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ie8及以上

STM32F103VET6实现采集温湿度数据

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STMCU小助手 发布时间：2023-2-5 18:50
前言
了解DHT11温湿度传感器相关知识，进行DHT11传感器的开发及数据获取，并通过串口调试助手查看

一、温湿度传感器相关知识
1. DHT11简介
DHT11温湿度传感器是一种比较便宜的常见的温湿度传感器，它的内部由两个元件构成，一个是电阻式的感湿元件用来检测环境湿度，另一个是NTC测温元件来测量温度，在测得数据后，两个元件会将数据传送给内部一个集成的8位的处理器来对数据进行处理，并将它们转换为数字量，这些数据可以通过串口传送给主机。DHT11温湿度传感器有四个管脚，只有一条是数据线接口，所以在传输数据时仅需要1个I/O就能同时传输测得的温度以及湿度，在进行程序编写时更加简洁方便。因为DHT11集成度较好，体积比较小，所以消耗也很小，抗干扰能力更强，稳定性较好，不易受到外界干扰。

Pin1 VDD 供电 3-5.5V DC
Pin2 DATA 串行数据，单总线
Pin3 NC 空脚，悬空
Pin4 GND 接地，电源负极

DHT11集成度很高，封装的很简洁，只有四个管脚，所以连接也是相对比较方便。DHT11管脚Pin1接一个3-5.5V的直流电源的正极，管脚Pin2为数据端，主要用于传输数据，但是在接线时需要加一个5KΩ的上拉电阻连接到主机MCU上，用来保证数据传输的稳定性，同时还要注意这个5KΩ是在管脚Pin2与主机之间的接线小于20m时才有用，在大于20m时就需要根据实际情况来确定需要加多大的上拉电阻来保持稳定性。管脚Pin3不起什么作用，只需要将其悬空不接线即可，管脚Pin4接地。


2.数据格式
DHT11和DS18B20不同，DHT11不需要配置，可以直接读取数据，一次完整的数据传输为40bit，先传输高字节的数据再传输低字节的数据，也就是低位后出，高位先出模式。
数据格式： 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
数据传送正确时校验和数据等于
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
所得结果的末8位。


3.数据传输
数据线一开始处于高电平状态，用户MCU将总线电平拉低，表示用户要开始获取数据，然后将电平拉高并延时等待一段时间，等待DHT11回复，如果DHT11将总线拉低，表示已经收到主机信号，并响应主机信号，准备输出，然后将总线电平拉高，并延时一段时间，表示准备传输40bit的数据。然后将数据总线拉低一段时间开始传输数据，主要是进行2进制数据传输，传输0和1，并用不同的拉高电平延时时间来表示数据0和1。用户可以选择读取湿度还是温度，整数还是小数。并且数据传输是需要DHT11收到主机MCU发送的开始信号，才会开始采集数据传输数据，而且此时DHT11会转到低速模式。

 1d4a7e41310f44198a2a3914b9f59db3.png

总线在空闲时因为上拉电阻会处于高电平状态，主机用户MCU会发送信号将电平拉低至少18us，太短DHT11可能会检测不到主机的起始信号。之后主机会再将电平拉高20-40us，DHT11识别到后，会将电平拉低80us，表示DHT11已经接收到主机发送的开始信号，之后再将总线切换到输入模式，然后DHT11会再将电平拉高80us表示竹北开始传输数据。之后会再将电平拉低，然后开始传输数据。

当接收到主机的开始信号后，DHT11会将总线拉低80us来发送响应信号，表示已经接收到，然后会将总线拉高80us，并准备发送数据，每一位的数据都以50us的低电平间隙开始，就是每两个数据之间都有一个50us的低电平信号来表示一位数据传输完成。DHT11用电平拉高延时的时间来表示数据为位0还是1。通常用拉高26-28us来表示数据‘0’，用拉高70us来表示数据‘1’。当最后一位数据传输完成后，DHT11会将总线拉低50us，随后总线又会因为上拉电阻将总线拉高，并处于空闲状态。

DHT11读取数据“0”时序图

 ea92ef3f20334c68aa75e8b83aefa06f.png

DHT11读数据“1”时序图

 d7d734cf63a942ecbe48dc4f2ae1fc4b.png


二、程序实现
1.dht11.h
DHT11的程序实现主要是根据它的读写时序来实现的，因此在进行程序的编写时要根据它的读写时序进行模拟，实现单片机与DHT11之间的数据通信。

代码如下（示例）：
  1. #ifndef __DHT11_H
  2. #define __DHT11_H

  4. #include "stm32f10x.h"

