STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

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前言

1. DHT11簡(jiǎn)介

2. DHT11數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3. DHT11的傳輸時(shí)序

3.1 DHT11開始發(fā)送數(shù)據(jù)流程

3.2 主機(jī)復(fù)位信號(hào)和DHT11響應(yīng)信號(hào)

3.3 數(shù)字 “0” 信號(hào)表示方法

3.4 數(shù)字 “1” 信號(hào)表示方法

4. 硬件分析

5. 實(shí)驗(yàn)程序詳解

5.1 main.c

5.2 DHT11.c

5.3 DHT11.h

前言

????????DHT11數(shù)字溫濕度傳感器不但能測(cè)溫度，還能測(cè)濕度。本節(jié)我們將利用STM32F4來(lái)讀取DHT11的溫濕度傳感器，獲取環(huán)境的溫度和濕度值。

1. DHT11簡(jiǎn)介

????????DHT11是廣州奧松有限公司生產(chǎn)的一款溫濕度一體化的數(shù)字傳感器。該傳感器包括一個(gè)電阻式測(cè)濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連。通過(guò)單片機(jī)等微處理器簡(jiǎn)單的電路連接就能實(shí)時(shí)的采集本地的溫度和濕度。DHT11 與單片機(jī)之間能采用簡(jiǎn)單的單總線進(jìn)行通信，僅僅需要一個(gè)I/O 口。

性能指標(biāo)和特性：

? ? ? ? 工作電壓范圍：3.5V~5.5V
? ? ? ? 工作電流：0.5mA
? ? ? ? 濕度測(cè)量范圍：20-90%RH
? ? ? ? 溫度測(cè)量范圍：0-50℃
? ? ? ? 濕度分辨率：1%RH? 8位
? ? ? ? 溫度分辨率：1℃? 8位
? ? ? ? 采樣周期：1S
? ? ? ? 單總線結(jié)構(gòu)
? ? ? ? 與TTL兼容（5V）

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

2. DHT11數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。通過(guò)單個(gè)數(shù)據(jù)的引腳端口就可以完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（5*8=40Bit）組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先行。

數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和

? ? ? ? ? ? ? ? 其中校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前四個(gè)字節(jié)相加。

DHT11和DS18B20相同，傳感器輸出的都是未編碼的二進(jìn)制數(shù)字。數(shù)據(jù)（濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù)）之間應(yīng)該分開進(jìn)行處理。

比方說(shuō)：

???????? STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

DHT11溫濕度傳感器一次完整的數(shù)據(jù)傳輸位如上圖所示

那么：humidity（濕度）=byte4 . byte3=45.0（%RH）

? ? ? ? ? ?temperature（溫度）=byte2 . byte1=28.0（℃）

? ? ? ? ? ?校驗(yàn)位byte0：byte4+byte3+byte2+byte1=73（humidity+temperature）

因此：溫濕度的讀取方式就是整數(shù)部分的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制放在整數(shù)部分；小數(shù)部分的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制放在小數(shù)部分。

注意：DHT11和MCU的一次通訊時(shí)間最大3ms，主機(jī)連續(xù)向DHT11采樣的間隔建議不小于100ms。

3. DHT11的傳輸時(shí)序

3.1 DHT11開始發(fā)送數(shù)據(jù)流程

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，延時(shí)等待20us~40us后讀取DHT11的應(yīng)答信號(hào)，正常的話，DHT11 會(huì)拉低數(shù)據(jù)線，保持40~50us時(shí)間，讀取總線為低電平，說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線拉高，保持40-50us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位 bit 數(shù)據(jù)都以低電平開始。

如果讀取響應(yīng)為高電平，則DHT11沒(méi)有響應(yīng)，檢查線路是否連接正常。

3.2 主機(jī)復(fù)位信號(hào)和DHT11響應(yīng)信號(hào)

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

主機(jī)發(fā)送復(fù)位信號(hào)后，主機(jī)拉低總線，延時(shí)至少18ms，然后將主機(jī)拉高，延遲20-40us等待DHT11的應(yīng)答信號(hào)。讀取總線電平，如果為低電平，則表示從機(jī)DHT11發(fā)送應(yīng)答信號(hào)成功。然后從機(jī)把總線拉高，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。之所以拉高，是因?yàn)槊堪l(fā)送一位數(shù)據(jù)都是以低電平開始的，為發(fā)送數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

3.3 數(shù)字 “0” 信號(hào)表示方法

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

因?yàn)镈HT11也是遵循單總線協(xié)議的。所以也是通過(guò)高低電平延時(shí)不同時(shí)間進(jìn)行組合來(lái)發(fā)送邏輯1或者邏輯0.

