Esp8266 进阶之路19 【外设篇①】esp8266驱动 ds18b20、dht11 温湿度传感器,采集温湿度传感器到服务器。(附带Demo)



一、前言;


话说在群看到蛮多人不知道8266有很多强大的地方,比如独立驱动传感器比如 DS18B20 ,强大之处,无所不在的,可以省去我们很多其他资源,比如现在很多人都是通过89C52来串口通讯8266的 AT 指令来操作上报温湿度传感器,这样的想法有点看小了 8266 ,8266可以单独采集温湿度传感器进而上传到服务器哦!

  • 驱动经典的温度传感器 DS18B20 ,串口打印出温度;

  • 驱动经典的温湿度传感器 DHT11 ,串口打印出温度和湿度;


二、效果图和设备连线;


  • ds8b20dht11采集的温度误差一度,原因在于ds18b20的采集精度12Bitdht118Bit高!
    这里写图片描述

  • 本博文的实物接线图;

这里写图片描述


三、DHT11的时序解读;


设备的信息,我相信网上很多大神都讲述的非常清楚,我这里都不再过多详细说了;

  • 产品测量范围:湿度:20-90%RH; 温度: 0-50℃ ;
  • 测量精度:8Bit
  • 通讯协议:单向双线通讯,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;

通讯的过程,我相信网上很多大神都讲述的非常清楚,同样的,我这里都不再过多详细说了;

  • ①:8266拉低总线,下降沿触发dht11,低电平持续至少 18ms , 再拉高电平,等待dht11是否有回复拉低电平;
  • ②:此刻dht11会拉低电平响应信号,持续80us,表示正确开始通讯,此刻开始拉高电平持续80us, 准备传送数据!
  • ③:此刻传来的数据是0或者1,注意0的高电平持续时间为26us~28us,而1的高电平持续时间为80us这个各有说法,总的来说是80us) , 这个是不是和红外线的通讯很相似啊?
  • ④: 通讯完毕之后,需要8266主动拉高电平,因为dht11只有MCU主动请求,才会读取温湿度,如果不主动拉高,否则一直在读取温湿度!

通讯流程总图:

这里写图片描述


当发出数据0的时序图:


这里写图片描述


当发出数据1的时序图:


这里写图片描述


四 、DHT11的代码解读;


  • 初始化端脚GPIO5
//注意修改此端脚。需要修改对应的GPIO寄存器
PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO5_U, FUNC_GPIO5);
  • 读数据之前的时序:
    //禁止端口中断操作
    ets_intr_lock();

    // 设置连接DHT11的引脚输出为高,持续20毫秒
    GPIO_OUTPUT_SET(DHT_PIN, 1);
    delay_ms(20);

    // 设置连接DHT11的引脚输出为低,持续20毫秒
    GPIO_OUTPUT_SET(DHT_PIN, 0);
    delay_ms(20);

    // 设置连接DHT11的引脚设置为输入,并延时40微秒,准备读写
    GPIO_DIS_OUTPUT(DHT_PIN);
    os_delay_us(40);

    // 限时等待连接DHT11的引脚输入状态变成0,即等待获取DHT响应,如长时间未变为0则转为读取失败状态
    while (GPIO_INPUT_GET(DHT_PIN) == 1 && i < DHT_MAXCOUNT) {
        if (i >= DHT_MAXCOUNT) {
            goto fail;
        }
        i++;
    }

  • 核心代码:
    // 通过循环读取DHT返回的40位0、1数据
    for (i = 0; i < MAXTIMINGS; i++) {
        // 每次循环计数归零
        counter = 0;
        //如果输入引脚状态没有改变,则计数加1并延时1微妙,如果计数超过1000,也就是说同一输入状态持续1000微妙以上,或者输入状态改变,则结束while循环
        while (GPIO_INPUT_GET(DHT_PIN) == laststate) {
            counter++;
            os_delay_us(1);
            if (counter == 1000)
                break;
        }
        //记录最新的输入状态
        laststate = GPIO_INPUT_GET(DHT_PIN);
        //如果计数超过1000,结束for循环
        if (counter == 1000)
            break;

        // 根据读取时序,DHT相应开始后,第三次脉冲跳变后的高电平时间长短则为0或者1的值,尔后每次先一个50微妙的开始发送数据信号后为具体数据,据此规律进行脉冲读取
        //如果为代表0、1数据的脉冲,则读取值,少于模块定义的时长为0,大于为1,通过位操作将收到的5组8位数据分别存入data0至4中,分别代表湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数及校验和的值
        if ((i > 3) && (i % 2 == 0)) {
            //默认为0,则左移动一位,最低一位补0
            data[bits_in / 8] <<= 1;
            //如果大于32us,则数据为1,和1相与,最低位为1
            if (counter > BREAKTIME) {
                data[bits_in / 8] |= 1;
            }
            bits_in++;
        }
    }

