STM32+DHT11监测环境的温湿度

DS小龙哥-嵌入式技术 2023-05-17 5011

描述

【1】DHT11传感器

DHT11是一种数字温湿度传感器，能够通过数字信号输出当前环境的温度和湿度值。DHT11可以通过一条数据信号线连接到微控制器或其他外设，从而实现温湿度的实时测量和数据读取。

DHT11采用单总线通信协议，只需要连接一个数字信号线和两个电源线，即可实现传感器的数据读取。传感器本身具有一定的温度和湿度校准能力，因此输出的数据比较可靠。

DHT11传感器的测量范围为0~50°C的温度和20%~90%的相对湿度，测量精度为±2°C和±5%RH。

【2】通信协议

DHT11采用单总线通信协议，使用一条数据信号线来传输数据，其中包括起始信号、数据位和校验位。通信协议如下：

主机发送一个开始信号给DHT11，即将数据信号线拉低至少18ms以上。
主机发出启动信号之后，拉低数据线至少80us，在这个过程中，DHT11将会检测到主机发送的启动信号，并做出回应。
DHT11响应主机发出的启动信号后，会拉高数据信号线至少80us，表示传输数据前的“准备工作”已经完成。
DHT11开始向主机发送数据，每个数据包包含40个位，高位先传输。在数据传输的过程中，DHT11会将数据信号线从低电平转换为高电平，表示1的开始，持续时间26~~28us，然后将数据线拉低，表示0的开始，持续时间~~70us。
在发送完40位数据后，DHT11会发送一个校验位。校验位的计算方法是将前四个字节数据相加，求出一个8位校验码，将此校验码与第五个字节进行比较，如果相等，则数据传输成功，否则需要重传数据。
主机接收到数据后，需要将数据信号线拉高，以结束传输。

【3】读取DHT11温湿度数据

以下是一个读取DHT11传感器的温度和湿度示例代码：

 Copy Code#include "stm32f10x.h"
 #include "dht11.h"
 
 #define DHT11_GPIO_PORT GPIOB
 #define DHT11_GPIO_PIN GPIO_Pin_12
 
 void delay_us(uint32_t us)
 {
     us *= (SystemCoreClock / 1000000) / 5;
     while (--us);
 }
 
 void dht11_start(void)
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
 
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT11_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 
     GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
 
     /* 发送开始信号 */
     GPIO_ResetBits(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN);
     delay_us(18000);
 
     GPIO_SetBits(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN);
     delay_us(40);
 
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
 
     GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
 }
 
 uint16_t dht11_read_bit(void)
 {
     uint16_t retry = 0;
 
     while (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) == RESET) {
         retry++;
         if (retry > 1000) {
             return 0;
         }
         delay_us(1);
     }
 
     retry = 0;
 
     while (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) == SET) {
         retry++;
         if (retry > 1000) {
             return 0;
         }
         delay_us(1);
     }
 
     if (retry < 30) {
         return 0;
     } else {
         return 1;
     }
 }
 
 uint8_t dht11_read_byte(void)
 {
     uint8_t i;
     uint8_t data = 0;
 
     for (i = 0; i < 8; i++) {
         data <<= 1;
         if (dht11_read_bit()) {
             data |= 0x01;
         }
     }
 
     return data;
 }
 
 uint8_t dht11_read_data(dht11_data_t *data)
 {
     uint8_t i;
     uint8_t buf[5];
     uint8_t checksum = 0;
 
     dht11_start();
 
     if (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) == RESET) {
         /* 等待DHT11响应 */
         while (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) == RESET);
 
         /* 等待DHT11发射数据 */
         while (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) == SET);
 
         /* 接收数据 */
         for (i = 0; i < 5; i++) {
             buf[i] = dht11_read_byte();
         }
 
         /* 校验和 */
         checksum = buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3];
 
         if (checksum == buf[4]) {
             data->humidity = buf[0];
             data->temperature = buf[2];
             return 1;
         }
     }
 
     return 0;
 }
 
 int main(void)
 {
     dht11_data_t data;
 
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
 
     /* 使能GPIOB时钟 */
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
 
     /* 配置DHT11引脚为输入模式 */
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT11_GPIO_PIN;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 
     GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
 
     while (1) {
         if (dht11_read_data(&data)) {
             printf("Temperature: %d°C    Humidity: %d%%n", data.temperature, data.humidity);
         } else {
             printf("Error reading data from DHT11.n");
         }
         delay_us(2000000);
     }
 }

在这个示例代码中，首先定义了一个dht11_data_t结构体，用于保存读取的温度和湿度数据。然后，编写了一些函数来执行DHT11读取操作。

delay_us()函数是一个简单的延迟函数，用于等待一定量的时间。需要精确地计算一个微秒的延迟，并在循环中使用该延迟来等待一段时间。

dht11_start()函数用于发送DHT11的开始信号。将DHT11引脚配置为输出模式，并发送18毫秒的低电平信号，然后再发送40微秒的高电平信号。

dht11_read_bit()函数用于读取DHT11传输的数据位。等待DHT11输出信号的变化，并根据变化的时间来判断数据位的值。如果一个数据位的响应时间小于30微秒，则被判定为0，否则为1。

dht11_read_byte()函数用于读取一个字节的数据（8个数据位）。通过调用dht11_read_bit()函数8次来读取每个数据位，并将结果组合成一个字节。

dht11_read_data()函数用于读取整个DHT11数据包，包括温度、湿度和校验和。首先调用dht11_start()函数发送开始信号，然后等待DHT11发送数据。使用dht11_read_byte()函数读取5个字节的数据，并验证校验和以确保数据完整和正确。

最后，在main()函数中，初始化GPIO口和DHT11传感器，并执行一个循环来读取数据。如果读取成功，则将温度和湿度打印到串口终端上，否则输出错误信息。

　　审核编辑：汤梓红

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