代码收藏家 STM32外设系列之DHT11温湿度传感器详解
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一、DHT11简介
DHT11是一款常用的数字温湿度传感器。传感器包括一个电容式感湿元件和一个 NTC 测温元件，能够测量皱纹环境的温湿度，常用于暖通空调、除湿器、农业、冷链仓储等方面。
二、数据手册分析
2.1 接口说明
2.2 串行通信说明
DHT11通过串行通信的方式，将采集到的环境温湿度信息传递给单片机。数据手册中，针对DHT11的串行通信做了详细介绍。
2.2.1 单总线通信
DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由单总线完成。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 4.7kΩ 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。
2.2.2 单总线传输数据位定义
DHT11的DATA引脚，用于单片机与 DHT11 之间的通讯和同步,采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先出。数据格式
8bit 湿度整数数据 + 8bit 湿度小数数据 + 8bit 温度整数数据 + 8bit 温度小数数据 + 8bit 校验位
数据手册中写明，湿度的小数部分为0。8bit 校验位等于所得结果的末 8 位。
对于校验位，数据手册中举例说明。比如接收到的40位数据为
| 0011 0101 | 0000 0000 | 0001 1000 | 0000 0100 | 0101 0001 |
|---|---|---|---|---|
| 湿度高8位 | 湿度低8位 | 温度高8位 | 温度低8位 | 校验位 |
计算 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0100 + 0101 0001 = 0101 0001，与接收到的校验位相等，校验通过。如果校验不通过，则将此次接收到的数据丢弃，重新接收数据。
2.2.3 时序图
根据上面的介绍，如果单片机想要读取数据，需要先发送一个起始信号。起始信号需要拉低数据线至少18ms。
DHT11检测到起始信号之后，等待起始信号低电平结束，然后输出应答信号。应答信号是先将数据线拉低83us，再拉高87us。
然后DHT11就开始输出数据了，“0”和“1”的时序图如下
总时序图如下
三、DHT11程序设计
3.1 初始化GPIO
根据上面的介绍，STM32的GPIO既需要用作输出，也需要用作输入。因此，STM32的GPIO需要有两种配置
/*
*==============================================================================
*函数名称：Drv_Dht11_Gpio_OutInSet
*函数功能：DHT11引脚输出/输入设置
*输入参数：state：OUT：输出（0）；IN：输入（1）
*返回值：无
*备 注：无
*==============================================================================
*/
void Drv_Dht11_Gpio_OutInSet (u8 state)
{
// 结构体定义
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 开启时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 初始化GPIO结构体
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
if (state)
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
}
else
{
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽式输出
}
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
}
.h文件添加下面程序
// GPIO模式
#define OUT 0 // 输出模式
#define IN 1 // 输入模式
3.2 发送起始信号
单片机的 I/O 设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms(最大不得超过 30ms)，然后单片机的 I/O 设置为输入状态，由于上拉电阻，单片机器的 I/O 即 DHT11 的 DATA 数据线也随之变高，等待 DHT11 作出回答信号。程序设计如下
/*
*==============================================================================
*函数名称：Drv_Dht11_Start
*函数功能：向DHT11发送起始信号
*输入参数：state：OUT：输出（0）；IN：输入（1）
*返回值：无
*备 注：无
*==============================================================================
*/
void Drv_Dht11_Start (void)
{
OLED_SDA_Set(); // 拉高一小段时间
delay_us(30);
Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(OUT); // GPIO配置为输出模式
OLED_SDA_Clr(); // 拉低数据线
delay_ms(20); // 保持20ms
OLED_SDA_Set(); // 拉高一小段时间
delay_us(30);
Drv_Dht11_Gpio_OutInSet(IN); // GPIO配置为输入模式
}
3.3 接收一个字节数据
/*
*==============================================================================
*函数名称：Med_Dht11_ReceOneByte
*函数功能：接收一帧数据
*输入参数：无
*返回值：一字节接收数据
*备 注：无
*==============================================================================
*/
u8 Med_Dht11_ReceOneByte (void)
{
u8 tempVar = 0; // 临时循环变量
u8 receData = 0; // 接收数据
for (tempVar = 0;tempVar < 8;tempVar ++)
{
while (!DHT11_SDA_DATA); // 等待54us的低电平过去
delay_us(30); // 延时30us之后判断是0还是1
// 如果30us之后依旧为高电平
if (DHT11_SDA_DATA)
{
receData |= 1; // 接收数据为1
}
while (DHT11_SDA_DATA); // 等待高电平过去
receData <<= 1; // 左移
}
return receData;
}
3.4 接收温湿度信息并校准
/*
*==============================================================================
*函数名称：App_Dht11_Result_Process
*函数功能：处理接收结果，得出正确的温湿度信息
*输入参数：无
*返回值：无
*备 注：无
*==============================================================================
*/
u8 receData[4]; // 存储温湿度结果
void App_Dht11_Result_Process (void)
{
u8 receCheck = 0; // 接收到的校验码
u8 tempCal = 0; // 临时计算变量
Drv_Dht11_Start(); // 发送一个起始信号
DHT11_SDA_Set(); // 拉高SDA
// 等待应答信号
if (!DHT11_SDA_DATA)
{
while (!DHT11_SDA_DATA); // 等待83us低电平结束
while (DHT11_SDA_DATA); // 等待87us高电平结束
// 开始接收数据
receData[0] = Med_Dht11_ReceOneByte(); // 湿度整数
receData[1] = Med_Dht11_ReceOneByte(); // 湿度小数
receData[2] = Med_Dht11_ReceOneByte(); // 温度整数
receData[3] = Med_Dht11_ReceOneByte(); // 温度小数
receCheck = Med_Dht11_ReceOneByte(); // 校验码
tempCal = receData[0] + receData[1] + receData[2] + receData[3];
// 如果校验失败
if (tempCal != receCheck)
{
// 清空接收
receData[0] = receData[1] = receData[2] = receData[3] = 0;
}
}
}
四、总结
实际上面的程序设计有一些不足，比如某些地方不需要再拉高SDA线，在等到时使用了while语句但是没有超时检测。但是由于博主的DHT11坏了，目前买的新的还没到，无法继续调试，因此这里说明一下。后续会修改完善程序，补充应用实例。——2023年6月26日