  • 注意事项:

    • 此时序将收到DHT11的 5组8位数据,也就是 int byte[4], 提示1Byte=8bit , 分别是 湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数及校验和的值。

    • 收到5组8位数据后,则计算校验和为: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;

     //根据data前4位计算校验和,保留低八位
    int checksum = (data[0] + data[1] + data[2] + data[3]) & 0xFF;

    //如果计算得到的校验和与读取到的不一致,则表示读取失败
    if (data[4] != checksum) {
        goto fail;
    }

五 、DS18B20的代码解读;


  • 第一次接触ds18b20是在大二2015年时候,老师说个什么ds, 印象不深刻,记得就是一个传感器,想着应该是很复杂吧。现在再来复习一遍,温故而知新!

    • ds18b20的操作比上面的dht11逻辑稍微复杂些,其实我觉得也差不多;
    • 大家可参考此视频讲解:点我观看

/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20Init
 * 函数功能        : 初始化
 * 输    入         : 无
 * 输    出         : 初始化成功返回1,失败返回0
 *******************************************************************************/

uint8 Ds18b20Init() {
    int i;

    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTMS_U, FUNC_GPIO14);
    GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 0);      //将总线拉低480us~960us
    os_delay_us(642);        //延时642us
    GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 1); //然后拉高总线,如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低
    while (GPIO_INPUT_GET(DSPORT))  //等待DS18B20拉低总线
    {
        Delay1ms(1);
        i++;
        if (i > 5)  //等待>5MS
                {
            return 0;   //初始化失败
        }

    }
    return 1;   //初始化成功
}

/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20WriteByte
 * 函数功能        : 向18B20写入一个字节
 * 输    入         : com
 * 输    出         : 无
 *******************************************************************************/

void Ds18b20WriteByte(uint8 dat) {
    int i, j;

    for (j = 0; j < 8; j++) {
        GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 0);           //每写入一位数据之前先把总线拉低1us
        i++;
        GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, dat & 0x01);              //然后写入一个数据,从最低位开始
        os_delay_us(70); //延时68us,持续时间最少60us
        GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 1); //然后释放总线,至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值
        dat >>= 1;
    }
}
/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20ReadByte
 * 函数功能        : 读取一个字节
 * 输    入         : com
 * 输    出         : 无
 *******************************************************************************/

uint8 Ds18b20ReadByte() {
    uint8 byte, bi;
    int i, j;
    for (j = 8; j > 0; j--) {
        GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 0); //先将总线拉低1us
        i++;
        GPIO_OUTPUT_SET(DSPORT, 1);   //然后释放总线
        i++;
        i++;      //延时6us等待数据稳定
        bi = GPIO_INPUT_GET(DSPORT);     //读取数据,从最低位开始读取
        /*将byte左移一位,然后与上右移7位后的bi,注意移动之后移掉那位补0。*/
        byte = (byte >> 1) | (bi << 7);
        os_delay_us(48); //读取完之后等待48us再接着读取下一个数
    }
    return byte;
}
/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20ChangTemp
 * 函数功能        : 让18b20开始转换温度
 * 输    入         : com
 * 输    出         : 无
 *******************************************************************************/

void Ds18b20ChangTemp() {
    Ds18b20Init();
    Delay1ms(1);
    Ds18b20WriteByte(0xcc);     //跳过ROM操作命令      
    Ds18b20WriteByte(0x44);     //温度转换命令
//  Delay1ms(100);  //等待转换成功,而如果你是一直刷着的话,就不用这个延时了

}
/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20ReadTempCom
 * 函数功能        : 发送读取温度命令
 * 输    入         : com
 * 输    出         : 无
 *******************************************************************************/

void Ds18b20ReadTempCom() {

    Ds18b20Init();
    Delay1ms(1);
    Ds18b20WriteByte(0xcc);  //跳过ROM操作命令
    Ds18b20WriteByte(0xbe);  //发送读取温度命令
}
/*******************************************************************************
 * 函 数 名         : Ds18b20ReadTemp
 * 函数功能        : 读取温度
 * 输    入         : com
 * 输    出         : 无
 *******************************************************************************/

int Ds18b20ReadTemp() {
    int temp = 0;
    uint8 tmh, tml;
    Ds18b20ChangTemp();             //先写入转换命令
    Ds18b20ReadTempCom();           //然后等待转换完后发送读取温度命令
    tml = Ds18b20ReadByte();        //读取温度值共16位,先读低字节
    tmh = Ds18b20ReadByte();        //再读高字节
    temp = tmh;
    temp <<= 8;
    temp |= tml;
    return temp;
}

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