  6. typedef struct
  7. {
  8.         uint8_t  humi_int;                //湿度的整数部分
  9.         uint8_t  humi_deci;                 //湿度的小数部分
  10.         uint8_t  temp_int;                 //温度的整数部分
  11.         uint8_t  temp_deci;                 //温度的小数部分
  12.         uint8_t  check_sum;                 //校验和
  13.                                  
  14. } DHT11_Data_TypeDef;



  18. /************************** DHT11 连接引脚定义********************************/
  19. #define      DHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN              RCC_APB2PeriphClockCmd
  20. #define      DHT11_Dout_GPIO_CLK                       RCC_APB2Periph_GPIOE

  22. #define      DHT11_Dout_GPIO_PORT                      GPIOE
  23. #define      DHT11_Dout_GPIO_PIN                       GPIO_Pin_6



  27. /************************** DHT11 函数宏定义********************************/
  28. #define      DHT11_Dout_0                                    GPIO_ResetBits ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )
  29. #define      DHT11_Dout_1                                    GPIO_SetBits ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )

  31. #define      DHT11_Dout_IN()                                  GPIO_ReadInputDataBit ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )



  35. /************************** DHT11 函数声明 ********************************/
  36. void                     DHT11_Init                      ( void );
  37. uint8_t                  DHT11_Read_TempAndHumidity      ( DHT11_Data_TypeDef * DHT11_Data );

  39. #endif
复制代码

DHT11用到的数据总线是PE6，接线时，DHT11数据线接到PE6，以及我们需要用到的函数的声明：
Void DHT11_Init（void）为DHT11的初始化函数；
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity ( DHT11_Data_TypeDef * DHT11_Data )为DHT11的数据读取函数，这个函数会将读取到的数据赋值给DHT11_Data结构体里的变量，然后还会有一个返回值判断是否读取成功；

2.dht11.c
代码如下（示例）：
  1. #include "dht11.h"
  2. #include "delay.h"

  4. static void                           DHT11_GPIO_Config                       ( void );
  5. static void                           DHT11_Mode_IPU                          ( void );
  6. static void                           DHT11_Mode_Out_PP                       ( void );
  7. static uint8_t                        DHT11_ReadByte                          ( void );


  10. /**
  11.   * @brief  DHT11 初始化函数
  12.   * @param  无
  13.   * @retval 无
  14.   */
  15. void DHT11_Init ( void )
  16. {
  17.         DHT11_GPIO_Config ();
  18.        
  19.         DHT11_Dout_1;               // 拉高GPIOB10
  20. }

  22. /*
  23. * 函数名：DHT11_GPIO_Config
  24. * 描述  ：配置DHT11用到的I/O口
  25. * 输入  ：无
  26. * 输出  ：无
  27. */
  28. static void DHT11_GPIO_Config ( void )
  29. {               
  30.         /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
  31.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  33.        
  34.         /*开启DHT11_Dout_GPIO_PORT的外设时钟*/
  35.   DHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN ( DHT11_Dout_GPIO_CLK, ENABLE );       

  37.         /*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/                                                                                                                          
  38.           GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;       

  40.         /*设置引脚模式为通用推挽输出*/
  41.           GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

  43.         /*设置引脚速率为50MHz */   
  44.           GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  46.         /*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  47.           GPIO_Init ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );                  
  48.        
  49. }

  51. /*
  52. * 函数名：DHT11_Mode_IPU
  53. * 描述  ：使DHT11-DATA引脚变为上拉输入模式
  54. * 输入  ：无
  55. * 输出  ：无
  56. */
  57. static void DHT11_Mode_IPU(void)
  58. {
  59.           GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  61.                   /*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/       
  62.           GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;

  64.            /*设置引脚模式为浮空输入模式*/
  65.           GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;

  67.           /*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  68.           GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);         
  69.        
  70. }

  72. /*
  73. * 函数名：DHT11_Mode_Out_PP
  74. * 描述  ：使DHT11-DATA引脚变为推挽输出模式
  75. * 输入  ：无
  76. * 输出  ：无
  77. */
  78. static void DHT11_Mode_Out_PP(void)
  79. {
  80.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  82.                  /*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/                                                                                                                          
  83.           GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;       

  85.         /*设置引脚模式为通用推挽输出*/
  86.           GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

  88.         /*设置引脚速率为50MHz */   
  89.           GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  91.         /*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  92.           GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);                  
  93.        
  94. }

  96. /*
  97. * 从DHT11读取一个字节，MSB先行
  98. */
  99. static uint8_t DHT11_ReadByte ( void )
  100. {
  101.         uint8_t i, temp=0;
  102.        

