STM32学习100步之第八十六步-第八十八步——温湿度传感器DHT11
温湿度传感器DHT11
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快 响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的 湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内 部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集 成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使 其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚 封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供.
具体参数（测量范围、精度）如下：
硬件连接
注意上拉电阻的连接。
封装如下:
DHT11的供电电压为 3－5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此 期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。
串行接口 (单线双向)
DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。 用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主 机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集, 用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集, 如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后 转换到低速模式。
1.通讯过程如图1所示
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后, 等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换 到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。
总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1。 格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有 响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线 50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
另外需要注意采样间隔不得低于1s在主函数中要用延时函数。
驱动程序如下：
void DHT11_IO_OUT (void){ //端口变为输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_IO; //选择端口号（0~15或all）
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //选择IO接口工作方式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //设置IO接口速度（2/10/50MHz）
GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStructure);
}
void DHT11_IO_IN (void){ //端口变为输入
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_IO; //选择端口号（0~15或all）
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //选择IO接口工作方式
GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStructure);
}
这两个函数分别定义了和DHT11的数据引脚连接的IO端口的输入状态和输出状态。
其中输出状态是单片机为了给DHT11发送信号，为了让DHT11检测起始信号。
输入状态则是单片机用来接收、判断DHT11是否要发来数据。
起始信号发生函数如下：
void DHT11_RST (void){ //DHT11端口复位，发出起始信号（IO发送）
DHT11_IO_OUT();
GPIO_ResetBits(DHT11PORT,DHT11_IO); //
delay_ms(20); //拉低至少18ms
GPIO_SetBits(DHT11PORT,DHT11_IO); //
delay_us(30); //主机拉高20~40us
}
对应着图1的单片机向DHT11发送的起始信号的波形图。
等待DHT11响应的函数如下：
u8 Dht11_Check(void){ //等待DHT11回应，返回1:未检测到DHT11，返回0:成功（IO接收）
u8 retry=0;
DHT11_IO_IN();//IO到输入状态
while (GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO)&&retry<100){//DHT11会拉低40~80us
retry++;
delay_us(1);
}
if(retry>=100)return 1; else retry=0;
while (!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO)&&retry<100){//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
retry++;
delay_us(1);
}
if(retry>=100)return 1;
return 0;
}
注意要将IO端口设置为输入状态，目的是为了检测DHT11的响应，其中定义的retry为等待时间的限度，等待限度为100us，因为响应信号使总线上低电平的时间和高电平的时间为40-80us，因此等待限度为100us足够，增加等待限度的原因是防止DHT11出现故障，使得CPU一直处于循环等待状态，从而死机，并且等待限度存在的意义是要连续检测两个状态，即低电平的时间为40-80us，高电平的时间为40-80us，设置等待限度为100us不会影响第二次高电平结果的读取（检测到低电平之后，开始检测第二个电平，100us大于80us小于160us，因此不会有影响。
读取一位数据的函数：
u8 Dht11_ReadBit(void){ //从DHT11读取一个位 返回值：1/0
u8 retry=0;
while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO)&&retry<100){//等待变为低电平
retry++;
delay_us(1);
}
retry=0;
while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO)&&retry<100){//等待变高电平
retry++;
delay_us(1);
}
delay_us(40);//等待40us //用于判断高低电平，即数据1或0
if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO))return 1; else return 0;
}
这里检测到高电平之后，等待40us，用来区别是高低电平，1电平是26-28us、0电平是70us，若经过40us之后是低电平，则是数据1，反之为数据0。
这里没有设置等待时间限度，即超过一定时间之后，就认为读取失败，其实一般都不会出现硬件的连接错误，因此设置的时间限度的意义就是为了能使循环跳出，不必一直等待。
读取一个字节函数：
u8 Dht11_ReadByte(void){ //从DHT11读取一个字节 返回值：读到的数据
u8 i,dat;
dat=0;
for (i=0;i<8;i++){
dat<<=1;
dat|=Dht11_ReadBit();
}
return dat;
}
DHT11初始化函数：
u8 DHT11_Init (void){ //DHT11初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); //APB2外设时钟使能
DHT11_RST();//DHT11端口复位，发出起始信号
return Dht11_Check(); //等待DHT11回应
}
这里开启对应的时钟功能之后，先使CPU向DHT11发出其实信号，再等待DHT11是否对发出的起始信号做出响应。
读取一次数据的函数：
u8 DHT11_ReadData(u8 *h){ //读取一次数据//湿度值(十进制，范围:20%~90%) ，温度值(十进制，范围:0~50°)，返回值：0,正常;1,失败
u8 buf[5];
u8 i;
DHT11_RST();//DHT11端口复位，发出起始信号
if(Dht11_Check()==0){ //等待DHT11回应
for(i=0;i<5;i++){//读取5位数据
buf[i]=Dht11_ReadByte(); //读出数据
}
if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]){ //数据校验
*h=buf[0]; //将湿度值放入指针1
h++;
*h=buf[2]; //将温度值放入指针2
}
}else return 1;
return 0;
}
这里有数据校验环节，前面的DHT11已经介绍过数据校验的过程，这里采集的数据，只取数据的整数部分。
主函数的调用过程如下：
int main (void){//主程序
u8 b[2];
delay_ms(1000); //上电时等待其他器件就绪
RCC_Configuration(); //系统时钟初始化
RELAY_Init();//继电器初始化
I2C_Configuration();//I2C初始化
OLED0561_Init(); //OLED初始化
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(0," YoungTalk "); //显示字符串
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(2," DHT11 TEST "); //显示字符串
if(DHT11_Init()==0){ //DHT11初始化 返回0成功，1失败
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(4,"Humidity: % "); //显示字符串
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"Temperature: C"); //显示字符串
}else{
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(4,"DHT11INIT ERROR!"); //显示字符串
}
delay_ms(1000);//DHT11初始化后必要的延时（不得小于1秒）
while(1){
if(DHT11_ReadData(b)==0){//读出温湿度值 指针1是湿度 20～90%，指针2是温度 0～50C，数据为十进制
OLED_DISPLAY_8x16(4,9*8,b[0]/10 +0x30);//显示湿度值
OLED_DISPLAY_8x16(4,10*8,b[0]%10 +0x30);//
OLED_DISPLAY_8x16(6,12*8,b[1]/10 +0x30);//显示温度值
OLED_DISPLAY_8x16(6,13*8,b[1]%10 +0x30);//
}else{
OLED_DISPLAY_8x16_BUFFER(6,"DHT11READ ERROR!"); //显示字符串
}
delay_ms(1000); //延时，刷新数据的频率（不得小于1秒）
}
}