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使用 Grove 扩展 MCP

概述​

本文档描述了如何在基于 ESP32-S3 的 SenseCAP Watcher 开发板上通过 Grove 接口使用 DHT20 温湿度传感器。

硬件准备​

SenseCAP Watcher for XiaoZhiGrove - Temperature & Humidity Sensor V2.0 (DHT20)
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Grove 接口定义 (J5)​

根据硬件原理图，Grove 接口使用以下引脚：

Grove 引脚功能ESP32-S3 连接
Pin 1SCLGPIO48 (I2C0_SCL)
Pin 2SDAGPIO47 (I2C0_SDA)
Pin 3VCCGROVE_3.3V (3.3V 电源)
Pin 4GNDGND

DHT20 传感器​

  • I2C 地址：0x38（固定，无法更改）
  • 供电电压：2.0V - 5.5V（使用 3.3V）
  • 通信协议：I2C（最高 400kHz）
  • 测量范围：
    • 温度：-40°C 至 +80°C（精度：±0.5°C）
    • 湿度：0% 至 100% RH（精度：±3% RH）

执行结果​

文件结构​

原始代码：​

新文件：​

  • dht20.h

  • dht20.cc

  • 您应该将上述两个文件放置在以下位置：

    • 文件位置 
      main/boards/sensecap-watcher/
      ├── dht20.h              # DHT20 driver header
      └── dht20.cc             # DHT20 driver implementation

修改的文件​

注意

上述示例代码仅供参考。您应该根据您的具体传感器型号、开发环境和固件版本进行修改，以确保正确集成和成功编译。

  • Grove I2C 传感器可以直接连接到 I2C 总线。
  • 非 I2C 传感器可以通过可用的 GPIO 引脚连接，允许灵活集成各种传感器类型。

核心功能（DHT20 传感器）​

1. 传感器初始化​

DHT20 驱动程序实现了完整的初始化过程：

  • 步骤 1. 重置传感器：发送 0xBA 重置命令
  • 步骤 2. 系统配置：向寄存器 0xE1 写入 [0x08, 0x00]
  • 步骤 3. 校准检查：检查状态寄存器位[3]以确保传感器已校准
  • 步骤 4. 重试机制：如果校准失败，最多重试 5 次
esp_err_t ret = dht20_sensor_->Initialize();
if (ret == ESP_OK) {
    ESP_LOGI(TAG, "DHT20 initialized successfully");
}

2. 温湿度读取​

读取过程：

  • 步骤 1. 触发测量：发送命令 [0xAC, 0x33, 0x00]
  • 步骤 2. 等待测量：延迟 80ms
  • 步骤 3. 读取 8 字节：[状态, 湿度高, 中, 低 | 温度高, 中, 低, CRC]
  • 步骤 4. 数据解析：
    • 湿度 = (20 位原始值) × 100 / 2^20
    • 温度 = (20 位原始值) × 200 / 2^20 - 50
float temperature, humidity;
esp_err_t ret = dht20_sensor_->ReadTempAndHumidity(temperature, humidity);
if (ret == ESP_OK) {
    printf("Temperature: %.2f°C, Humidity: %.2f%%\n", temperature, humidity);
}

3. I2C 通信协议​

功能命令/寄存器数据
重置传感器0xBA-
配置寄存器0xE1[0x08, 0x00]
触发测量-[0xAC, 0x33, 0x00]
读取状态-1 字节
读取数据-7 字节

4. 状态字节定义​

位功能值
bit[7]测量状态1=测量中, 0=空闲
bit[6:4]保留-
bit[3]校准状态1=已校准, 0=未校准
bit[2:0]保留-

5. 数据解析算法​

// Humidity data (20 bits)
uint32_t humidity_raw = (data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4);
float humidity = humidity_raw * 100.0f / 1048576.0f;

// Temperature data (20 bits)
uint32_t temperature_raw = ((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5];
float temperature = temperature_raw * 200.0f / 1048576.0f - 50.0f;

核心功能（内部 MCP 工具接口）​

1. 功能描述​

  • 工具名称：self.grove.get_temperature_humidity
  • 工具应用：从 Grove 连接的 DHT20 传感器读取当前温度和湿度

2. 调用示例​

AI 可以如下调用：

result = call_tool("self.grove.get_temperature_humidity", {})

3. 返回格式​

  • 成功：

    {
        "temperature": 25.32,
        "humidity": 65.47,
        "status": "ok"
    }

  • 失败：

    {
        "error": "DHT20 sensor not initialized"
    }

    或

    {
        "error": "Failed to read DHT20: ESP_ERR_TIMEOUT"
    }

4. 修改的代码部分和说明​

添加头文件包含​

  • 在 sensecap_watcher.cc 的开头添加以下包含语句：

    #include "dht20.h"
    #include "mcp_server.h"

