);
    if (ret != ESP_OK) return ret;

    // 温度转换: 原始值 / 65535 * 175 - 45
    uint16_t raw_temp = (buf[0] << 8) | buf[1];
    data->temperature = -45.0f + 175.0f * raw_temp / 65535.0f;

    // 湿度转换: 原始值 / 65535 * 100
    uint16_t raw_humi = (buf[3] << 8) | buf[4];
    data->humidity = 100.0f * raw_humi / 65535.0f;

    return ESP_OK;
}

4.4 连续采集模式：自动上报

连续模式适合需要实时监控的场景，比如气象站。SHT30支持多种采样频率：0.5Hz、1Hz、2Hz、4Hz、10Hz。我一般用2Hz，够用又不浪费带宽。

4.4.1 启动连续采集

发送0x2130命令，传感器就会以2Hz的频率自动测量并更新内部寄存器。你只需要定时去读就行了。

esp_err_t sht30_start_periodic(i2c_port_t i2c_num) {
    uint8_t cmd[2] = {0x21, 0x30};
    return i2c_master_write_to_device(i2c_num, SHT30_ADDR, cmd, 2, 100);
}

4.4.2 连续模式下的数据读取

启动连续采集后，你随时可以读取最新数据。注意，读操作不会影响传感器的自动测量周期。

void sht30_periodic_task(void *pvParameters) {
    i2c_port_t i2c_num = (i2c_port_t)pvParameters;
    sht30_data_t data;

    // 启动连续采集
    sht30_start_periodic(i2c_num);

    while (1) {
        if (sht30_read_data(i2c_num, &data) == ESP_OK) {
            printf("温度: %.2f°C, 湿度: %.2f%%\n", 
                   data.temperature, data.humidity);
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));  // 每500ms读一次
    }
}

4.5 两种模式对比与选择

对比项	单次模式	连续模式
功耗	低（测完即停）	高（持续测量）
实时性	低（需要手动触发）	高（数据自动更新）
适用场景	电池设备、间歇采集	气象站、实时监控
代码复杂度	简单	中等（需管理周期）

4.6 知识结构图：SHT30驱动全景

4.7 完整驱动示例

最后，我把单次和连续模式整合成一个完整的驱动文件。你直接拿去用，改一下I2C引脚就能跑。

// sht30_driver.h
#ifndef SHT30_DRIVER_H
#define SHT30_DRIVER_H

#include "driver/i2c.h"

#define SHT30_ADDR          0x44
#define SHT30_CMD_RESET     0x30A2
#define SHT30_CMD_SINGLE    0x2400
#define SHT30_CMD_PERIODIC  0x2130
#define SHT30_CMD_STOP      0x3093

typedef struct {
    float temperature;
    float humidity;
} sht30_data_t;

esp_err_t sht30_init(i2c_port_t i2c_num);
esp_err_t sht30_read_single(i2c_port_t i2c_num, sht30_data_t *data);
esp_err_t sht30_start_continuous(i2c_port_t i2c_num);
esp_err_t sht30_read_continuous(i2c_port_t i2c_num, sht30_data_t *data);
esp_err_t sht30_stop_continuous(i2c_port_t i2c_num);

#endif

// sht30_driver.c
#include "sht30_driver.h"

static esp_err_t sht30_write_cmd(i2c_port_t i2c_num, uint16_t cmd) {
    uint8_t buf[2] = {cmd >> 8, cmd & 0xFF};
    return i2c_master_write_to_device(i2c_num, SHT30_ADDR, buf, 2, 100);
}

esp_err_t sht30_init(i2c_port_t i2c_num) {
    // 软复位
    ESP_ERROR_CHECK(sht30_write_cmd(i2c_num, SHT30_CMD_RESET));
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    return ESP_OK;
}

esp_err_t sht30_read_single(i2c_port_t i2c_num, sht30_data_t *data) {
    // 触发单次测量
    ESP_ERROR_CHECK(sht30_write_cmd(i2c_num, SHT30_CMD_SINGLE));
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(20));  // 等待测量完成

    // 读取数据
    uint8_t buf[6];
    ESP_ERROR_CHECK(i2c_master_read_from_device(i2c_num, SHT30_ADDR, buf, 6, 100));

    // 解析
    uint16_t raw_temp = (buf[0] << 8) | buf[1];
    uint16_t raw_humi = (buf[3] << 8) | buf[4];
    data->temperature = -45.0f + 175.0f * raw_temp / 65535.0f;
    data->humidity = 100.0f * raw_humi / 65535.0f;

    return ESP_OK;
}

esp_err_t sht30_start_continuous(i2c_port_t i2c_num) {
    return sht30_write_cmd(i2c_num, SHT30_CMD_PERIODIC);
}

esp_err_t sht30_read_continuous(i2c_port_t i2c_num, sht30_data_t *data) {
    uint8_t buf[6];
    ESP_ERROR_CHECK(i2c_master_read_from_device(i2c_num, SHT30_ADDR, buf, 6, 100));

    uint16_t raw_temp = (buf[0] << 8) | buf[1];
    uint16_t raw_humi = (buf[3] << 8) | buf[4];
    data->temperature = -45.0f + 175.0f * raw_temp / 65535.0f;
    data->humidity = 100.0f * raw_humi / 65535.0f;

    return ESP_OK;
}

esp_err_t sht30_stop_continuous(i2c_port_t i2c_num) {
    return sht30_write_cmd(i2c_num, SHT30_CMD_STOP);
}