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1)实验平台:alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2)摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子 第三十九章 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 STM32F767 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 LCD 模块上。本章分为如下几个部分: 39.1 DHT11 简介 39.2 硬件设计 39.3 软件设计 39.4 下载验证 39.1 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 39.1.1 所示: 图 39.1.1 DHT11 管脚排列图 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 39.1.2 所示: 图 39.1.2 某次读取到 DHT11 的数据 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 39.1.3 所示: 图 39.1.3 DHT11 数据发送流程 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 39.1.4 所示: 图 39.1.4 DHT11 数字‘0’时序 DHT11 输出数字‘1’的时序如图 39.1.5 所示: 图 39.1.5 DHT11 数字‘1’时序 通过以上了解,我们就可以通过 STM32F767 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。 39.2 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,则提示错误。只 有在检测到 DHT11 之后才开始读取温湿度值,并显示在 LCD 上,如果发现了 DHT11,则程 序每隔 100ms 左右读取一次数据,并把温湿度显示在 LCD 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 2) LCD 模块 3) PCF8574T 4) 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,同样,在读取 DHT11 的时候,需要先对 PCF8574T 进行一次读取操作,以释放 IIC_INT 引脚(详见上一章节介绍)。 DHT11 有 4 引脚,需要把 U10 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 STM32F767 来读取温湿度值了。连接示意图如图 39.2.1 所示: 图 39.2.1 DHT11 连接示意图 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。 39.3 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_12; //PB12 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(); } 该部分代码就是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: int main(void) { u8 t=0; u8 temperature; u8 humidity; Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init(); //初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(180); //初始化延时函数 uart_init(115200); //初始化 USART usmart_dev.init(90); //初始化 USMART LED_Init(); //初始化 LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM LCD_Init(); //初始化 LCD PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574 POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DHT11 TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/1/16"); PCF8574_ReadBit(BEEP_IO); //由于 DHT11 和 PCF8574 的中断引脚共用一个 IO, //所以在初始化 DHT11 之前要先读取一次 PCF8574 的任意一个 IO, //使其释放掉中断引脚所占用的 IO(PB12 引脚),否则初始化 DS18B20 会出问题 while(DHT11_Init()) //DHT11 初始化 { LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DHT11 Error"); delay_ms(200); LCD_Fill(30,130,239,130+16,WHITE); delay_ms(200); } LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"DHT11 OK"); POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Temp: C"); LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Humi: %"); while(1) { if(t%10==0)//每 100ms 读取一次 { PCF8574_ReadBit(BEEP_IO); //读取一次 PCF8574 的任意一个 IO, //使其释放掉 PB12 引脚,否则读取 DHT11 可能会出问题 DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //读取温湿度值 LCD_ShowNum(30+40,150,temperature,2,16); //显示温度 LCD_ShowNum(30+40,170,humidity,2,16); //显示湿度 } delay_ms(10); t++; if(t==20) { t=0; LED0_Toggle; } } } 主函数比较简单,进行一系列初始化后,如果 DHT11 初始化成功,那么每隔 100ms 读取 一次转换数据并显示在液晶上。至此,我们本章的软件设计就结束了。 39.4 下载验证 在代码编译成功之后,我们通过下载代码到 ALIENTEK 阿波罗 STM32 开发板上,可以看 到 LCD 显示开始显示当前的温度值(假定 DHT11 已经接上去了),如图 39.4.1 所示: 图 39.4.1 DHT11 实验效果图 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? |
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