  • 目的

    • dht20.h — 引入 DHT20 传感器的驱动程序 API，实现温湿度读取。

    • mcp_server.h — 提供与内部 MCP 服务器相关的 API，允许通信和注册 MCP 工具。

添加成员变量​

  • 在 SensecapWatcher 类中添加以下成员变量：

    DHT20* dht20_sensor_ = nullptr;

  • 目的

    • dht20_sensor_ — 指向通过 Grove 接口连接的 DHT20 传感器对象的指针。
      它用于在 SensecapWatcher 实例的整个生命周期中初始化、存储和访问温湿度传感器。
    • 它在 InitializeDHT20() 中分配，并由 MCP 工具用于读取传感器数据。
    • 初始化为 nullptr 以表示传感器尚未设置，在读取前执行空值检查。

添加 DHT20 初始化和 MCP 工具​

  • 在 SensecapWatcher 类中添加以下成员函数：

    void InitializeDHT20() {
        ESP_LOGI(TAG, "Initialize DHT20 sensor on Grove port");

        // Create DHT20 sensor instance
        dht20_sensor_ = new DHT20(i2c_bus_);

        // Initialize and calibrate the sensor
        esp_err_t ret = dht20_sensor_->Initialize();
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "DHT20 initialization failed: %s", esp_err_to_name(ret));
            delete dht20_sensor_;
            dht20_sensor_ = nullptr;
            return;
        }

        ESP_LOGI(TAG, "DHT20 sensor initialized successfully");

        // Register MCP tool for reading temperature and humidity
        auto& mcp_server = McpServer::GetInstance();
        mcp_server.AddTool("self.grove.get_temperature_humidity",
            "Read temperature and humidity from the Grove-connected DHT20 sensor.\n"
            "Return format: {\"temperature\": value(°C), \"humidity\": value(%), \"status\": \"ok\"}\n"
            "If reading fails, returns an error message.",
            PropertyList(),
            [this](const PropertyList&) -> ReturnValue {
                if (!dht20_sensor_) {
                    return "{\"error\": \"DHT20 sensor not initialized\"}";
                }

                float temperature = 0.0f;
                float humidity = 0.0f;

                esp_err_t ret = dht20_sensor_->ReadTempAndHumidity(temperature, humidity);
                if (ret != ESP_OK) {
                    std::string error_msg = "{\"error\": \"Failed to read DHT20: ";
                    error_msg += esp_err_to_name(ret);
                    error_msg += "\"}";
                    return error_msg;
                }

                // Format response as JSON
                char buffer[128];
                snprintf(buffer, sizeof(buffer),
                        "{\"temperature\": %.2f, \"humidity\": %.2f, \"status\": \"ok\"}",
                        temperature, humidity);
                return std::string(buffer);
            });

        ESP_LOGI(TAG, "DHT20 MCP tool registered: self.grove.get_temperature_humidity");
    }

  • 在构造函数中添加 DHT20 初始化调用

    SensecapWatcher() {
        ...
        InitializeCamera();
        InitializeDHT20();  // Initialize Grove DHT20 sensor
    }

  • 目的

    • InitializeDHT20() — 在 Grove 接口上初始化 DHT20 传感器，并注册一个 MCP 工具以允许内部访问温湿度数据。
    • 该函数创建 DHT20 实例，对其进行校准，并检查初始化错误。
    • 如果初始化成功，它会注册 MCP 工具 self.grove.get_temperature_humidity 用于通过 JSON 读取传感器数据。
    • 在 SensecapWatcher 的构造函数中调用，以确保传感器在板子启动时就绪：

故障排除​

常见问题​

  1. 传感器初始化失败
  • 可能原因：
    • Grove 接口供电不正确
    • I2C 连接问题
    • 传感器未连接或损坏
  • 解决方案 
    uint32_t grove_power = esp_io_expander_get_level(io_exp_handle, BSP_PWR_GROVE);
    ESP_LOGI(TAG, "Grove power status: %d", grove_power);
  1. 读取超时
  • 可能原因：
    • 传感器忙碌
    • I2C 总线冲突
  • 解决方案
    • 确保读取间隔 ≥1s
    • 检查 I2C 上的其他设备
  1. 无效数据
  • 可能原因：
    • 传感器未校准
    • CRC 校验失败（当前版本未实现）
  • 解决方案：
    • 重新初始化传感器
    • 考虑实现 CRC 校验（data[6]）

参考资料​

维护​

代码位于 main/boards/sensecap-watcher/，不影响其他板子。

技术支持​

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