传感器的使用（二）-温湿度传感器DHT11（HAL库实现）
温湿度传感器的介绍DHT11技术性能特征工作电压范围：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2090％RH，温度050℃精度 ：湿度±5%，温度±2℃分辨率 ：湿度1%，温度1℃实现原理DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。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40
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温湿度传感器的介绍
DHT11技术性能特征
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℃
实现原理
DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。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。
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(校验正确)
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（40us-50us）时间，作为响应信号，然后DHT11拉高数据线，保持t4（40us-50us）时间后，开始输出数据。
DHT11输出数字‘0’的时序如图
DHT11输出数字‘1’的时序如图
正点原子代码解析(库函数)
代码解析：复位
//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
}
代码解析：等待回应
//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;
}
代码解析：读数据一个bit
数据 “0"和数据"1”
//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;
}
代码解析：读数据（一个字节）
//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;
}
代码解析：解析温度和湿度值
//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;
}
功能实现(HAL库)
DHT11.c文件内容如下:
#include "DHT11.h"
#define Delay_ms(x) HAL_Delay(x)
static void DHT11_Delay(uint16_t time)//延时函数
{
while(time)
{
unsigned char i;
i = 5;
while (--i)
{
}
time--;
}
}
初始化DHT11_DATA PIN
初始化DHT11分为两种，因为一个引脚要有两个功能，输入和输出，在不同的模式下对应着不同的引脚功能。
void DHT11_PIN_MODE(uint8_t mode)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(mode==Intput)
{
GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DATA_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(DHT11_DATA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
else
{
GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DATA_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(DHT11_DATA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}
}
读取字节
static uint8_t DHT11_ReadByte ( void )
{
DHT11_PIN_MODE(Intput);
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(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_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 */
DHT11_Delay(40); //延时x us 这个延时需要大于数据0持续的时间即可
if(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_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(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_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;
}
读取最后的温湿度数据
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{
uint8_t temp;
uint16_t humi_temp;
/*输出模式*/
DHT11_PIN_MODE(Output);
/*主机拉低*/
DHT11_DATA_RESET();
/*延时18ms*/
Delay_ms(18);
/*总线拉高 主机延时30us*/
DHT11_DATA_SET();
DHT11_Delay(30); //延时30us
/*主机设为输入 判断从机响应信号*/
DHT11_PIN_MODE(Intput);
/*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(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_RESET)
{
/*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/
while(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_RESET);
/*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
while(Read_DHT11_DATA()==GPIO_PIN_SET);
/*开始接收数据*/
DHT11_Data->humi_high8Bit= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->humi_low8bit = DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->temp_high8bit= DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->temp_low8bit = DHT11_ReadByte();
DHT11_Data->check_sum = DHT11_ReadByte();
/*读取结束，引脚改为输出模式*/
DHT11_PIN_MODE(Output);
/*主机拉高*/
DHT11_DATA_SET();
/* 对数据进行处理 */
humi_temp=DHT11_Data->humi_high8Bit*100+DHT11_Data->humi_low8bit;
DHT11_Data->humidity =(float)humi_temp/100;
humi_temp=DHT11_Data->temp_high8bit*100+DHT11_Data->temp_low8bit;
DHT11_Data->temperature=(float)humi_temp/100;
/*检查读取的数据是否正确*/
temp = DHT11_Data->humi_high8Bit + DHT11_Data->humi_low8bit +
DHT11_Data->temp_high8bit+ DHT11_Data->temp_low8bit;
if(DHT11_Data->check_sum==temp)
{
return SUCCESS;
}
else
return ERROR;
}
else
return ERROR;
}
DHT11.h文件内容如下:
#ifndef __DHT11_H
#define __DHT11_H
#include "main.h"
typedef struct
{
uint8_t humi_high8Bit; //原始数据：湿度高8位
uint8_t humi_low8bit; //原始数据：湿度低8位
uint8_t temp_high8bit; //原始数据：温度高8位
uint8_t temp_low8bit; //原始数据：温度高8位
uint8_t check_sum; //校验和
float humidity; //实际湿度
float temperature; //实际温度
} DHT11_Data_TypeDef;
enum DHT11_Pin_mode_enum
{
Intput=1,
Output,
};
#define Read_DHT11_DATA() HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_DATA_GPIO_Port,DHT11_DATA_Pin)
#define DHT11_DATA_SET() HAL_GPIO_WritePin(DHT11_DATA_GPIO_Port,DHT11_DATA_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define DHT11_DATA_RESET() HAL_GPIO_WritePin(DHT11_DATA_GPIO_Port,DHT11_DATA_Pin,GPIO_PIN_RESET)
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data);
#endif
具体实现：
DHT11_Data_TypeDef DHT11_Data;
void main()
{
DHT11_Read_TempAndHumidity(&DHT11_Data);
float humidity=DHT11_Data.humidity; //湿度
float temperature=DHT11_Data.temperature; //温度
}
结束。
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