從機(jī)DHT11拉低總線，延時(shí)12-14us，然后從機(jī)釋放總線，延時(shí)26-28us。表示發(fā)送數(shù)字 “0”?

3.4 數(shù)字 “1” 信號(hào)表示方法

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

從機(jī)DHT11拉低總線，延時(shí)12-14us，然后從機(jī)釋放總線，延時(shí)116-118us。表示發(fā)送數(shù)字 “1”?

4. 硬件分析

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

VCC：正電源，支持3.5V~5.5V
Dout：輸出引腳
NC：空腳
GND：地

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的第一腳接電源正極，第四腳接電源地端。數(shù)據(jù)端為第二腳。第二端數(shù)據(jù)引腳可以直接接在主機(jī)(單片機(jī))的IO口。同時(shí)為了提高穩(wěn)定性，一般在數(shù)據(jù)端和電源正極之間接一只4.7K的上拉電阻。第三腳NC為空腳，此管腳懸空不用。

STM32F4_DHT11數(shù)字溫濕度傳感器

5. 實(shí)驗(yàn)程序詳解

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開機(jī)的時(shí)候先檢測(cè)是否有DHT11存在，如果沒(méi)有，則提示錯(cuò)誤。只有在檢測(cè)到DHT11之后才會(huì)開始讀取溫濕度值。如果發(fā)現(xiàn)了DHT11，則程序每隔100ms左右讀取一次數(shù)據(jù)。

5.1 main.c

#include "stm32f4xx.h"                 
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "LED.h"
#include "lcd.h"
#include "Key.h"
#include "usmart.h"
#include "MyI2C.h"
#include "AT24C02.h"
#include "DS18B20.h"
#include "DHT11.h"

//LCD狀態(tài)設(shè)置函數(shù)
void led_set(u8 sta)//只要工程目錄下有usmart調(diào)試函數(shù)，主函數(shù)就必須調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)
{
	LED1=sta;
}
//函數(shù)參數(shù)調(diào)用測(cè)試函數(shù)
void test_fun(void(*ledset)(u8),u8 sta)
{
	led_set(sta);
}
int main(void)
{
	u8 t=0;
	u8 temperature;
	u8 humidity;
	delay_init(168);
	uart_init(115200);
	
	LED_Init();
	LCD_Init();
	
	POINT_COLOR=RED;
	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DHT11 Text");
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTER");
	LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2023/20/23");
	
	while(DHT11_Init())//返回1表示沒(méi)有檢測(cè)到DHT11的存在，報(bào)錯(cuò)
	{
		LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DHT11 Rrror");
		delay_ms(200);
		LCD_Fill(30,130,239,130+16,WHITE);  //清除這塊區(qū)域 x 30~239 y 130~130+16
		delay_ms(200);
	}
	LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DHT11 OK");
	POINT_COLOR=BLUE;
	LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Temperature:  C");
	LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Humidity:  %");
	while(1)
	{
		if(t%10==0) //每100ms讀取一次
		{
			DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);  //讀取溫濕度的值
			LCD_ShowNum(30+12*8,150,temperature,2,16);  //顯示溫度
			LCD_ShowNum(30+9*8,170,humidity,2,16);  //顯示濕度
		}
		delay_ms(10);
		t++;
		if(t==20)
		{
			t=0;
			LED0=!LED0;
		}
	}
}

5.2 DHT11.c

#include "stm32f4xx.h"            
#include "DHT11.h"
#include "delay.h"


