基于Freertos的ESP-IDF开发——6.使用DHT1温湿度传感器

0. 前言

开发环境：ESP-IDF 4.3
操作系统：Windows10 专业版
开发板：自制的ESP32-WROOM-32E
准备一个DHT11温湿度传感器

DHT11是比较经典的入门级温湿度传感器，这节我们学习使用它来测得周边环境的温湿度数据。

1. DHT11驱动原理

其控制时序如下：

1. 主机发送起始信号：主机将总线拉低至少18ms，然后拉高20-40us，等待DHT11响应。
2. DHT11响应信号：DHT11在收到起始信号后，会将总线拉低80us，然后拉高80us，表示已经准备好发送数据。
3. DHT11发送数据：DHT11会依次发送40位数据，每一位数据的时间长度为50us，高电平表示1，低电平表示0。
4. 主机接收数据：主机在接收到每一位数据后，会等待50us，然后再接收下一位数据。
5. 数据校验：DHT11发送完40位数据后，会再次将总线拉低50us，然后拉高80us，表示数据已经发送完毕。主机接收到数据后，需要进行校验，确保数据的正确性。
6. 通信结束：主机在接收到数据后，需要将总线拉高至少40us，表示通信结束。

需要注意的是，DHT11的控制时序非常严格，如果时序不正确，可能会导致数据传输失败。因此，在使用DHT11时，需要仔细按照时序进行控制。

首先，我们将引脚设置为输出模式，并将其拉低20毫秒，然后将其拉高，最后将其设置为输入模式。

然后，我们等待DHT11的响应信号，并开始读取数据。

我们使用FreeRTOS的计时器来计算每个位的持续时间，并将其转换为0或1的位。

2. 完整代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "driver/gpio.h" 
#include 

#define DHT11_GPIO	26		// DHT11引脚定义
const static char *TAG = "DHT11_Demo";

// 温度是10倍，/10有1位小数
int temp_x10 = 123;
int humidity = 60;
const int channel = 0;

uint8_t DHT11_PIN = -1;
// 将RMT读取到的脉冲数据处理为温度和湿度
static int parse_items(rmt_item32_t *item, int item_num, int *humidity, int *temp_x10);


// DHT11 初始化
void DHT11_Init(uint8_t dht11_pin)
{
	DHT11_PIN = dht11_pin;
	const int RMT_CLK_DIV = 80;										// RMT计数器时钟分频器
	const int RMT_TICK_10_US = (80000000 / RMT_CLK_DIV / 100000);	// RMT计数器10us.(时钟源是APB时钟)
	const int rmt_item32_tIMEOUT_US = 1000;							// RMT接收超时us
	rmt_config_t rmt_rx = {
		.gpio_num = dht11_pin,
		.channel = channel,
		.clk_div = RMT_CLK_DIV,
		.mem_block_num = 1,
		.rmt_mode = RMT_MODE_RX,					// 接收模式
		.rx_config.filter_en = false,
		.rx_config.filter_ticks_thresh = 100,
		.rx_config.idle_threshold = rmt_item32_tIMEOUT_US / 10 * (RMT_TICK_10_US),
	};
	rmt_config(&rmt_rx);
	rmt_driver_install(rmt_rx.channel, 1000, 0);	// 安装驱动
	//rmt_driver_uninstall(rmt_rx.channel)			// 卸载驱动
}

