DHT11温湿度传感器驱动

bigfanofloT

一、DHT11介绍
DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
主要性能指标如下：
测量范围：湿度20-90%RH， 温度0~50℃
分辨率：湿度1%RH， 温度1℃
精度：湿度+/-5%RH， 温度+/-2℃
量程：湿度20-90%RH， 温度0~50℃
供电电压 ：3.3~5.5V DC
输 出：单总线数字信号
长期稳定性： <±1%RH/年


图1 DHT11实物图

DHT11输出单总线数字信号，可以十分方便的与MCU连接，典型使用方法如图2所示：

图2 DHT11典型应用电路
二、硬件连线
对于gokit V2.3扩展板，板载DHT11的数字输出IO连接到了arduino UNO接口的D3，如图3所示：

图3 Gokit V2.3扩展板DHT11原理图
根据Nucleo-F767ZI的原理图，图4可以知道，STM32F767ZIT6的GPIO PE13连接到了Arduino UNO接口的D3，因此在后面我们将配置PE13与DHT11通信，根据DHT11时序编写驱动。

图4 Nucleo-F767ZI的Arduino UNO接口原理图

三、DHT11时序
DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零。
操作流程如下:
一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi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+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
通讯过程如下图：


总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。


总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。        
数字0信号表示方法如下图：


数字1信号表示方法.如下图：

四、完整程序
如下是DHT11驱动的完整代码，用户可以十分方便的移植到其它型号STM32或者ＭＣＵ，只需修改GPIO定义、GPIO读写即可。Hal_temp_hum.h文件如下：

1. #ifndef _HAL_HEMP_HUM_H
   
2. #define _HAL_HEMP_HUM_H
   
3. 
   
4. #include <stdio.h>
   
5. #include "stm32f7xx_hal.h"<font color="#008000">//若用户使用了其它MCU，需要修改此处MCU相关头文件</font>
   
6. 
   
7. <font color="#008000">//Set GPIO Direction，若用户使用不同的GPIO请修改此处</font>
   
8. #define DHT11_DIN_Pin GPIO_PIN_13
   
9. #define DHT11_DIN_GPIO_Port GPIOE
   
10.         <font color="#008000">//控制GPIO输出高低电平宏</font>
    
11. #define        DHT11_DQ_OUT_1         HAL_GPIO_WritePin(DHT11_DIN_GPIO_Port, DHT11_DIN_Pin, GPIO_PIN_SET)
    
12. #define        DHT11_DQ_OUT_0          HAL_GPIO_WritePin(DHT11_DIN_GPIO_Port, DHT11_DIN_Pin, GPIO_PIN_RESET)
    
13. <font color="#008000">//读取GPIO电平</font>
    
14. #define        DHT11_DQ_IN            HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_DIN_GPIO_Port, DHT11_DIN_Pin)
    
15. 
    
16. #define MEAN_NUM            10
    
17. 
    
18. typedef struct
    
19. {
    
20.     uint8_t curI;
    
21.     uint8_t thAmount;
    
22.     uint8_t thBufs[10][2];
    
23. }thTypedef_t;
    
24. 
    
25. /* Function declaration */
    
26. uint8_t dht11Init(void); //Init DHT11
    
27. uint8_t dht11Read(uint8_t *temperature, uint8_t *humidity); //Read DHT11 Value
    
28. static uint8_t dht11ReadData(uint8_t *temperature, uint8_t *humidity);
    
29. static uint8_t dht11ReadByte(void);//Read One Byte
    
30. static uint8_t dht11ReadBit(void);//Read One Bit
    
31. static uint8_t dht11Check(void);//Chack DHT11
    
32. static void dht11Rst(void);//Reset DHT11   
    
33. void dht11SensorTest(void);
    
34. 
    
35. #endif /*_HAL_HEMP_HUM_H*/
    

复制代码

Hal_temp_hum.c文件如下：

1. /**
   
2. ******************
   
3. *
   
4. * @file      Hal_temp_hum.c
   
5. * @author    Gizwtis
   
6. * @version   V03010100
   
7. * @date      2016-07-05
   
8. *
   
9. * @brief     机智云.只为智能硬件而生
   
10. *            Gizwits Smart Cloud  for Smart Products
    
11. *            链接|增值ֵ|开放|中立|安全|自有|自由|生态
    
12. *            www.gizwits.com
    
13. *
    
14. ******************/
    
15. #include "hal_temp_hum.h"
    
16. #include <string.h>
    
17. 
    
