任务介绍
本次选择的任务是做一款温度采集板，设计一款传感器采集板，能采集温度（或其他环境参数）并将数据通过数字接口输出，为后续控制系统提供数据源。基本要求：
- 至少包含一种温度传感器（数字或模拟）
- 提供数字通信接口（I2C/SPI/1-Wire/ADC，至少一种）供MCU读取数据
- 板载信号调理电路（如ADC参考电压、滤波电容等） - 使用数字传感器（如DS18B20、BME280）方案时可省略此项
- 支持3.3V或5V供电
- 提供标准接口，方便与MCU开发板连接
我们本次选择的芯片是STS40，该款芯片是专用的温度传感器，完全满足本次任务的要求。
硬件介绍
本次设计的模块主要基于STS40进行设计，STS4L-AD1B-R3是Sensirion公司推出的一款超低功耗、高精度数字温度传感器，采用I²C接口，通信速度高达1MHz，默认I²C地址为0x2A（7位地址）。该传感器测量范围为-40°C至+125°C，在5°C至60°C范围内典型精度为±0.2°C，整体精度达±0.4°C，温度分辨率为16位。其单次测量典型电流仅0.4µA（1次测量/秒），待机电流3.4µA，工作电压范围1.08V至3.6V，非常适合电池供电的低功耗应用。传感器采用4引脚DFN-4-EP封装（1.5mm×1.5mm×0.5mm），支持表面贴装技术（SMT），具备CRC校验功能确保通信可靠性，并可设置温度阈值实现报警功能。其小尺寸、高精度和低功耗特性使其广泛应用于可穿戴设备、智能家居、工业控制及医疗电子等领域。
硬件介绍
本次我们采用了两种接口进行设计，可以支持多种连接方式，STS40的外设相对还是比较简单的，主要是I2C的数字接口，硬件框图如下：
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB
本次的设计采用的是插针连接的方式，基本上把引脚和状态引脚引出来了，模块比较小巧，我们参考了一些经典设计，留有4个定位孔用于安装固定，同时支持Qwiic接口。
3D效果图
实物图
软件调试
我们本次为了实现快速验证硬件的目标，使用了arduino的开发板（R4 WiFi），使用arduinoIDE进行开发，盛思锐提供了官方驱动代码，注意由于不同的版本的I2C地址是不同的，我们需要更换成自己需要的配置，测试代码如下：
#include <Arduino.h>
#include <SensirionI2CSts4x.h>
#include <Wire.h>
SensirionI2CSts4x sts4x;
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!Serial) {
delay(100);
}
Wire1.begin();
uint16_t error;
char errorMessage[256];
sts4x.begin(Wire1);
/*
* to initialize sts4 with alternate address
*
* STS40-CD1B: ADDR_STS4X (I2C address: 0x46)
* STS40-AD1B: ADDR_STS4X_ALT (I2C address: 0x44)
* STS40-BD1B: ADDR_STS4X_ALT2 (I2C address: 0x45)
*/
sts4x.begin(Wire1, ADDR_STS4X_ALT);
uint32_t serialNumber;
error = sts4x.serialNumber(serialNumber);
if (error) {
Serial.print("Error trying to execute serialNumber(): ");
errorToString(error, errorMessage, 256);
Serial.println(errorMessage);
} else {
Serial.print("Serial Number: ");
Serial.println(serialNumber);
}
}
void loop() {
uint16_t error;
char errorMessage[256];
delay(1000);
float temperature;
error = sts4x.measureHighPrecision(temperature);
if (error) {
Serial.print("Error trying to execute measureHighPrecision(): ");
errorToString(error, errorMessage, 256);
Serial.println(errorMessage);
} else {
Serial.print("Temperature:");
Serial.println(temperature);
}
}
效果展示
测试硬件连接如下：
串口接收如下:
心得体会
本次参与项目的开发实际上有很多优秀的参考设计可以参考，也希望可以学习这个优秀设计的内容，进而锻炼自己的硬件设计能力和PCB的绘制能力，通过不断的模块化的设计可以尽可能多的接触更多的新器件，在了解其基本特性的前提下，学习使用他们，这是一次非常不错的机会，同时再软件驱动的时候要考虑器件的特性进行，当一切准备就绪，他们就可以正常工作了。
