HC32L130+国产LoRa实现无线温湿度传感器

以下是基于HC32L130F8UA和PAN3029的无线温湿度传感器设计方案，包含完整硬件驱动实现及Python数据解析代码：

HC32L130F8UA硬件驱动实现

// 系统时钟配置（使用内部低速时钟降低功耗）
void SystemClock_Config(void) {
    stc_clock_xtal_init_t stcXtalInit;
    MEM_ZERO_STRUCT(stcXtalInit);
    CLOCK_XtalStructInit(&stcXtalInit);
    CLOCK_XtalInit(&stcXtalInit);
    CLOCK_SetClockDiv(ClkDiv1, ClkDiv1_1);
    CLOCK_SetClockDiv(ClkDivSys, ClkDiv1_1);
    CLOCK_HrcCmd(Enable);
    CLOCK_SetSysClockSrc(ClkSysSrcHRC);
}

// PAN3029 SPI初始化
void PAN3029_SPI_Init(void) {
    stc_spi_init_t stcSpiInit;
    MEM_ZERO_STRUCT(stcSpiInit);
    stcSpiInit.enClkDiv = SpiClkDiv8;
    stcSpiInit.enDataWidth = SpiDataWidth8;
    stcSpiInit.enTransDir = SpiTransDirFullDuplex;
    stcSpiInit.enMsbFirst = SpiMsbFirst;
    stcSpiInit.enSampleMode = SpiSampleModeOddEdge;
    SPI_Init(M4_SPI1, &stcSpiInit);
    SPI_Cmd(M4_SPI1, Enable);
}

// 温湿度传感器I2C初始化（以SHT30为例）
void SHT30_I2C_Init(void) {
    stc_i2c_init_t stcI2cInit;
    MEM_ZERO_STRUCT(stcI2cInit);
    stcI2cInit.u32ClockDiv = I2cClockDiv16;
    stcI2cInit.u32Baudrate = 100000;
    I2C_Init(M4_I2C1, &stcI2cInit);
    I2C_Cmd(M4_I2C1, Enable);
}

// ADC初始化（PTC/NTC采集）
void ADC_Init(void) {
    stc_adc_init_t stcAdcInit;
    MEM_ZERO_STRUCT(stcAdcInit);
    stcAdcInit.u16ScanMode = AdcModeContinuous;
    stcAdcInit.u16Resolution = AdcResolution12Bit;
    ADC_Init(M4_ADC1, &stcAdcInit);
    ADC_Cmd(M4_ADC1, Enable);
}

// 读取SHT30温湿度数据
int32_t SHT30_ReadData(float *temp, float *humi) {
    uint8_t cmd[2] = {0x2C, 0x06};
    uint8_t data[6] = {0};
    
    I2C_WriteRead(M4_I2C1, SHT30_ADDR, cmd, 2, data, 6);
    
    uint16_t tempRaw = (data[0] << 8) | data[1];
    uint16_t humiRaw = (data[3] << 8) | data[4];
    
    *temp = -45 + 175.0f * (tempRaw / 65535.0f);
    *humi = 100.0f * (humiRaw / 65535.0f);
    
    return 0;
}

// 读取PTC/NTC电阻值
void Read_PTC_NTC(uint16_t *ptcVal, uint16_t *ntcVal) {
    ADC_ChannelCmd(M4_ADC1, AdcExInputCh8, Enable);
    *ptcVal = ADC_GetConversionValue(M4_ADC1);
    
    ADC_ChannelCmd(M4_ADC1, AdcExInputCh9, Enable);
    *ntcVal = ADC_GetConversionValue(M4_ADC1);
}

// 数据帧打包
void PackSensorData(uint8_t *buf, uint16_t hostId, uint16_t netId, 
                   float temp, float humi, uint16_t ptc, uint16_t ntc) {
    uint8_t *p = buf;
    uint16_t crc = 0;
    
    *p++ = 0x68; // 帧头
    
    *p++ = hostId >> 8;
    *p++ = hostId & 0xFF;
    
    *p++ = netId >> 8;
    *p++ = netId & 0xFF;
    
    uint8_t lenPos = p - buf;
    *p++ = 0; // 长度占位
    
    int16_t tempInt = (int16_t)(temp * 100);
    int16_t humiInt = (int16_t)(humi * 100);
    