18. thTypedef_t temphumTypedef;
    
19. 
    
20. void delayUs(uint32_t nus)
    
21. {
    
22. uint8_t i=0;  
    
23. while(nus--)
    
24. {
    
25.                 i=100;  <font color="#008000">//自己定义,需根据系统时钟调整</font>
    
26.                 while(i--) ;   
    
27. }
    
28. }
    
29. 
    
30. 
    
31. void DHT11_IO_OUT(void)
    
32. {
    
33.                 GPIO_InitTypeDef myGPIO_InitStruct;
    
34.                 myGPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DIN_Pin;
    
35.                 myGPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
36.                 myGPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
37.                 HAL_GPIO_Init(DHT11_DIN_GPIO_Port, &myGPIO_InitStruct);
    
38. }
    
39. 
    
40. void DHT11_IO_IN(void)
    
41. {
    
42.                 GPIO_InitTypeDef myGPIO_InitStruct;
    
43.                 myGPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DIN_Pin;
    
44.           myGPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    
45.                 myGPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
46.                 myGPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
47.                 HAL_GPIO_Init(DHT11_DIN_GPIO_Port, &myGPIO_InitStruct);
    
48. }
    
49. //Reset DHT11
    
50. static void dht11Rst(void)
    
51. {
    
52.     DHT11_IO_OUT();                                     //SET OUTPUT
    
53.     DHT11_DQ_OUT_0;                                     //GPIOA.0=0
    
54.     HAL_Delay(20);                                        //Pull down Least 18ms
    
55.     DHT11_DQ_OUT_1;                                     //GPIOA.0=1
    
56.     delayUs(30);                                         //Pull up 20~40us
    
57. }
    
58. 
    
59. static uint8_t dht11Check(void)
    
60. {
    
61.     uint8_t retry=0;
    
62.     DHT11_IO_IN();                                              //SET INPUT
    
63.     while (DHT11_DQ_IN && (retry<100))                          //DHT11 Pull down 40~80us
    
64.     {
    
65.         retry++;
    
66.         delayUs(1);
    
67.     }
    
68. 
    
69.     if(retry >= 100)
    
70.     {
    
71.         return 1;
    
72.     }
    
73.     else
    
74.     {
    
75.         retry=0;
    
76.     }
    
77. 
    
78.     while (!DHT11_DQ_IN&& (retry < 100))                    //DHT11 Pull up 40~80us
    
79.     {
    
80.         retry++;
    
81.         delayUs(1);
    
82.     }
    
83. 
    
84.     if(retry >= 100)
    
85.     {
    
86.         return 1;                                //check error
    
87.     }        
    
88. 
    
89.     return 0;
    
90. }
    
91. 
    
92. static uint8_t dht11ReadBit(void)
    
93. {
    
94.     uint8_t retry=0;
    
95.     while(DHT11_DQ_IN && (retry<100))                           //wait become Low level
    
96.     {
    
97.         retry++;
    
98.         delayUs(1);
    
99.     }
    
100. 
     
101.     retry = 0;
     
102.     while(!DHT11_DQ_IN && (retry < 100))                    //wait become High level
     
103.     {
     
104.         retry++;
     
105.         delayUs(1);
     
106.     }
     
107. 
     
108.     delayUs(30);//wait 40us
     
109. 
     
110.     if(DHT11_DQ_IN)
     
111.     {
     
112.         return 1;
     
113.     }
     
114.     else
     
115.     {
     
116.         return 0;
     
117.     }
     
118. }
     
119. 
     
120. static uint8_t dht11ReadByte(void)
     
121. {
     
122.     uint8_t i,dat;
     
123.     dat=0;
     
124.     for (i=0; i<8; i++)
     
125.     {
     
126.         dat<<=1;
     
127.         dat |= dht11ReadBit();
     
128.     }
     
129. 
     
130.     return dat;
     
131. }
     
132. 
     