  104.         for(i=0;i<8;i++)   
  105.         {         
  106.                 /*每bit以50us低电平标置开始，轮询直到从机发出 的50us 低电平 结束*/  
  107.                 while(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);

  109.                 /*DHT11 以26~28us的高电平表示“0”，以70us高电平表示“1”，
  110.                  *通过检测 x us后的电平即可区别这两个状 ，x 即下面的延时
  111.                  */
  112.                 delay_us(40); //延时x us 这个延时需要大于数据0持续的时间即可                     

  114.                 if(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET)/* x us后仍为高电平表示数据“1” */
  115.                 {
  116.                         /* 等待数据1的高电平结束 */
  117.                         while(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET);

  119.                         temp|=(uint8_t)(0x01<<(7-i));  //把第7-i位置1，MSB先行
  120.                 }
  121.                 else         // x us后为低电平表示数据“0”
  122.                 {                          
  123.                         temp&=(uint8_t)~(0x01<<(7-i)); //把第7-i位置0，MSB先行
  124.                 }
  125.         }
  126.        
  127.         return temp;
  128.        
  129. }


  132. /*
  133. * 一次完整的数据传输为40bit，高位先出
  134. * 8bit 湿度整数 + 8bit 湿度小数 + 8bit 温度整数 + 8bit 温度小数 + 8bit 校验和
  135. */
  136. uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
  137. {  
  138.         /*输出模式*/
  139.         DHT11_Mode_Out_PP();
  140.         /*主机拉低*/
  141.         DHT11_Dout_0;
  142.         /*延时18ms*/
  143.         delay_ms(18);

  145.         /*总线拉高 主机延时30us*/
  146.         DHT11_Dout_1;

  148.         delay_us(30);   //延时30us

  150.         /*主机设为输入 判断从机响应信号*/
  151.         DHT11_Mode_IPU();

  153.         /*判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行*/   
  154.         if(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET)     
  155.         {
  156.                 /*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/  
  157.                 while(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);

  159.                 /*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
  160.                 while(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET);

  162.                 /*开始接收数据*/   
  163.                 DHT11_Data->humi_int= DHT11_ReadByte();

  165.                 DHT11_Data->humi_deci= DHT11_ReadByte();

  167.                 DHT11_Data->temp_int= DHT11_ReadByte();

  169.                 DHT11_Data->temp_deci= DHT11_ReadByte();

  171.                 DHT11_Data->check_sum= DHT11_ReadByte();


  174.                 /*读取结束，引脚改为输出模式*/
  175.                 DHT11_Mode_Out_PP();
  176.                 /*主机拉高*/
  177.                 DHT11_Dout_1;

  179.                 /*检查读取的数据是否正确*/
  180.                 if(DHT11_Data->check_sum == DHT11_Data->humi_int + DHT11_Data->humi_deci + DHT11_Data->temp_int+ DHT11_Data->temp_deci)
  181.                         return SUCCESS;
  182.                 else
  183.                         return ERROR;
  184.         }
  185.        
  186.         else
  187.                 return ERROR;
  188.        
  189. }


复制代码

3.main.c
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "delay.h"
  3. #include "usart.h"
  4. #include "dht11.h"

  6. int main()
  7. {
  8.         DHT11_Data_TypeDef Dht_Data;
  9.         char Temp_Str[ 10 ] = { 0 };
  10.         char Hum_Str[ 10 ] = { 0 };
  11.         USART_Config();   //初始化串口
  12.         SysTick_Init();   //初始化系统定时器
  13.         printf("\r\n***Dht11 温湿度传感器实验***\r\n");
  14.         DHT11_Init();  //初始化DTT11的引脚
  15.         while(1)
  16.         {
  17.                         //调用DHT11_Read_TempAndHumidity读取温湿度,若成功则输出该信息

  19.                 if(DHT11_Read_TempAndHumidity(&Dht_Data) == SUCCESS)
  20.                 {
  21.                         sprintf(Temp_Str,"%d.%d",Dht_Data.temp_int,Dht_Data.temp_deci);
  22.                         sprintf(Hum_Str,"%d,%d",Dht_Data.humi_int,Dht_Data.humi_deci);
  23.                         printf("温度数据为：%d.%d ℃\r\n",Dht_Data.temp_int,Dht_Data.temp_deci);
  24.                         printf("湿度数据为：%d.%d %RH\r\n",Dht_Data.humi_int,Dht_Data.humi_deci);
  25.                 }
  26.                 else
  27.                 printf("error\r\n");


  30.         delay_ms(2000);
  31.         }
  32. }
复制代码


4.串口显示
将开发板连接电脑，然后打开串口调试助手，就会看到温度以及湿度的数据

 3cce415f69ab42c9a24402a6c427c894.png


总结
做到这一步算是已经完成温湿度采集并串口显示，有需要的话可以进行LCD显示。
————————————————
版权声明：清道 夫


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