    *p++ = tempInt >> 8;
    *p++ = tempInt & 0xFF;
    *p++ = humiInt >> 8;
    *p++ = humiInt & 0xFF;
    
    *p++ = ptc >> 8;
    *p++ = ptc & 0xFF;
    *p++ = ntc >> 8;
    *p++ = ntc & 0xFF;
    
    memset(p, 0, 32); // 预留数据
    p += 32;
    
    buf[lenPos] = p - buf - lenPos - 1; // 填充长度
    
    crc = CRC16_Calculate(buf, p - buf);
    *p++ = crc >> 8;
    *p++ = crc & 0xFF;
    
    *p++ = 0x16; // 结束符
}

// 主任务循环
void MainTask(void) {
    float temp, humi;
    uint16_t ptc, ntc;
    uint8_t txBuf[64];
    
    while(1) {
        SHT30_ReadData(&temp, &humi);
        Read_PTC_NTC(&ptc, &ntc);
        
        PackSensorData(txBuf, 0x1234, 0x0001, temp, humi, ptc, ntc);
        PAN3029_SendData(txBuf, p - txBuf);
        
        LowPower_Sleep(1000); // 低功耗休眠1秒
    }
}

Python串口数据采集实现

import serial
import time
import struct
from crcmod import mkCrcFun

class SensorCollector:
    def __init__(self, port, baudrate=115200):
        self.ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
        self.crc16 = mkCrcFun(0x18005, rev=True, initCrc=0xFFFF)
        
    def parse_frame(self, data):
        if len(data) < 12:
            return None
            
        if data[0] != 0x68 or data[-1] != 0x16:
            return None
            
        length = data[5]
        if len(data) != 7 + length + 3:  # 头5+长度1+数据+CRC2+尾1
            return None
            
        crc = self.crc16(data[:-3])
        if crc != (data[-3] << 8) | data[-2]:
            return None
            
        host_id = (data[1] << 8) | data[2]
        net_id = (data[3] << 8) | data[4]
        
        temp = struct.unpack('>h', data[6:8])[0] / 100.0
        humi = struct.unpack('>h', data[8:10])[0] / 100.0
        ptc = (data[10] << 8) | data[11]
        ntc = (data[12] << 8) | data[13]
        
        return {
            'host_id': host_id,
            'net_id': net_id,
            'temperature': temp,
            'humidity': humi,
            'ptc': ptc,
            'ntc': ntc
        }
        
    def read_data(self):
        buffer = bytearray()
        while True:
            byte = self.ser.read(1)
            if not byte:
                continue
                
            buffer += byte
            
            if len(buffer) > 0 and buffer[0] != 0x68:
                buffer = bytearray()
                continue
                
            if len(buffer) > 5:  # 已读取长度字段
                expected_len = 7 + buffer[5] + 3
                if len(buffer) >= expected_len:
                    frame = bytes(buffer[:expected_len])
                    buffer = buffer[expected_len:]
                    result = self.parse_frame(frame)
                    if result:
                        return result

if __name__ == "__main__":
    collector = SensorCollector('COM3')
    
    while True:
        data = collector.read_data()
        if data:
            print(f"Host:{data['host_id']:04X} Net:{data['net_id']:04X} "
                  f"Temp:{data['temperature']:.2f}C Humi:{data['humidity']:.2f}% "
                  f"PTC:{data['ptc']} NTC:{data['ntc']}")

关键设计要点

1. 低功耗实现策略

• 使用HC32L130的内置低功耗模式
• 传感器采集间隔期间进入STOP模式
• PAN3029采用休眠唤醒机制

1. 数据采集精度处理

• SHT30采用16bit数据格式
• ADC采用12bit分辨率
• 温度数据放大100倍传输避免浮点

1. 无线传输优化

• 数据包长度固定为50字节
• 采用CRC16校验保证可靠性
• PAN3029配置为透明传输模式

1. Python解析工具特性

• 自动帧同步处理
• CRC校验验证
• 实时数据显示
• 支持多设备ID识别

完整工程需要根据实际硬件连接调整GPIO配置，PTC/NTC需要设计合适的分压电路，温度转换需根据具体传感器规格实现。