2023年03月23日 | STM32CubeMX系列 | DHT11温湿度传感器

1. DHT11简介

DHT11是一款温湿度一体化的数字传感器，该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机连接。通过单片机微处理器简单的电路连接就能够实时的采集湿度和温度。DHT11与STM32之间能采用简单的单总线进行通讯，仅需一个IO口。传感器内部温度和湿度数据40个bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。 DHT11采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5个字节（40Bit）组成。数据分小数和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式如下图示

根据以上数据，即可算出温度和湿度的值，计算方法如下：

湿度 = byte4.byte3 温度 = byte2.byte1 校验 = byte4 + byte3 + byte2 + byte1

DHT11和单片机的一次通讯最大为3ms左右，建议主机连续读取时间间隔不要小于100ms，下面是DHT11的三种时序：

• 数据发送时序：首先主机发送开始信号，即拉低数据线保持t1（至少18ms）时间，接着拉高数据线t2（20 ~ 40us）时间；然后读取DHT11的响应，正常的话DHT11会拉低数据线并保持t3（40 ~ 50us）时间作为响应信号，接着DHT11拉高数据线并保持t4（40 ~ 50us）时间后，开始传输数据

• DHT11输出0时序

• DHT11输出1时序

2. 硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，PG11连接DHT11温湿度传感器用来检测环境温湿度，串口1用来打印温度值

• D1指示灯

• PG11

• USART1

• TIM7（提供us延时）

3. 软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

• RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

• PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

• USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

• PG11设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速

• 激活TIM7，预分频因子设为72-1，向上计数，自动重载值为65535；因此计数器CNT_CLK = 1MHz，计数器周期为1us

• 输入工程名，选择工程路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM编程

• 在tim.c文件下实现微秒延时（us）函数

void delay_us(uint16_t us){

    uint16_t differ = 0xffff-us-5;              

    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim7,differ);   //设定TIM7计数器起始值

    HAL_TIM_Base_Start(&htim7);     //启动定时器 

    while(differ < 0xffff-5){   //判断

        differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim7);     //查询计数器的计数值

    }

    HAL_TIM_Base_Stop(&htim7);

}

创建按键驱动文件DHT11.c 和相关头文件DHT11.h

void DHT11_IO_IN(void){     //IO口方向设置为输入

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;

    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;

    HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);

}

void DHT11_IO_OUT(void){    //IO口方向设置为输出

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_11;

    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

    HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);

}

void DHT11_Rst(void){                 

    DHT11_IO_OUT();     //设置为输出

    DHT11_DQ_OUT_LOW;   //拉低

    HAL_Delay(20);      //至少18ms

    DHT11_DQ_OUT_HIGH;  //拉高 

    delay_us(30);       //至少20~40us

}

uint8_t DHT11_Check(void){   

    uint8_t retry=0;

    DHT11_IO_IN();      

    while (DHT11_DQ_IN&&retry<100){ //拉低40~80us

        retry++;

        delay_us(1);

    };   

    if(retry>=100)return 1;

    else retry=0;

    while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100){ //拉高40~80us

        retry++;

        delay_us(1);

    };

    if(retry>=100)return 1;     

    return 0;   //检测到DHT11返回0

}

uint8_t DHT11_Read_Bit(void){

    uint8_t retry=0;

    while(DHT11_DQ_IN&&retry<100){  //等待变为低电平

        retry++;

        delay_us(1);

    }

    retry=0;

    while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100){ //等待变为高电平

        retry++;

        delay_us(1);

    }

    delay_us(40);   //等待40us

    if(DHT11_DQ_IN)return 1;

    else return 0;         

}

uint8_t DHT11_Read_Byte(void){        

    uint8_t i,dat;

    dat=0;

    for (i=0;i<8;i++){

        dat<<=1; 

        dat|=DHT11_Read_Bit();

    }                           

    return dat;

}

uint8_t DHT11_Read_Data(uint16_t *temp,uint16_t *humi){        

    uint8_t buf[5];

    uint8_t i;

    DHT11_Rst();

    if(DHT11_Check()==0){

        for(i=0;i<5;i++){

            buf[i]=DHT11_Read_Byte();

        }

        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4]){

            *humi=(buf[0]<<8) + buf[1];

            *temp=(buf[2]<<8) + buf[3];

        }

    }else return 1;

    return 0;       

}

uint8_t DHT11_Init(void){

    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;  //PG11的初始化已经在cubemx中完成，可以忽略此段初始化代码

    __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();           

    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_11;           

    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  

    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;         

    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

    HAL_GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_Initure);    

    DHT11_Rst();

    return DHT11_Check();

}

在main.c文件下编写DHT11测试代码

int main(void){

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  uint16_t temperature;

  uint16_t humidity;

  /* USER CODE END 1 */

  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();

  MX_TIM7_Init();

  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  while(DHT11_Init()){

    printf("DHT11 Checked failed!!!rn");

    HAL_Delay(500);

  }

  printf("DHT11 Checked Sucess!!!rn");

  /* USER CODE END 2 */

  while (1){

    DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);

    printf("DHT11 Temperature = %d.%d degreern",temperature>>8,temperature&0xff);

    printf("DHT11 Humidity = %d.%d%%rn",humidity>>8,humidity&0xff);       

    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);

    HAL_Delay(500);

  }

}

4. 下载验证

编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，串口不断打印出当前温湿度值。串口输出如下信息：

DHT11 Checked Sucess!!! DHT11 Temperature = 28.20 degree DHT11 Humidity = 30.21%