4. 基于 ESP-SR 的唤醒词识别基础测试

任务目标

在 ESP32-S3 上通过 I2C 总线连接 SHT30 温湿度传感器，读取温度与湿度数据，并通过串口打印。通过本案例掌握 I2C 通信协议的基本流程：初始化总线、设备寻址、寄存器读写、数据解析。

硬件与接线

• 开发板：ESP32-S3-DevKitC-1（或兼容板）
• 传感器：SHT30（I2C 地址 0x44，默认地址）
• 接线：SDA → GPIO8，SCL → GPIO9（ESP32-S3 默认 I2C 引脚，可自行修改）
• 供电：传感器 VIN → 3.3V，GND → GND

实现原理

SHT30 通过 I2C 接口通信，读取数据需两步：先向传感器发送测量命令（0x2C 0x06 表示高重复性测量），等待约 15ms 后读取 6 字节数据（温度高字节、温度低字节、CRC、湿度高字节、湿度低字节、CRC）。温度与湿度均为 16 位无符号整数，按公式换算为实际物理量。

完整代码

#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "driver/i2c.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

#define I2C_MASTER_SCL_IO          9
#define I2C_MASTER_SDA_IO          8
#define I2C_MASTER_NUM             0
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ         100000
#define SHT30_ADDR                 0x44
#define SHT30_MEAS_CMD_HIGH        0x2C
#define SHT30_MEAS_CMD_HIGH_2ND    0x06

static const char *TAG = "sht30";

// 初始化 I2C 主机
static void i2c_master_init(void) {
    i2c_config_t conf = {
        .mode = I2C_MODE_MASTER,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ,
    };
    i2c_param_config(I2C_MASTER_NUM, &conf);
    i2c_driver_install(I2C_MASTER_NUM, conf.mode, 0, 0, 0);
}

// 发送测量命令
static esp_err_t sht30_send_cmd(void) {
    uint8_t cmd[2] = {SHT30_MEAS_CMD_HIGH, SHT30_MEAS_CMD_HIGH_2ND};
    i2c_cmd_handle_t cmd_handle = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd_handle);
    i2c_master_write_byte(cmd_handle, (SHT30_ADDR << 1) | I2C_MASTER_WRITE, true);
    i2c_master_write(cmd_handle, cmd, 2, true);
    i2c_master_stop(cmd_handle);
    esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, cmd_handle, pdMS_TO_TICKS(100));
    i2c_cmd_link_delete(cmd_handle);
    return ret;
}

// 读取 6 字节数据
static esp_err_t sht30_read_data(uint8_t *buf, size_t len) {
    i2c_cmd_handle_t cmd_handle = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd_handle);
    i2c_master_write_byte(cmd_handle, (SHT30_ADDR << 1) | I2C_MASTER_READ, true);
    i2c_master_read(cmd_handle, buf, len, I2C_MASTER_LAST_NACK);
    i2c_master_stop(cmd_handle);
    esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, cmd_handle, pdMS_TO_TICKS(100));
    i2c_cmd_link_delete(cmd_handle);
    return ret;
}

// 解析并打印温湿度
static void sht30_parse_and_print(uint8_t *data) {
    uint16_t raw_temp = (data[0] << 8) | data[1];
    uint16_t raw_humi = (data[3] << 8) | data[4];
    float temp = -45.0f + 175.0f * (float)raw_temp / 65535.0f;
    float humi = 100.0f * (float)raw_humi / 65535.0f;
    ESP_LOGI(TAG, "Temperature: %.2f °C, Humidity: %.2f %%RH", temp, humi);
}

void app_main(void) {
    i2c_master_init();
    ESP_LOGI(TAG, "I2C initialized successfully");

    uint8_t data[6];
    while (1) {
        if (sht30_send_cmd() == ESP_OK) {
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(20));  // 等待测量完成
            if (sht30_read_data(data, 6) == ESP_OK) {
                sht30_parse_and_print(data);
            } else {
                ESP_LOGE(TAG, "Failed to read data");
            }
        } else {
            ESP_LOGE(TAG, "Failed to send command");
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000));  // 每 2 秒读取一次
    }
}

编译与烧录

idf.py set-target esp32s3
idf.py menuconfig   # 无需额外配置，默认引脚即可
idf.py build
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash monitor

验证方法

烧录并运行后，在串口监视器中观察输出。若接线正确且传感器工作正常，应每 2 秒打印一行温湿度数据，例如：

I (1234) sht30: Temperature: 25.36 °C, Humidity: 48.52 %RH

判定通过条件：

• 串口持续输出温湿度数据，无报错信息；
• 温度值在室温合理范围（约 15~35°C），湿度值在 20%~80%RH 范围；
• 用手捏住传感器或对其哈气，湿度值应明显上升，说明数据真实反映环境变化。

常见问题

• 读取失败或超时：检查 SDA/SCL 接线是否接反，确认传感器供电为 3.3V，并检查 I2C 地址是否为 0x44（部分模块地址为 0x45，可通过 ADDR 引脚修改）。
• 数据始终为 0 或固定值：多为传感器未正确响应，可尝试降低 I2C 频率至 50kHz，或检查上拉电阻是否连接。