//復(fù)位DHT11
void DHT11_Reset(void)
{
	//復(fù)位DHT11的時(shí)序：主機(jī)拉低總線，延時(shí)至少18ms，然后主機(jī)拉高總線，延時(shí)20-40us，等待從機(jī)應(yīng)答
	DHT11_IO_OUT(); //復(fù)位時(shí)序是主機(jī)來(lái)完成的，所以首先設(shè)置主機(jī)IO引腳輸出模式
	DHT11_DQ_OUT=0;  //主機(jī)拉低總線
	delay_ms(20);   //延時(shí)至少18ms
	DHT11_DQ_OUT=1;  //主機(jī)拉高總線
	delay_us(30);    //延時(shí)20-40us
}
//等待DHT11的應(yīng)答信號(hào)
//返回1：未檢測(cè)到DHT11的存在
//返回0：存在
u8 DHT11_CheckExist(void)
{
	//應(yīng)答信號(hào)的時(shí)序是：主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)后，從機(jī)DHT11會(huì)拉低信號(hào)線，保持40-50us。此時(shí)，若讀取主機(jī)總線為低電平，這說(shuō)明DHT11發(fā)送了應(yīng)答信號(hào)
	//DHT11發(fā)送應(yīng)答信號(hào)之后，再把總線拉高，保持40-50us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位bit數(shù)據(jù)都是以低電平開始的。
	u8 Existence=0;
	DHT11_IO_IN();  //主機(jī)IO引腳設(shè)置為輸入模式，等待從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)輸入
	while(DHT11_DQ_IN&&Existence<100) //從機(jī)DHT11會(huì)拉低信號(hào)線，保持40-80us，等待應(yīng)答  按位&&操作必須兩個(gè)條件都為真才是真
	{
		//DHT11_DQ_IN為真，就一直在這里循環(huán)，表示始終沒(méi)有接收到從機(jī)DHT11的應(yīng)答信號(hào)；因?yàn)榭偩€拉低，讀取高電平是始終沒(méi)有響應(yīng)的
		//DHT11_DQ_IN是從機(jī)DHT11發(fā)送主機(jī)MCU的信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)時(shí)，從機(jī)會(huì)拉低信號(hào)線，因此，如果主機(jī)收到的是高電平，那么意味著沒(méi)有發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
		//Existence<100表示：設(shè)置一個(gè)緩沖時(shí)間去等待從機(jī)發(fā)送應(yīng)答，這里設(shè)置的就是100us
		Existence++;
		delay_us(1);
	}
	if(Existence>=100)
	{
		return 1; //主機(jī)給從機(jī)的緩沖時(shí)間是100us，主機(jī)等了從機(jī)100us還是沒(méi)有接收到應(yīng)答信號(hào)，那么返回信息，未檢測(cè)到DHT11的存在
	}
	else         //在給定的100us內(nèi)接收到了應(yīng)答信號(hào)，將緩沖計(jì)時(shí)變量Existence清0，為后續(xù)總線拉高后延遲做準(zhǔn)備
		Existence=0;
	while(!DHT11_DQ_IN&&Existence<100) //拉低后再次拉高，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，延遲40-80us
	{
		//!DHT11_DQ_IN表示主機(jī)接收到了應(yīng)答信號(hào)，也就是主機(jī)接收到了低電平，延遲100us
		Existence++;
		delay_us(1);
	}
	if(Existence>=100)
	{
		return 1;
	}
	return 0;
}
//從DHT11讀取一個(gè)位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)
{
	//DHT11讀取一位的時(shí)序：不管讀的那一位是高電平1還是低電平0，首先從機(jī)DHT11都需要拉低總線
	//數(shù)據(jù)0：從機(jī)拉低總線，延時(shí)12-14us，然后從機(jī)釋放總線，延時(shí)26-28us
	//數(shù)據(jù)1：從機(jī)拉低總線，延時(shí)12-14us，然后從機(jī)釋放總線，延時(shí)116-118us
	u8 data=0;
	while(DHT11_DQ_IN&&data<100)//等待變?yōu)榈碗娖?		//主機(jī)從DHT11讀取一位，從機(jī)要拉低總線，在沒(méi)有拉低之前，主機(jī)收到的DHT11_DQ_IN一定是高電平1,而通過(guò)觀察低電平的時(shí)序可以發(fā)現(xiàn)，不管是邏輯1還是0，低電平延時(shí)12-14us
	//所以設(shè)置的100us是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低電平延時(shí)時(shí)間的，所以data<100這個(gè)條件在此while循環(huán)中一定為真，跳出循環(huán)的條件一定是DHT11_DQ_IN=0，也就是等待變?yōu)榈碗娖?	{
		data++;
		delay_us(1);
	}
	data=0; //離開while循環(huán)時(shí)主機(jī)一定收到了低電平，此時(shí)DHT11_DQ_IN=0；設(shè)置data=0是為后續(xù)等待高電平做準(zhǔn)備
	while(!DHT11_DQ_IN&&data<100) //等待變?yōu)楦唠娖?	{
		//從上面的循環(huán)出來(lái)時(shí)，DHT11_DQ_IN=0，取反就為真
		//條件data<100：低電平0的整個(gè)發(fā)送時(shí)序延時(shí)時(shí)間(包括低電平延時(shí)12-14us，高電平延時(shí)26-28us)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100us，所以data<100在該循環(huán)中也是始終為真的
