DHT11温湿度传感器数据采集
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。
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
DHT11读数据“1”时序图
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）：
#ifndef __DHT11_H
#define __DHT11_H
#include "stm32f10x.h"
typedef struct
{
uint8_t humi_int; //湿度的整数部分
uint8_t humi_deci; //湿度的小数部分
uint8_t temp_int; //温度的整数部分
uint8_t temp_deci; //温度的小数部分
uint8_t check_sum; //校验和
} DHT11_Data_TypeDef;
/************************** DHT11 连接引脚定义********************************/
#define DHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DHT11_Dout_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOE
#define DHT11_Dout_GPIO_PORT GPIOE
#define DHT11_Dout_GPIO_PIN GPIO_Pin_6
/************************** DHT11 函数宏定义********************************/
#define DHT11_Dout_0 GPIO_ResetBits ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )
#define DHT11_Dout_1 GPIO_SetBits ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )
#define DHT11_Dout_IN() GPIO_ReadInputDataBit ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, DHT11_Dout_GPIO_PIN )
/************************** DHT11 函数声明 ********************************/
void DHT11_Init ( void );
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity ( DHT11_Data_TypeDef * DHT11_Data );
#endif
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）：
#include "dht11.h"
#include "delay.h"
static void DHT11_GPIO_Config ( void );
static void DHT11_Mode_IPU ( void );
static void DHT11_Mode_Out_PP ( void );
static uint8_t DHT11_ReadByte ( void );
/**
* @brief DHT11 初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void DHT11_Init ( void )
{
DHT11_GPIO_Config ();
DHT11_Dout_1; // 拉高GPIOB10
}
/*
* 函数名：DHT11_GPIO_Config
* 描述 ：配置DHT11用到的I/O口
* 输入 ：无
* 输出 ：无
*/
static void DHT11_GPIO_Config ( void )
{
/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*开启DHT11_Dout_GPIO_PORT的外设时钟*/
DHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN ( DHT11_Dout_GPIO_CLK, ENABLE );
/*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;
/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
/*设置引脚速率为50MHz */
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
/*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
GPIO_Init ( DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );
}
/*
* 函数名：DHT11_Mode_IPU
* 描述 ：使DHT11-DATA引脚变为上拉输入模式
* 输入 ：无
* 输出 ：无
*/
static void DHT11_Mode_IPU(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;
/*设置引脚模式为浮空输入模式*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ;
/*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/*
* 函数名：DHT11_Mode_Out_PP
* 描述 ：使DHT11-DATA引脚变为推挽输出模式
* 输入 ：无
* 输出 ：无
*/
static void DHT11_Mode_Out_PP(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*选择要控制的DHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_Dout_GPIO_PIN;
/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
/*设置引脚速率为50MHz */
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
/*调用库函数，初始化DHT11_Dout_GPIO_PORT*/
GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
/*
* 从DHT11读取一个字节，MSB先行
*/
static uint8_t DHT11_ReadByte ( void )
{
uint8_t i, temp=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
/*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*/
while(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);
/*DHT11 以26~28us的高电平表示“0”，以70us高电平表示“1”，
*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
*/
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
if(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET)/* x us后仍为高电平表示数据“1” */
{
/* 等待数据1的高电平结束 */
while(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET);
temp|=(uint8_t)(0x01<<(7-i)); //把第7-i位置1，MSB先行
}
else // x us后为低电平表示数据“0”
{
temp&=(uint8_t)~(0x01<<(7-i)); //把第7-i位置0，MSB先行
}
}
return temp;
}
/*
* 一次完整的数据传输为40bit，高位先出
* 8bit 湿度整数 + 8bit 湿度小数 + 8bit 温度整数 + 8bit 温度小数 + 8bit 校验和
*/
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{
/*输出模式*/
DHT11_Mode_Out_PP();
/*主机拉低*/
DHT11_Dout_0;
/*延时18ms*/
delay_ms(18);
/*总线拉高 主机延时30us*/
DHT11_Dout_1;
delay_us(30); //延时30us
/*主机设为输入 判断从机响应信号*/
DHT11_Mode_IPU();
/*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*/
if(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET)
{
/*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/
while(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);
/*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
while(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET);
/*开始接收数据*/
DHT11_Data->humi_int= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->humi_deci= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->temp_int= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->temp_deci= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->check_sum= DHT11_ReadByte();
/*读取结束，引脚改为输出模式*/
DHT11_Mode_Out_PP();
/*主机拉高*/
DHT11_Dout_1;
/*检查读取的数据是否正确*/
if(DHT11_Data->check_sum == DHT11_Data->humi_int + DHT11_Data->humi_deci + DHT11_Data->temp_int+ DHT11_Data->temp_deci)
return SUCCESS;
else
return ERROR;
}
else
return ERROR;
}
3.main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "dht11.h"
int main()
{
DHT11_Data_TypeDef Dht_Data;
char Temp_Str[ 10 ] = { 0 };
char Hum_Str[ 10 ] = { 0 };
USART_Config(); //初始化串口
SysTick_Init(); //初始化系统定时器
printf("\r\n***Dht11 温湿度传感器实验***\r\n");
DHT11_Init(); //初始化DTT11的引脚
while(1)
{
//调用DHT11_Read_TempAndHumidity读取温湿度,若成功则输出该信息
if(DHT11_Read_TempAndHumidity(&Dht_Data) == SUCCESS)
{
sprintf(Temp_Str,"%d.%d",Dht_Data.temp_int,Dht_Data.temp_deci);
sprintf(Hum_Str,"%d,%d",Dht_Data.humi_int,Dht_Data.humi_deci);
printf("温度数据为：%d.%d ℃\r\n",Dht_Data.temp_int,Dht_Data.temp_deci);
printf("湿度数据为：%d.%d %RH\r\n",Dht_Data.humi_int,Dht_Data.humi_deci);
}
else
printf("error\r\n");
delay_ms(2000);
}
}
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
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。