133. static uint8_t dht11ReadData(uint8_t *temperature, uint8_t *humidity)
     
134. {
     
135.     uint8_t buf[5];
     
136.     uint8_t i;
     
137.     dht11Rst();
     
138.     if(0 == dht11Check())
     
139.     {
     
140.         for(i=0; i<5; i++)
     
141.         {
     
142.             buf[i] = dht11ReadByte();
     
143.         }
     
144.         if(buf[4] == (buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3]))
     
145.         {
     
146.             *humidity = buf[0];
     
147.             *temperature = buf[2];
     
148.         }
     
149.     }
     
150.     else
     
151.     {
     
152.         return 1;
     
153.     }
     
154. 
     
155.     return 0;
     
156. }
     
157. 
     
158. uint8_t dht11Read(uint8_t *temperature, uint8_t *humidity)
     
159. {
     
160.     uint8_t curTem = 0, curHum = 0;
     
161.     uint16_t temMeans = 0, humMeans = 0;
     
162.     uint8_t curI = 0;
     
163.     uint8_t ret = 0;
     
164. 
     
165.     ret = dht11ReadData(&curTem, &curHum);
     
166. 
     
167.     if(1 != ret)
     
168.     {
     
169.         //Cycle store ten times stronghold
     
170.         if(MEAN_NUM > temphumTypedef.curI)
     
171.         {
     
172.             temphumTypedef.thBufs[temphumTypedef.curI][0] = curTem;
     
173.             temphumTypedef.thBufs[temphumTypedef.curI][1] = curHum;
     
174. 
     
175.             temphumTypedef.curI++;
     
176.         }
     
177.         else
     
178.         {
     
179.             temphumTypedef.curI = 0;
     
180. 
     
181.             temphumTypedef.thBufs[temphumTypedef.curI][0] = curTem;
     
182.             temphumTypedef.thBufs[temphumTypedef.curI][1] = curHum;
     
183. 
     
184.             temphumTypedef.curI++;
     
185.         }
     
186.     }
     
187.     else
     
188.     {
     
189.         return (1);
     
190.     }
     
191.    
     
192.     if(MEAN_NUM <= temphumTypedef.curI)
     
193.     {
     
194.         temphumTypedef.thAmount = MEAN_NUM;
     
195.     }
     
196. 
     
197.     if(0 == temphumTypedef.thAmount)
     
198.     {
     
199.         //Calculate Before ten the mean
     
200.         for(curI = 0; curI < temphumTypedef.curI; curI++)
     
201.         {
     
202.             temMeans += temphumTypedef.thBufs[curI][0];
     
203.             humMeans += temphumTypedef.thBufs[curI][1];
     
204.         }
     
205. 
     
206.         temMeans = temMeans / temphumTypedef.curI;
     
207.         humMeans = humMeans / temphumTypedef.curI;
     
208.         
     
209.         *temperature = temMeans;
     
210.         *humidity = humMeans;
     
211.     }
     
212.     else if(MEAN_NUM == temphumTypedef.thAmount)
     
213.     {
     
214.         //Calculate After ten times the mean
     
215.         for(curI = 0; curI < temphumTypedef.thAmount; curI++)
     
216.         {
     
217.             temMeans += temphumTypedef.thBufs[curI][0];
     
218.             humMeans += temphumTypedef.thBufs[curI][1];
     
219.         }
     
220. 
     
221.         temMeans = temMeans / temphumTypedef.thAmount;
     
222.         humMeans = humMeans / temphumTypedef.thAmount;
     
223.         
     
224.         *temperature = (uint8_t)temMeans;
     
225.         *humidity = (uint8_t)humMeans;
     
226.     }
     
227. 
     
228.     return (0);
     
229. }
     
230. 
     
231. uint8_t dht11Init(void)
     
232. {
     
233.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
     
234.     /* Migrate your driver code */
     
235. __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
     
236.         /*Configure GPIO pin Output Level */
     
237.   HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, DHT11_DIN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
     
238.   /*Configure GPIO pins : PBPin PBPin PBPin */
     
239.   GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DIN_Pin;
     
240.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
     
241.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
     
242.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
     
243.   HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
     
244.     dht11Rst();
     
245.    
     
246.     memset((uint8_t *)&temphumTypedef, 0, sizeof(thTypedef_t));
     
247.    
     
248.     printf("dh11Init \r\n");
     
249.    
     
250.     return dht11Check();
     
251. }
     

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zhin 发表于 2017-5-23 15:53
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