「正点原子NANO STM32F103开发板资料连载」第二十七章 DHT11 数字温湿度传感器实验

1）实验平台：【正点原子】 NANO STM32F103 开发板
2）摘自《正点原子STM32 F1 开发指南(NANO 板-HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子


第二十七章 DHT11 数字温湿度传感器实验
上一章，我们介绍了数字温度传感器 DS18B20 的使用，本章我们将介绍数字温湿度传感器DHT11 的使用，该传感器不但能测温度，还能测湿度。本章我们将向大家介绍如何使用 STM32F1来读取 DHT11 数字温湿度传感器，从而得到环境温度和湿度等信息，并把从温湿度值显示在数码管上。本章分为如下几个部分：
27.1 DHT11 简介
27.2 硬件设计
27.3 软件设计
27.4 下载验证
27.1 DHT11 简介
DHT11 是一款湿温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 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个 I/O 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 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 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。
DHT11 的技术参数如下：
⚫ 工作电压范围：3.3V-5.5V
⚫ 工作电流 ：平均 0.5mA
⚫ 输出：单总线数字信号
⚫ 测量范围：湿度 20~90％RH，温度 0~50℃
⚫ 精度 ：湿度±5%，温度±2℃
⚫ 分辨率 ：湿度 1%，温度 1℃
DHT11 的管脚排列如图 27.1.1 所示：


虽然 DHT11 与 DS18B20 类似，都是单总线访问，但是 DHT11 的访问，相对 DS18B20 来
说要简单很多。下面我们先来看看 DHT11 的数据结构。
DHT11 数字湿温度传感器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 5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为
40bit，高位先出。DHT11 的数据格式为：8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数
数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和。其中校验和数据为前四个字节相加。
传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、温度、整数、小数)之间应该分开
处理。例如，某次从 DHT11 读到的数据如图 27.1.2 所示：


由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：
湿度= byte4 . byte3=45.0 (％RH)
温度= byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
校验= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=湿度+温度)(校验正确)
可以看出，DHT11 的数据格式是十分简单的，DHT11 和 MCU 的一次通信最大为 3ms 左右，
建议主机连续读取时间间隔不要小于 100ms。
下面，我们介绍一下 DHT11 的传输时序。DHT11 的数据发送流程如图 27.1.3 所示：


首先主机发送开始信号，即：拉低数据线，保持 t1（至少 18ms）时间，然后拉高数据线 t2
（20~40us）时间，然后读取 DHT11 的响应，正常的话，DHT11 会拉低数据线，保持 t3（40~50us）
时间，作为响应信号，然后 DHT11 拉高数据线，保持 t4（40~50us）时间后，开始输出数据。
DHT11 输出数字‘0’的时序如图 27.1.4 所示：


DHT11 输出数字‘1’的时序如图 27.1.5 所示：


通过以上了解，我们就可以通过 STM32 来实现对 DHT11 的读取了。DHT11 的介绍就到这
里，更详细的介绍，请参考 DHT11 的数据手册。
27.2 硬件设计
由于开发板上标准配置是没有 DHT11 这个传感器的，只有接口，所以要做本章的实验，
大家必须找一个 DHT11 插在预留的 DHT11 接口上。
本章实验功能简介：开机的时候先检测是否有 DHT11 存在，如果没有，则串口打印提示
错误，并且 DS3 快速闪烁。只有在检测到 DHT11 之后才开始读取温湿度值，如果发现了
DHT11，则程序每隔 1s 左右读取一次数据，并把温湿度显示在数码管上。同样我们也是用 DS0
来指示程序正在运行。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯 DS0、DS3
2） 数码管
3） DHT11 温湿度传感器
这些我们都已经介绍过了，DHT11 和 DS18B20 的接口是共用一个的，不过 DHT11 有 4 条
腿，需要把 U2 的 4 个接口都用上，将 DHT11 传感器插入到这个上面就可以通过 STM32F1 来
读取温湿度值了。连接示意图如图 27.2.1 所示：


