DHT11 温湿度传感器

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前言

上一节，我们学习了数字温度传感器 DS18B20 的使用，本节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。我将向大家介绍如何使用 STM32
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
TFTLCD 模块上。

一、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 的管脚排列如下图所示：

电气特性

引脚说明
封装信息

详细参数

二、数据传输

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 读到的数据如下图所示：

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 的数据发送流程如下图所示：

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’的时序如下图所示：

DHT11 输出数字‘1’的时序如下图所示：

三、程序实现

DHT11.c

//复位DHT11
void DHT11_Rst(void)	   
{
                     
	DHT11_IO_OUT(); 	//SET OUTPUT
    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();//SET INPUT 
    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[i]=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_InitStructure;
 	
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);	 //使能PG端口时钟
	
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;				 //PG11端口配置
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);				 //初始化IO口
 	GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_11);						 //PG11 输出高
			    
	DHT11_Rst();  //复位DHT11
	return DHT11_Check();//等待DHT11的回应
} 

main

int main(void)
 {
    	 
	u8 t=0;			    
	u8 temperature;  	    
	u8 humidity;    	   

	delay_init();	    	 //延时函数初始化 
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	LCD_Init();			   	//初始化LCD 
 	POINT_COLOR=RED;		//设置字体为红色 
		  
 	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
		{
    									  
			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=!LED0;
		}
	}
}