Si7021是Silicon Labs生产的温湿度传感器芯片。其主要特性：
- 湿度精度：误差典型值+/-2%RH，最大值+/-3%RH（0~80%RH），出厂已校正
- 温度精度：误差典型值+/-0.3%°C，最大值+/-0.4%°C（-10°C~85°C），出厂已校正
- 测量范围：温度范围0~100%RH；温度范围最大-40°C~125°C
- 工作电压：1.9~3.6V
- 低功耗：工作时150μA，待机时60nA
- 接口：I2C，最大速率支持400kbps
- 长期稳定性：湿度≤0.25%RH/yr，温度≤0.01°C/yr
- 封装：3x3 mm DFN
- 片上集成加热器（heater）
- 可选的疏水性保护盖
与Arduino的连接
由于Arduino UNO的工作电压是5V，而Si7021无法在5V电平下工作，二者的连接需要电平转换。转换的方法是在Si7021和Arduino中间通过I2C Logic Level Converter进行连接。双向逻辑电平转换器的原理可参考Philips Semiconductor的应用笔记“Bi-directional level shifter for i2c bus and other systems”。转换器两端都自带了I2C总线需要的上拉电阻。
功能调试
1. Si7021测量过程中，可以选择让其将SCL拉低（Hold Master Mode），或者不回应MCU发来的讯息（No Hold Master Mode）。
2. 相对湿度测量包含了温度测量；温度测量可以单独进行。
3. 进行相对湿度或温度测量时，MCU对测量值低字节是否发送ACK，决定了Si7021是否返回CRC校验码。当读取上次相对湿度测量时的温度值时，Si7021不回复CRC校验码。以下代码中有一半内容是CRC校验相关的，并不是必须的，CRC算法也未进行优化。
4. 当Si7021用于环境测量时，芯片放置、PCB热阻隔设计对测量精度、响应时间有很大影响，具体可参见官方“Si70xx Humidity Sensor Designer‘s Guide”文档。
测试代码
1 /*
2 Measurement of relative humidity and temperature using Si7021
3 */
4
5 #include <Wire.h>
6
7 #define ADDRESS_SI7021 0x40
8 #define MEASURE_RH_HOLD 0xE5
9 #define READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT 0xE0
10
11 byte buffer[] = {0, 0, 0};
12 byte crcHumi;
13
14 word outHumi = 0;
15 word outTemp = 0;
16 float valueHumi = 0;
17 float valueTemp = 0;
18
19 void setup()
20 {
21 Wire.begin();
22 Serial.begin(115200);
23 }
24
25 void loop()
26 {
27 //perform a RH measurement and read back the RH value
28 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021);
29 Wire.write(MEASURE_RH_HOLD);
30 Wire.endTransmission();
31
32 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 3);
33 if(Wire.available() >= 3)
34 {
35 buffer[0] = Wire.read(); //high byte
36 buffer[1] = Wire.read(); //low byte
37 buffer[2] = Wire.read(); //crc
38 }
39 outHumi = (buffer[0]<<8) | buffer[1];
40 crcHumi = CRC8(buffer, 3);
41
42 //read temperature from previous RH measurement
43 Wire.beginTransmission(ADDRESS_SI7021);
44 Wire.write(READ_T_FROM_PRE_RH_MEASUREMENT);
45 Wire.endTransmission();
46
47 Wire.requestFrom(ADDRESS_SI7021, 2);
48 if(Wire.available() >= 2)
49 {
50 buffer[0] = Wire.read(); //high byte
51 buffer[1] = Wire.read(); //low byte; no crc
52 }
53 outTemp = (buffer[0]<<8) | buffer[1];
54
55 valueHumi = 125.0*outHumi/65536 - 6;
56 valueTemp = 175.72*outTemp/65536 - 46.85;
57
58 Serial.print(valueHumi); Serial.print(" \%RH\t");
59 Serial.print(valueTemp); Serial.println(" `C");
60
61 if (crcHumi == 0)
62 {
63 Serial.println("CRC checked.");
64 }
65 else
66 {
67 Serial.println("CRC Error!");
68 }
69
70 delay(4000);
71 }
72
73 byte CRC8(byte *data, byte len)
74 {
75 byte crc[8];
76 byte result = 0;
77 byte i;
78 byte doInvert;
79 String bitString = MakeString(data, len);
80
81 for (i = 0; i < 8; i++)
82 {
83 crc[i] = 0;
84 }
85
86 for (i = 0; i < bitString.length(); i ++)
87 {
88 doInvert = (byte(bitString[i] == ‘1‘)) ^ crc[7];
89 crc[7] = crc[6];
90 crc[6] = crc[5];
91 crc[5] = crc[4] ^ doInvert;
92 crc[4] = crc[3] ^ doInvert;
93 crc[3] = crc[2];
94 crc[2] = crc[1];
95 crc[1] = crc[0];
96 crc[0] = doInvert;
97 }
98
99 for (i = 0; i < 8; i++)
100 {
101 bitWrite(result, i, crc[i]);
102 }
103
104 return result;
105 }
106
107 String MakeString(byte *data, byte len)
108 {
109 int i, j;
110 String tempString[len];
111 String bitString="";
112
113 for (i = 0; i < len; i++)
114 {
115 tempString[i] = String(data[i], BIN);
116 int zeros = 8 - tempString[i].length();
117 for (j = 0; j < zeros; j++)
118 {
119 tempString[i] = ‘0‘ + tempString[i];
120 }
121 }
122
123 for (i = 0; i < len; i++)
124 {
125 bitString = bitString + tempString[i];
126 }
127
128 return bitString;
129 }
若连接正常，Si7021将会每隔4秒触发一次测量，并通过串口打印结果：
参考资料
Silicon Labs - Si7021 Datasheet
Application Note: Bi-directional level shifter for i2c bus and other systemsApplication Note: Si70xx Humidity Sensor Designer‘s Guide
Online CRC Calculation