这里要注意，将 DHT11 贴有字的一面朝内，而有很多孔的一面(网面)朝外，然后然后插入
如图所示的四个孔内就可以了。
27.3 软件设计
打开 DHT11 数字温湿度传感器实验工程可以发现，我们在工程中添加了 dht11.c 文件和
dht11.h 文件，所有 DHT11 相关的驱动代码和定义都在这两个文件中。
打开 dht11.c 代码如下：
//复位 DHT11
void DHT11_Rst(void)
{
DHT11_IO_OUT();
//设置为输出
DHT11_DQ_OUT=0; //拉低 DQ
delay_ms(20); //拉低至少 18ms
DHT11_DQ_OUT=1; //DQ=1
delay_us(30); //主机拉高 20~40us
}
//等待 DHT11 的回应
//返回 1:未检测到 DHT11 的存在
//返回 0:存在
u8 DHT11_Check(void)
{
u8 retry=0;
DHT11_IO_IN(); //设置为输出
while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11 会拉低 40~80us
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=100)return 1;
else retry=0;
while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11 拉低后会再次拉高 40~80us
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=100)return 1;
return 0;
}
//从 DHT11 读取一个位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)
{
u8 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)//等待变高电平
{
retry++;
delay_us(1);
}
delay_us(40);//等待 40us
if(DHT11_DQ_IN)return 1;
else return 0;
}
//从 DHT11 读取一个字节
//返回值：读到的数据
u8 DHT11_Read_Byte(void)
{
u8 i,dat;
dat=0;
for (i=0;i<8;i++)
{
dat<<=1;
dat|=DHT11_Read_Bit();
}
return dat;
}
//从 DHT11 读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,读取失败
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi)
{
u8 buf[5];
u8 i;
DHT11_Rst();
if(DHT11_Check()==0)
{
for(i=0;i<5;i++)//读取 40 位数据
{
buf=DHT11_Read_Byte();
}
if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
{
*humi=buf[0];
*temp=buf[2];
}
}else return 1;
return 0;
}
//初始化 DHT11 的 IO 口 DQ 同时检测 DHT11 的存在
//返回 1:不存在
//返回 0:存在
u8 DHT11_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOB 时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9; //PB9
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH; //高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure); //初始化
DHT11_Rst();
return DHT11_Check();
}
该部分代码首先是通过函数 DHT11_Init 初始化传感器，然后根据我们前面介绍的单总线
操作时序来读取 DHT11 的温湿度值的，DHT11 的温湿度值通过 DHT11_Read_Data 函数读取，如
果返回 0，则说明读取成功，返回 1，则说明读取失败。同样我们打开 dht11.h 可以看到，头文
件中主要是一些端口配置以及函数申明，代码比较简单。 接下来我们打开 main.c，该文件代
码如下：
// 共阴数字数组
// 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F, .,全灭
u8 smg_num[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,
0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x01,0x00};
u8 smg_wei=2;//数码管位选
u8 num=0;//数值
u16 led_t=0;//led 统计时间
u16 dht11_t=0;//dht11 采样时间
u8 temperature;//温度值
u8 humidity;//湿度值
int main(void)
{
HAL_Init(); //初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M
delay_init(72); //初始化延时函数
uart_init(115200);
//串口初始化为 115200
LED_Init();
//初始化与 LED 连接的硬件接口
LED_SMG_Init(); //数码管初始化
printf("NANO STM32rn");
printf("DHT11 TESTrn");
while(DHT11_Init())
//DHT11 初始化
{
printf("DHT11 Errorrn");
delay_ms(200);
LED3=!LED3;//LED3 闪烁表示 DHT11 初始化失败
}
LED3=1;
printf("DHT11 OKrn");
tiM3_Init(19,7199);//数码管 2ms 定时显示
while(1)
{
}
}
//回调函数，定时器中断服务函数调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim==(&TIM3_Handler))
{
dht11_t++;
if(dht11_t==500)//DHT11 1S 采样
{
dht11_t=0;
DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);//读取温湿度值
}
switch(smg_wei)
{
case 2: num = smg_num[temperature/10]; break;//温度值
case 3: num =smg_num[temperature%10];break;
case 6: num = smg_num[humidity/10]; break;//湿度值
case 7: num =smg_num[humidity%10];break;
}
LED_Write_Data(num,smg_wei);//写数据到数码管
LED_Refresh();//更新显示
smg_wei++;
if(smg_wei==4) smg_wei=6;
if(smg_wei==8) smg_wei=2;
led_t++;
if(led_t==250)//LED0 每 500ms 闪烁
{
led_t=0;
LED0=!LED0;
}
}
}
从上面代码可以看到，DHT11 温湿度的读取跟 DS18B20 实验同样在定时器中断执行，以每
隔 1S 时间采集温度和湿度，数码管同样是以 2ms 时间动态扫描显示,DS0 以每 500ms 闪烁一次，
以表示程序正在运行。
至此，我们本章的软件设计就结束了。
27.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到 ALIENTEK NANO STM32F1 开发板上，可以
看到数码管显示当前的温湿度值（假定 DHT11 已经接上去了），如图 27.4.1 所示：

图 27.4.1 DHT11 读取到的温湿度值

至此，本章实验结束。大家可以将本章通过 DHT11 读取到的温度值，和前一章的通过
DS18B20 读取到的温度值对比一下，看看哪个更准确？