// 将RMT读取到的脉冲数据处理为温度和湿度
static int parse_items(rmt_item32_t *item, int item_num, int *humidity, int *temp_x10)
{
	int i = 0;
	unsigned rh = 0, temp = 0, checksum = 0;
	if (item_num < 42){					// 检查是否有足够的脉冲数
		ESP_LOGI(TAG, "item_num < 42  %d",item_num);
		return 0;
	}
	item++;								// 跳过开始信号脉冲
	for (i = 0; i < 16; i++, item++){	// 提取湿度数据
		rh = (rh << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	for (i = 0; i < 16; i++, item++){	// 提取温度数据
		temp = (temp << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	for (i = 0; i < 8; i++, item++){	// 提取校验数据
		checksum = (checksum << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	// 检查校验
	if ((((temp >> 8) + temp + (rh >> 8) + rh) & 0xFF) != checksum){
		ESP_LOGI(TAG, "Checksum failure %4X %4X %2X\n", temp, rh, checksum);
		return 0;
	}
	// 返回数据
	*humidity = rh >> 8;
	*temp_x10 = (temp >> 8) * 10 + (temp & 0xFF);
	return 1;
}


// 使用RMT接收DHT11数据
int DHT11_StartGet(int *temp_x10, int *humidity)
{
	RingbufHandle_t rb = NULL;
	size_t rx_size = 0;
	rmt_item32_t *item;
	int rtn = 0;
	//获得RMT RX环形缓冲区句柄，并处理RX数据
	rmt_get_ringbuf_handle(channel, &rb);
	if (!rb){
		return 0;
	}
	//发送20ms脉冲启动DHT11单总线
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 1);
	gpio_set_direction(DHT11_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);
	ets_delay_us(1000);
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 0);
	ets_delay_us(20000);

	//将rmt_rx_start和rmt_rx_stop放入缓存
	rmt_rx_start(channel, 1);
	rmt_rx_stop(channel);

	//信号线设置为输入准备接收数据
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 1);
	gpio_set_direction(DHT11_PIN, GPIO_MODE_INPUT);

	//这次启动RMT接收器以获取数据
	rmt_rx_start(channel, 1);

	//从环形缓冲区中取出数据
	item = (rmt_item32_t *)xRingbufferReceive(rb, &rx_size, 2);
	if (item != NULL){
		int n;
		n = rx_size / 4 - 0;
		// 解析来自ringbuffer的数据值.
		rtn = parse_items(item, n, humidity, temp_x10);
		// 解析数据后，将空格返回到ringbuffer.
		vRingbufferReturnItem(rb, (void *)item);
	}
	//停止RMT接收
	rmt_rx_stop(channel);
	return rtn;
}

// 温度 湿度变量
int temp = 0,hum = 0;

// 主函数
void app_main(void)
{
	ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
	vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);

	ESP_LOGI(TAG, "[APP] APP Is Start!~\r\n");
	ESP_LOGI(TAG, "[APP] IDF Version is %d.%d.%d",ESP_IDF_VERSION_MAJOR,ESP_IDF_VERSION_MINOR,ESP_IDF_VERSION_PATCH);
	ESP_LOGI(TAG, "[APP] Free memory: %d bytes", esp_get_free_heap_size());
	ESP_LOGI(TAG, "[APP] IDF version: %s", esp_get_idf_version());
	
	DHT11_Init(DHT11_GPIO);
	while (1){
		if (DHT11_StartGet(&temp, &hum)){
			ESP_LOGI(TAG, "[%lld] temp->%i.%i C     hum->%i%%", esp_timer_get_time(), temp / 10, temp % 10, hum);
		}
		vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
	}
}

3. 演示效果

如图所示，这是我把它放在了我的电脑排风口附近测得的温度：

4. 其他FreeRtos文章

基于Freertos的ESP-IDF开发——0.Windows下espidf的环境搭建
基于Freertos的ESP-IDF开发——1.HelloWorld
基于Freertos的ESP-IDF开发——2.点亮一颗LED
基于Freertos的ESP-IDF开发——3.使用任务（上）
基于Freertos的ESP-IDF开发——3.使用任务（中）
基于Freertos的ESP-IDF开发——3.使用任务（下）
基于Freertos的ESP-IDF开发——4.使用任务的方式来点亮LED灯
基于Freertos的ESP-IDF开发——5.使用按键[不带消抖、带消抖、长按短按识别]