嵌入式设计与开发项目-DHT11温湿度传感器程序设计

知识普及：
DHT11是单线接口数字温湿度传感器，温度测量 范围是0 ~ 50℃，湿度测量 范围是20% ~ 90%RH，温度测量精度是 ±2℃，湿度测量精度是 ±5%RH。
DHT11包含一个 电阻式感湿元件和一个 NTC（负温度系数）测温元件，通过双向单线输出温度、湿度数据，一次数据输出40位（高位在前，大约需要4ms），数据格式为： 8位湿度整数 + 8位湿度小数（0） + 8位温度整数 + 8位温度小数（0） + 8位校验和（其中检验和是前4个8位数据之和的后8位）。

时序学习流程：
①单线空闲时为高电平，MCU读取数据时首先发送开始信号（输出低电平，持续时间必须大于18ms），然后切换到输入模式（单线由上拉电阻拉为高电平）等待DHT11;
②DHT11检测到开始信号后触发一次数据采集，并等待单线变为高电平后输出响应信号（低电平，持续时间80us）

一、实现的功能

• ①完成DHT11温湿度传感器数据的实时采集显示；
• ②8个LED的流水灯控制，每隔1s点亮一个灯，按以上步骤重复进行；
• ③编写DHT11温湿度的底层驱动；

二、根据功能实现代码

1、主文件main.c

#include"key.h"
#include"led.h"
#include"lcd.h"
#include"stdio.h"
#include"dht11.h"

unsigned int uiDht_Val;
unsigned char ucSec,ucSec1;
unsigned char pucStr[21];
unsigned long ulTick_ms;

void DHT_Proc(void);

int main(void)
{
    
    
	SysTick_Config(72000);	//定时1ms(HCLK = 72MHz)
	KEY_Init();
	LED_Init();
	
	STM3210B_LCD_Init();
	LCD_Clear(Blue);
	LCD_SetBackColor(Blue);
	LCD_SetTextColor(White);
	while(1)
	{
    
    
		LED_Disp(ucSec);
		DHT_Proc();
	}
}
	void DHT_Proc(void)
	{
    
    
		if(ucSec != ucSec1)
		{
    
    
			ucSec1 = ucSec;
			
			uiDht_Val = dht11_read();
			sprintf((char *)pucStr," Humidity: %2d%%",uiDht_Val >> 24);
			LCD_DisplayStringLine(Line3,pucStr);
			sprintf((char *)pucStr," Temperature: %dC",(uiDht_Val >> 8)&0xff);
			LCD_DisplayStringLine(Line5,pucStr);
		}
	}
	
//SysTick 中断处理程序
	void SysTick_Handler(void)
	{
    
    
		ulTick_ms++;
		if(ulTick_ms % 1000 ==0)
		ucSec++;
	}
	
	

主函数分析：❤️ ❤️ ❤️

1. dht11_read()返回的是36位数据，已经把DHT11的低八位校验和阉割掉，所以湿度的整数位是采集到的数据右移24位；
2. 温室的整数数据是采集到的数据uiDht_Val右移8位取低八位数据；

2、DHT11温湿度的头文件“dht11.h”

#ifndef __DHT11_H
#define __DHT11_H

void dht11_init (void );
void delay(unsigned int n);

unsigned int dht11_read(void);
void DisplayDht11(void);

#endif

简要分析：❤️ ❤️

1. DHT11对于的引脚进行初始化；
2. 设定延时函数根据时序进行接收函数；
3. 获取温湿度数据，返回一个无符号整型的数据；

3、DHT11温湿度的源文件“dht11.c”

#include "stm32f10x.h"

#define delay_us(X)  delayd(X*72/5)

void delayd(unsigned int n)
{
    
    
  while (n--);
}

void dht11_init (void )
{
    
    
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  /* Enable  clock */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  , ENABLE);
  
  /* Configure Ports */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7);

}

void mode_input(void )
{
    
    
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
void mode_output(void )
{
    
    
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

unsigned int dht11_read(void)
{
    
    
  int i;
  long long val;
  int timeout;

  GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7);
  delay_us(18000);  //pulldown  for 18ms
  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7);
  delay_us( 20 );	//pullup for 30us

  mode_input();

  //等待DHT11拉低，80us
  timeout = 5000;
  while( (! GPIO_ReadInputDataBit  (GPIOA, GPIO_Pin_7)) && (timeout > 0) ) timeout--;	 //wait LOW

  //等待DHT11拉高，80us
  timeout = 5000;
  while( GPIO_ReadInputDataBit (GPIOA, GPIO_Pin_7) && (timeout > 0) ) timeout-- ;	 //wait HIGH	

#define CHECK_TIME 28

  for(i=0;i<40;i++)
  {
    
    
	timeout = 5000;
	while( (! GPIO_ReadInputDataBit  (GPIOA, GPIO_Pin_7)) && (timeout > 0) ) timeout--;	 //wait HIGH

	delay_us(CHECK_TIME);
	if ( GPIO_ReadInputDataBit (GPIOA, GPIO_Pin_7) )
	{
    
    
	  val=(val<<1)+1;
	} else {
    
    
	  val<<=1;
	}

	timeout = 5000;
	while( GPIO_ReadInputDataBit (GPIOA, GPIO_Pin_7) && (timeout > 0) ) timeout-- ;	 //wait LOW
  }

  mode_output();
  GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_7);

  if (((val>>32)+(val>>24)+(val>>16)+(val>>8) -val ) & 0xff  ) return 0;
    else return val>>8; 

}

简要分析：❤️ ❤️

1. DHT11温湿度传感器连接到芯片的PA7引脚，dht11_init()初始化即时初始化PA7引脚为推挽输出模式，并设置PA7为高电平；
2. 同时配置PA7引脚推挽输出模式和上拉输入模式，根据时序图进行相对应的发送和接收；
3. **#define delay_us(X) delayd(X*72/5)**可能通过调试计算出来相对准确的延时函数；
4. MCU首先发送开始数据（输出低电平，持续时间必须大于18ms，保证DHT11能检测到开始信号），然后切换到输入模式（单线由上拉电阻拉为高电平），等待DHT11响应；
5. DHT11检测到开始信号后，触发一次数据采集，并等待单线变为高电平后输出响应信号（低电平，持续时间80us），然后输出高电平（持续时间80us）准备输出40位数据；
6. 每位数据都以低电平（持续时间为50us）开始，输出0时高电平持续时间为26~28us，输出1时高电平持续时间为70us。
7. 最后一位数据输出后输出低电平（持续时间50us），单线由上拉电阻拉为高电平进入空闲状态。
8. MCU检测到响应信号从单线读取40位数据，并判断校验是否正确，如果正确则有效，否则丢弃数据。

三、实现功能过程的注意与学习点

1、注意点

1. dht11_read()返回的是32位数据，已经把8位校验和数据除掉了；
2. 分别获取温湿度时，注意向右移的位数；

2、学习的知识点

1. ①根据DHT11传输数据的时序，编写获取DHT11温湿度的驱动；
2. ②掌握通过移位获取相对应的温湿度数据；
3. ③学会使用while循环等待特定的响应信号；
4. ④判断传感器数据输出0或者1时，可以通过判断输出0最大持续时间28us；

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