STM32/51单片机实训day8——基于Keil5+Proteus8使用DHT11温度传感器实现温湿度采集并在LM016L液晶屏上显示

news2024/12/23 12:19:44

目录

任务指导

1 DHT11产品概述

2 应用领域

3 传感器性能说明

4 接口说明

5 电源引脚

6 串行接口(单线双向)

通讯过程如图3所示：

任务实现​​​​​​​

内 容：本任务使用DHT11温度传感器实现基本的端口配置、初始化时序。

学 时：3

知识点：DHT11温度传感器介绍、工作原理、编码

重 点：DHT11工作原理、编码

难 点：编码

时间：2022年12月28日 9:00～11:50 

任务指导

1 DHT11产品概述

        DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。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与卓越的长期稳定性。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储存在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，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

2 应用领域

►暖通空调

►测试及检测设备

►汽车

►数据记录器

► 消费品

►自动控制

►气象站

►家电

►湿度调节器

►医疗

►除湿器

3 传感器性能说明

4 接口说明

        建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻，如图1。

图1 接口说明

        基于典型应用电路，温湿度传感器电路设计如图2。其中DHT11的DATA引脚连接到STM32的PA1引脚上。

图2 温湿度传感器电路设计 

5 电源引脚

        DHT11的供电电压为 3－5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。

6 串行接口(单线双向)

        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+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验。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。

通讯过程如图3所示：

图3 通讯 

        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。

任务实现

        在工程templates/user目录下，新建dht11.c文件。编写DHT11端口初始化及初始化时序、读写时序部分。 

void Delay_us( __IO u32 nTime )
{ 
	TimingDelay = nTime;	

	// 使能滴答定时器  
	SysTick->CTRL |=  SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

	while( TimingDelay != 0 );
	
}
//DHT11端口输出模式配置 
static void DHT11_GPIO_Config ( void )
{		
	/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	/*开启macDHT11_Dout_GPIO_PORT的外设时钟*/
  macDHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN ( macDHT11_Dout_GPIO_CLK, ENABLE );	

	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/															   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_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macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  	GPIO_Init ( macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );		  
	
}

static void DHT11_Mode_IPU(void)
//DHT11-DATA引脚变为上拉输入模式
{
 	  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	  	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/	
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_Dout_GPIO_PIN;

	   /*设置引脚模式为上拉输入模式*/ 
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ; 

	  /*调用库函数，初始化macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
	  GPIO_Init(macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 
	
}


static void DHT11_Mode_Out_PP(void)
//DHT11-DATA引脚变为推挽输出模式
{
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	 	/*选择要控制的macDHT11_Dout_GPIO_PORT引脚*/															   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macDHT11_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macDHT11_Dout_GPIO_PORT*/
  	GPIO_Init(macDHT11_Dout_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 	 
	
}
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{  
	/*输出模式*/
	DHT11_Mode_Out_PP();
	/*主机拉低*/
	macDHT11_Dout_0;
	/*延时18ms*/
	Delay_ms(18);

	/*总线拉高 主机延时30us*/
	macDHT11_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(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET)     
	{
		/*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/  
		while(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);

		/*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/
		while(macDHT11_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*/
		macDHT11_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;
	
}
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(macDHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);//读取输入的数据位状态

		/*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(macDHT11_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(macDHT11_Dout_IN()==Bit_SET);

			temp|=(uint8_t)(0x01<<(7-i));  //把第7-i位置1，MSB先行（最高位）
		}
		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（最高位）
		}
	}
	
	return temp;
	
}
int main(void)
{

uint8_t temp_hum_buffer[5] = {0};
 
led_init();      // LED初始化

usart_init();     // USART初始化
dht11_init();     // DHT11初始化
 

 
 while (1)
 {


 
 if(dht11_read_temp_hum(temp_hum_buffer) == 1)
 {
  printf("Temp: %d.%d  Hum: %d.%d\n\r", temp_hum_buffer[2], temp_hum_buffer[3], temp_hum_buffer[0], temp_hum_buffer[1]);
 }
 else
 {
  printf("error!\n\r");
 }
 


 
 delay();
 delay();
 delay();
 delay();
 }
}

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