2026 Make Blocks #2阶段1 - SHT30温度/环境传感器采集模块

内容介绍

任务介绍

本次任务要求设计一款能够采集温度（或其他环境参数）并通过数字接口输出数据的传感器采集板。根据任务要求，本项目选用了业界主流的 SHT30-DIS（Sensirion）温湿度传感器芯片，实现了标准的 I²C 通信接口引出，并在此基础上完善了外围电路设计，完美满足 3.3V/5V 双电压供电、包含 I²C 上拉电阻与地址选择引脚的硬件级配置，以及板载去耦电容等各项硬性指标，是一款非常适合配合单片机进行环境数据采集实验的开发模块。

方案介绍

本设计方案的核心是一颗来自盛思瑞（Sensirion）的 SHT30-DIS 温湿度传感器芯片。为了保证信号的完整性与使用的便利性，方案包含以下几个核心模块：

主控传感区：SHT30-DIS 芯片主体，提供高精度的温度与相对湿度数字测量能力。
电源滤波区：在靠近芯片 VDD 引脚处放置了 0.1μF 的高频去耦电容与 10μF 的稳压电容。
总线上拉区：在 SDA 与 SCL 信号线上各配置一颗 10kΩ 上拉电阻，保证 I²C 总线信号质量。
地址配置区：通过 2 个 0欧姆电阻位（J1、J2），灵活配置 ADDR 引脚电平，切换芯片 I²C 从机地址（0x44 / 0x45）。
外部接口区：采用标准的 1x5P 2.54mm 间距排针，方便直插面包板或使用杜邦线与 MCU 连接。

资源框图

BOM表

	器件	封装
1	SHT30-DIS	DFN-8（2.5×2.5mm）
2	排针	P2.54间距
3	10kΩ、1MΩ电阻	0603
4	0.1u电容	0603
5	10u电容	0603

模块介绍

本次选用的 SHT30-DIS 是一款宽电压（2.15V~5.5V）、高精度的数字温湿度传感器，温度精度典型值为 ±0.2℃，湿度精度典型值为 ±2%RH。在本项目中，模块由外部单片机通过排针提供 3.3V 的电源，亦可通过板载 LDO 兼容 5V 输入。

为了满足"标准 I²C 接口"的通信需求，模块引出了最基础的 2 根通信线：SDA（串行数据）与 SCL（串行时钟）。同时，为了防止在实际使用中因 ADDR 引脚悬空导致地址不确定，板卡设计了灵活的硬件上拉/下拉网络，通过焊接 J1 或 J2 即可确定芯片 I²C 从机地址。

本次用到的物料在 DigiKey 官网的链接如下：

SHT30-DIS-B2.5KS：SHT30-DIS-B2.5KS

原理图和PCB模块介绍

原理图

在原理图设计中，除了常规的电源与 I²C 信号连线外，最核心的设计在于对 ADDR 引脚和 nRESET 引脚的处理：

去耦电容设计：严格按照 SHT30 数据手册要求，在 VDD 与 GND 之间并联了 C1（0.1μF）用于滤除高频噪声，C2（10μF）用于稳定电源波动，且两者均尽量靠近芯片引脚放置。
I²C 上拉电阻设计：SDA 与 SCL 信号线各配置一颗 10kΩ 上拉电阻至 VDD，满足 SHT30 数据手册中对 I²C 总线上拉阻值的推荐要求。
灵活的地址选择网络：ADDR 引脚并没有直接焊死在 GND 或 VCC 上，而是通过网络标签连接至 J1（下拉至 GND）和 J2（上拉至 VDD）两个 0欧姆电阻焊盘，用户可通过焊接不同位置的电阻，将从机地址切换为 0x44 或 0x45，支持同一 I²C 总线上挂接两块模块。

PCB

布线图：

2D效果图：

3D效果图：

PCB 设计采用了双层板工艺，具有以下特点：

紧凑型设计：围绕 DFN-8 封装的 SHT30 芯片进行最小化布局，板卡尺寸小巧，便于嵌入各类系统。
规范的接口：左侧统一采用单排 5Pin 2.54mm 间距排针，丝印清晰标注了每一个引脚的名称，防呆防错。
传感器保护设计：SHT30 芯片周围留有镂空透气区域，保障传感器与环境空气充分接触，同时远离板上发热元件，降低自热效应对测量精度的影响。
信号完整性：底层拥有大面积完整的 GND 铺铜，保证了 I²C 时钟信号的回流路径极短，提高了数据传输的可靠性。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

参数类型	规格描述
模块类型	I²C 温湿度传感器采集板
核心芯片	SHT30-DIS（Sensirion）
测量参数	温度 & 相对湿度
通信接口	标准 I²C（支持最高 1MHz Fast-mode Plus）
供电电压	2.15V ～ 5.5V（典型值 3.3V）
温度范围	−40℃ ～ +125℃，精度 ±0.2℃（典型值）
湿度范围	0% ～ 100% RH，精度 ±2% RH（典型值）
接口类型	1×5Pin 2.54mm 标准排针
板载去耦	0.1μF + 10μF
I²C 地址	0x44（ADDR 接 GND）/ 0x45（ADDR 接 VDD）

管脚定义（H1 排针）

物理管脚号	管脚名称	管脚属性	描述说明
1	VCC	电源	3.3V 电源输入端（最高支持 5.5V）
2	GND	电源	模块共地引脚
3	SCL	I/O	I²C 串行时钟线（含板载上拉电阻）
4	SDA	I/O	I²C 串行数据线（含板载上拉电阻）
5	INT	I/O	中断引脚
6	RST	I/O	复位引脚

板上设置及标识 (配置指南)

由于本模块设计为灵活的验证板，板载了 J1、J2 供用户配置 I²C 从机地址。为了满足本次的任务要求，在实际焊接贴片时，建议按照以下表格进行配置：

元件标号	对应功能	默认状态	描述说明（标准 I²C 模式）
J1	ADDR 下拉至 GND	短接	将 ADDR 拉低，I²C 地址固定为 0x44
J2	ADDR 上拉至 VDD	不安装	将 ADDR 拉高，I²C 地址切换为 0x45

心得体会

在本次 SHT30 温湿度传感器采集模块的设计与调试过程中，我受益匪浅。

首先，我学习了如何根据传感器数据手册的要求，从零开始搭建一套完整的外围电路，包括电源滤波、I²C 总线上拉以及地址选择网络的设计。这不仅锻炼了我阅读英文原厂手册的能力，也让我对 PCB 设计全流程更加熟悉。

其次，通过深入研究 SHT30 的数据手册，我深刻理解了 I²C 总线上拉电阻取值对通信可靠性的重要影响，以及 ADDR 引脚在多从机场景下的灵活应用。原设计中利用跳线（J1、J2）进行地址切换的方案非常精妙，它既保证了引脚电平的稳定，又保留了同一总线挂载多个传感器模块的扩展性。这为我以后设计兼容性更强、更严谨的硬件电路提供了非常宝贵的思路。

结尾再次感谢 DigiKey 和硬禾科技联合举办的 2026 Make Blocks 第二季活动，祝硬禾的活动越办越好！