STM32F103C8T6+温湿度传感器DHT11实现温湿度采集

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STM32F103C8T6+温湿度传感器DHT11实现温湿度采集

通信原理

单总线通信

DHT11器件采用简化的单总线通信。单总线只有一根数据线，主从机之间的数据交换、控制命令等均由单总线完成。在单总线系统中，只有当主机呼叫从机时，从机才能应答。

挂载于单总线上的设备，必须通过一个漏极开路或三态端口连接至该数据线，以允许设备在不发生数据时能够释放总线。单总线通常要求外接一个4.7kΩ的上拉电阻，这样，当总线闲置时，总线上始终是高电平

传输数据位定义

一次传送40位数据，高位先出。数据格式位：

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。
注：其中湿度小数部分为0。

校验位的数据定义：

“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校验位等于所得结果的末8位。

数据传输时序：

数据采集流程

1. 首先，对MCU进行初始化，将MCU的I/O口设置推挽输出，有上拉电阻。代码见下：

/*Configure GPIO pin : DHT11_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

2. MCU发送开始信号——I/O口输出低电平，最少不小于18ms，最大不大于30ms。

3. 将MCU的I/O设置为浮空输入状态，等待DHT11的应答信号，总线由于上拉电阻的存在变为高电平，设置I/O的代码如下：

/*
 * 函数名：DHT11_Mode_IPU
 * 描述  ：使DHT11-DATA引脚变为浮空输入模式
 * 输入  ：无
 * 输出  ：无
 */
void DHT11_Mode_IPU(void)
{
     
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    /*选择要控制的DHT11_GPIO_PORT引脚*/
    GPIO_InitStruct.Pin=DHT11_Pin;
    /*设置引脚模式为浮空输入模式*/
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    /*调用库函数，初始化DHT11_GPIO_PORT*/
    HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}

接下来就是DHT11向MCU发送数据的过程。

首先，在DHT11检测到外部有MCU发来的低电平信号时，等外部信号低电平结束后，延迟后输出83us的低电平作为应答信号，紧接着输出87us的高电平通知外设准备接收。

4. MCU延时30us后，检测总线上是否出现低电平（应答信号），如不响应则返回error信息。如响应后先等待低电平结束，再等待高电平结束，即可开始接收40位有效数据。

位数据“0”的格式为：54微秒的低电平和23-27微秒的高电平，位数据“1”的格式为：54微秒的低电平加68-74微秒的高电平

5. MCU等待低电平结束，根据DHT11中0、1的表示方法可知，通过检测x毫秒后总线上的电平状态即可获得数据，此处的x大于数据’0‘高电平的持续时间。此处需要注意的是，数据为高位先出。代码如下：

/*
 * 从DHT11读取一个字节，MSB先行
 */
uint8_t DHT11_ReadByte ( void )
{
     
    uint8_t i, temp=0;


    for(i=0;i<8;i++)
    {
     
        /*每bit以50us低电平标置开始，轮询直到从机发出的50us 低电平 结束*/
        while(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_RESET);

        /*DHT11 以26~28us的高电平表示“0”，以70us高电平表示“1”，
         *通过检测 x us后的电平即可区别这两个状 ，x 即下面的延时
         */
        CPU_TS_Tmr_Delay_US(30); //延时x us 这个延时需要大于数据0持续的时间即可

        if(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_SET)/* x us后仍为高电平表示数据“1” */
        {
     
            /* 等待数据1的高电平结束 */
            while(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_SET);

            temp|=(uint8_t)(0x01<<(7-i));  //把第7-i位置1，MSB先行
        }
        else    // x us后为低电平表示数据“0”
        {
     
            temp&=(uint8_t)~(0x01<<(7-i)); //把第7-i位置0，MSB先行
        }
    }

    return temp;

}

6. MCU再读取完40位数据后，需要检查数据的正确性。

校验位的数据定义：

“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校验位等于所得结果的末8位。

至此就完成了DHT11的一次数据采集。下面是一次完整采集的函数代码：

/*
 * 一次完整的数据传输为40bit，高位先出
 * 8bit 湿度整数 + 8bit 湿度小数 + 8bit 温度整数 + 8bit 温度小数 + 8bit 校验和
 */
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{
     
    /*输出模式*/
    DHT11_Mode_Out_PP();
    /*主机拉低*/
    DHT11_Dout_0;
    /*延时18ms*/
    HAL_Delay(25);

    /*总线拉高 主机延时30us*/
    DHT11_Dout_1;

    CPU_TS_Tmr_Delay_US(30);   //延时30us
    /*主机设为输入 判断从机响应信号*/
    DHT11_Mode_IPU();

    /*判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行*/
    if(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_RESET)
    {
     
        /*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/
        while(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_RESET);

        /*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
        while(DHT11_Dout_IN()==GPIO_PIN_SET);

        /*开始接收数据*/
        DHT11_Data->humi_int= DHT11_ReadByte();

        DHT11_Data->humi_deci= DHT11_ReadByte();

        DHT11_Data->temp_int= DHT11_ReadByte();

        DHT11_Data->temp_deci= DHT11_ReadByte();

        DHT11_Data->check_sum= DHT11_ReadByte();


        /*读取结束，引脚改为输出模式*/
        DHT11_Mode_Out_PP();
        /*主机拉高*/
        DHT11_Dout_1;

        /*检查读取的数据是否正确*/
        if(DHT11_Data->check_sum == DHT11_Data->humi_int + DHT11_Data->humi_deci + DHT11_Data->temp_int+ DHT11_Data->temp_deci)
            return SUCCESS;
        else
            return ERROR;
    }

    else
        return ERROR;

}