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空速紀Wurth

STM32 HAL 環境下多個 WSEN 感測器 + Titania 無線通訊完整整合指南

專案說明

本文檔示範如何使用 STM32 HAL 同時讀取三顆 Würth WSEN 環境感測器，並透過 Titania 無線模組將感測器資料以 UART 傳輸發送。

支援感測器：

  • WSEN-PADS：環境壓力與溫度
  • WSEN-HIDS：濕度與環境溫度
  • WSEN-PDUS：差壓與溫度

Titania 無線模組預設 UART 波特率 9600，支持命令模式下切換波特率至 115200 提升通信速率。

硬體接線

I²C 地址對應

Sensor 7-bit I²C 地址 備註
WSEN-HIDS 0x44 濕度 + 溫度
WSEN-PADS 0x5C / 0x5D 氣壓 + 溫度 (SAO 腳選)
WSEN-PDUS 0x78 差壓 + 溫度

主要程式架構

1. 讀取感測器數據

I²C讀取感測器數據

HIDS_Read(&hi2c1, &HIDS);
PADS_Read(&hi2c1, &PADS);
PDUS_Read(&hi2c1, &PDUS);

讀取後的數據

Sensor 變數名稱 資料內容
WSEN-HIDS HIDS.temperature_c,HIDS.humidity_rh 濕度 , 溫度
WSEN-PADS PADS.pressure_kpa,PADS.temperature_c 氣壓 , 溫度
WSEN-PDUS PDUS.pressure_kpa,PDUS.temperature_c 差壓 , 溫度

2. 讀取感測器數據詳細函式

1. WSEN‑HIDS (I²C 0x44) 讀取流程

命令 0xFD 為高精度測量，轉換時間約 8.4 ms。 接著讀取 6 bytes：T + CRC + RH + CRC。​

#define HIDS_ADDR (0x44 << 1)
HAL_StatusTypeDef HIDS_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, SensorData_t *data)
{
    uint8_t cmd = 0xFD;
    uint8_t rx[6];
    HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, HIDS_ADDR, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_Delay(9); // wait conversion
    HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, HIDS_ADDR, rx, 6, HAL_MAX_DELAY);

    uint16_t Traw = (rx[0] << 8) | rx[1];
    uint16_t RHraw = (rx[3] << 8) | rx[4];

    data->temperature_c = -45.0f + 175.0f * (float)Traw / 65535.0f;
    data->humidity_rh = 100.0f * (float)RHraw / 65535.0f;
    return HAL_OK;
}

2. WSEN‑PADS (I²C 0x5C) 氣壓與溫度

壓力暫存器 0x28–0x2A (24 bit)，溫度 0x2B–0x2C (16 bit)。 壓力轉換式：P(Pa) = raw / 40960.0f，溫度：T(°C) = raw * 0.01f。

#define PADS_ADDR (0x5C << 1)

void PADS_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
    uint8_t cfg[2] = {0x10, 0b00011000}; // ODR=25Hz, 連續模式
    HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, PADS_ADDR, cfg, 2, 100);
}

HAL_StatusTypeDef PADS_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, SensorData_t *data)
{
    uint8_t reg = 0x28;
    uint8_t rx[5];
    HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, PADS_ADDR, &reg, 1, 100);
    HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, PADS_ADDR, rx, 5, 100);

    int32_t Praw = (int32_t)((rx[2] << 16) | (rx[1] << 8) | rx[0]);
    int16_t Traw = (int16_t)((rx[4] << 8) | rx[3]);
    data->pressure_kpa = Praw / 4096.0f / 10.0f; // convert Pa → kPa
    data->temperature_c = Traw * 0.01f;
    return HAL_OK;
}

3. WSEN‑PDUS (I²C 0x78) 差壓與溫度

每 2.2 ms 更新，4 byte：P + T (各 15 bit)。​ 氣壓轉換式： P(kPa) = (rawP - OUTPMIN) × SENP + PMIN 溫度： T(°C) = (rawT - 8192) × 4.272e-3

以下以型號 2513130810301 (0‑100 kPa @ 5 V) 為例：

#define PDUS_ADDR (0x78 << 1)
#define OUTPMIN  3277
#define SENP     3.815e-3
#define PMIN     0.0

HAL_StatusTypeDef PDUS_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, SensorData_t *data)
{
    uint8_t rx[4];
    HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, PDUS_ADDR, rx, 4, 100);

    uint16_t Praw = ((rx[0] << 8) | rx[1]) & 0x7FFF;
    uint16_t Traw = ((rx[2] << 8) | rx[3]) & 0x7FFF;

    data->pressure_kpa = (Praw - OUTPMIN) * SENP + PMIN;
    data->temperature_c = (Traw - 8192) * 4.272e-3f;
    return HAL_OK;
}

2. Titania UART 波特率修改指令

HAL_StatusTypeDef Titania_SetBaudRate115200(UART_HandleTypeDef *huart)
{
uint8_t cmd[] = {
0x02, // Start
0x09, // CMDSETREQ
0x06, // Length
0x50, // Memory address UARTBaudrate
0x04, // Data length 4 bytes
0x00, 0xC2, 0x01, 0x00, // 115200 LSB first
0x00 // Checksum placeholder
};
uint8_t cs = 0;
for(int i=0; i<sizeof(cmd)-1; i++) cs ^= cmd[i];
cmd[sizeof(cmd)-1] = cs;


return HAL_UART_Transmit(huart, cmd, sizeof(cmd), HAL_MAX_DELAY);
}

text

3. 主程示範流程

int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_I2C1_Init();

text // 初始 UART 設定為 9600bps MX_USART1_UART_Init_9600();

SensorData_t HIDS, PADS, PDUS;

// 初始化 Titania (如果需要) // ...

// 傳送改波特率指令 if(Titania_SetBaudRate115200(&huart1) == HAL_OK) { HAL_Delay(100); // 等待模組切換

// MCU UART 也切換 115200
MX_USART1_UART_Init_115200();

}

while(1) { HIDS_Read(&hi2c1, &HIDS); PADS_Read(&hi2c1, &PADS); PDUS_Read(&hi2c1, &PDUS);

// 整合資料格式
char payload;
int len = snprintf(payload, sizeof(payload),
    "HIDS: %.2fC %.1f%%, PADS: %.2fkPa %.2fC, PDUS: %.2fkPa %.2fC",
    HIDS.temperature_c, HIDS.humidity_rh,
    PADS.pressure_kpa, PADS.temperature_c,
    PDUS.pressure_kpa, PDUS.temperature_c);

// 傳送資料到 Titania
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)payload, len, HAL_MAX_DELAY);

HAL_Delay(500);

} }

text

4. UART 初始化函式 (示意)

void MX_USART1_UART_Init_9600(void) { huart1.Instance = USART1; huart1.Init.BaudRate = 9600; huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; HAL_UART_Init(&huart1); }

void MX_USART1_UART_Init_115200(void) { huart1.Instance = USART1; huart1.Init.BaudRate = 115200; huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; HAL_UART_Init(&huart1); }

text

注意事項

  • 請確保 Titania 模組初始是 9600 baud，否則指令無法正常送達。
  • 波特率切換後 MCU 需立即同步調整 UART 設定。
  • Titania 透過命令模式 (Command Mode) 接收波特率修改命令。
  • 讀取感測器與無線發送任務可根據實際需求加中斷或任務分配。

參考資料

  • Würth Elektronik WSEN-PADS / WSEN-HIDS / WSEN-PDUS 官方手冊
  • Titania 無線模組使用手冊（附件）
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