		//				高電平1的整個(gè)發(fā)送時(shí)間是大于100us的(低電平延時(shí)12-14us，高電平延時(shí)116-118us)
		//經(jīng)分析，離開循環(huán)的條件是DHT11_DQ_IN變?yōu)楦唠娖?1，取反等于0，為假。在低電平0的12-14us過(guò)去以后，高電平信號(hào)就會(huì)來(lái)臨
		data++;
		delay_us(1);
	}
	//delay_us(40) 沒(méi)有這個(gè)延遲40us是無(wú)法判斷是數(shù)據(jù)1還是數(shù)據(jù)0的
	delay_us(40);//從上一個(gè)while循環(huán)出來(lái)以后，時(shí)序停留在剛剛變?yōu)楦唠娖降乃查g，這個(gè)時(shí)候延時(shí)40us，數(shù)據(jù)0會(huì)跳過(guò)高電平，數(shù)據(jù)1會(huì)停留在高電平
	if(DHT11_DQ_IN) //這個(gè)時(shí)候根據(jù)主機(jī)讀到的是1還是0設(shè)置返回值
		return 1;
	else
		return 0;
}
//從DHT11讀取一個(gè)字節(jié)
//返回值：讀到的數(shù)據(jù)
u8 DHT11_Read_Byte(void)
{
	u8 i,data;
	data=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		data=data<<1;  //DHT11讀取的字節(jié)是高位先行的，所以每循環(huán)一次都要將上次讀取的那一位左移，右側(cè)最低位補(bǔ)0，每次都將新讀取的那一位數(shù)據(jù)和0進(jìn)行|或運(yùn)算。
		data=data|DHT11_Read_Bit();
	}
	return data;
}
//從DHT11讀取一位數(shù)據(jù)
//temperature：溫度值(范圍：0~50℃)
//humidity：濕度值(范圍：20%~90%)
//返回值：0 正常；1 讀取失敗
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temperature,u8 *humidity)
{
	//DHT11的數(shù)據(jù)格式是：5個(gè)字節(jié)，40位數(shù)據(jù)，前兩位是濕度的整數(shù)和小數(shù)部分，第三、第四位是溫度的整數(shù)和小數(shù)部分，最后一位是校驗(yàn)位
	u8 Buf[5]; //定義一個(gè)數(shù)組來(lái)存放收到的5個(gè)字節(jié)的數(shù)組
	u8 i;
	DHT11_Reset();
	if(DHT11_CheckExist()==0)  //應(yīng)答信號(hào)返回值為0，表示檢測(cè)到了DHT11應(yīng)答信號(hào)
	{
		for(i=0;i<5;i++) //調(diào)用讀字節(jié)函數(shù)將讀取到的5個(gè)字節(jié)存放到Buf數(shù)組中
		{
			Buf[i]=DHT11_Read_Byte();
		}
		if((Buf[0]+Buf[1]+Buf[2]+Buf[3])==Buf[4]) //檢驗(yàn)成功
		{
			*humidity=Buf[0];   //這里只顯示了溫濕度的整數(shù)部分
			*temperature=Buf[2];
		}
	}
	else
		return 1;  //DHT11_CheckExist()==1 表示沒(méi)有檢測(cè)到DHT11的應(yīng)答信號(hào)，報(bào)錯(cuò)
	return 0; //返回正常情況
}
//初始化DHT11的IO口 DQ 同時(shí)檢測(cè)DHT11的存在
//返回1：不存在
//返回0：存在
u8 DHT11_Init(void)
{
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG,ENABLE);  //使能GPIOG時(shí)鐘
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;  //默認(rèn)設(shè)置為輸出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
	
	DHT11_Reset();
	return DHT11_CheckExist(); //初始化返回檢測(cè)DHT11是否成功，0：成功 1：收不到應(yīng)答信號(hào)，報(bào)錯(cuò)
}

5.3 DHT11.h

#ifndef _DHT11__H_
#define _DHT11__H_
#include "sys.h"


//IO方向設(shè)置
//IO方向是通過(guò)位段設(shè)置的，調(diào)用GPIO模式寄存器，以下代碼已經(jīng)多次使用，如有不理解，可回頭溫習(xí)DS18B20的實(shí)驗(yàn)代碼
#define DHT11_IO_IN() {GPIOG->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOG->MODER|=0<<9*2;}	//PG9輸入模式
#define DHT11_IO_OUT() {GPIOG->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOG->MODER|=1<<9*2;} 	//PG9輸出模式 

//IO引腳設(shè)置
#define DHT11_DQ_OUT PGout(9)  //PG9輸出
#define DHT11_DQ_IN PGin(9)    //PG9輸入


void DHT11_Reset(void);
u8 DHT11_CheckExist(void);
u8 DHT11_Read_Bit(void);
u8 DHT11_Read_Byte(void);
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temperature,u8 *humidity);
u8 DHT11_Init(void);

#endif

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