STM32-HAL库驱动DHT11温湿度传感器 --2024.9.28

news2024/9/29 10:51:10

目录

一、教程简介

二、驱动原理讲解

        （一）通信4步骤

        （二）传感器数据解析

三、CubeMX生成底层代码

        （一）基础配置

        （二）配置DHT11的驱动引脚

        （三）配置串口

四、Keil中编写代码

        （一）dht11.c 代码

        （二）dht11.h 代码

        （三）main.c 中调用

五、效果展示

一、教程简介

        DHT11是单片机开发常用的一个温湿度传感器，采用单总线通信，优点是单片机和传感器的连接只需要一根数据线，缺点则是对通信时序的要求较高。

        本教程用通俗易懂的语言和详细的操作过程截图，为开发者清除DHT11这只拦路虎，本教程还提供可以快速使用DHT11的驱动代码，只要跟着本教程操作，都可以正确读取到温湿度信息。

二、驱动原理讲解

        DHT11采用的是单总线的通信方式，系统中数据的交换、控制均由单总线完成。（注意：DHT11的数据引脚需要一个4.7K的上拉电阻，若使用的传感器是不带PCB的那种，请自己外加上拉电阻）。

   （一）通信4步骤

        步骤一：

        DHT11上电后(DHT11上电后要等待1S以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令)，测试环境温湿度数据，并记录数据，同时DHT11的DATA数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平;此时DHT11的DATA引脚处于输入状态，时刻检测外部信号。

        步骤二：

        微处理器的I/0设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于18ms(最大不得超过30ms)，然后微处理器的I/0设置为输入状态，由于上拉电阻，微处理器的I/0即DHT11的DATA数据线也随之变高，等待DHT11作出回答信号。发送信号如下图所示：

        步骤三：

        DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11的DATA引脚处于输出状态，输出83微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出87微秒的高电平通知外设准备接收数据，微处理器的I/0此时处于输入状态，检测到I/0有低电平(DHT11回应信号)后，等待87微秒的高电平后的数据接收，发送信号如图5所示:

         步骤四：

         由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/0电平的变化接收40位数据，位数据“0”的格式为:54微秒的低电平和23-27微秒的高电平，位数据“1”的格式为:54微秒的低电平加68-74微秒的高电平。位数据“0”、“1”格式信号如图6所示:

        结束信号     

        DHT11的DATA引脚输出40位数据后，继续输出低电平54微秒后转为输入状态，由于上拉电阻随之变为高电平。但DHT11内部重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部信号的到来。

   （二）传感器数据解析

        传感器发送的40位数据分为5个部分，分别是：湿度高8位、湿度低8位、温度高8位、温度低8位、校验位。下面举例分析：

        示例一：接收到的40位数据为

0011 01010000 00000001 10000000 01000101 0001
湿度高8位湿度低8位温度高8位温度低8位校验位

        计算：                                                                                                                                        

        00110101 + 00000000 + 00011000 + 00000100 = 01010001                                                   

        校验正确，接收数据正确。                                                                                                        

        湿度：00110101(整数) = 0x35 = 53%   ，湿度小数为0。                                                         

                   所以湿度为： 53%                                                                                                          

        温度：00011000(整数) = 0x18 = 24 度  ，00000100(小数) = 0x04 = 0.4度                              

                   所以温度为：24 + 0.4 = 24.4 摄氏度                                                                              

三、CubeMX生成底层代码

（一）基础配置

        1、配置Debug

        2、配置外部高速晶振

        3、 配置时钟

（二）配置DHT11的驱动引脚

        将任意一个引脚配置为：输出模式、内部上拉、高速模式、重命名为DHT11

（三）配置串口

（四）生成工程文件

四、Keil中编写代码

（一）dht11.c 代码

#include "dht11.h"
/*
 * DHT11引脚：输入/输出模式配置函数 
 * Mode = 0/INPUT  时 输入模式  
 * Mode = 1/OUTPUT 时 输出模式  
 */
void DHT11_PIN_Mode(int Mode)
{	
   if(Mode)   
   {
		GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};							// 定义GPIO_InitTypeDef结构体 
		GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;                    // 引脚选择
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;         // 引脚模式：输出模式
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                 // 配置内部上拉
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;       // 引脚速率：高速
		HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
   }
   else
   {
	    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};						// 定义GPIO_InitTypeDef结构体 
		GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;				    				// 引脚选择
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;							// 引脚模式：输入模式
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;									// 配置内部上拉
		HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
   }
}  

/*
 *DHT11起始函数
 *根据DHT11时序图，主机要要发送起始信号，需要将总线电平拉低（18~30ms）
 */
void DHT11_Start(void)
{
	DHT11_PIN_Mode(OUTPUT);
	DHT11_IO_SET;    				// 先让总线处于高电平状态
	HAL_Delay(1);
	DHT11_IO_RESET;  				// 拉低总线20ms，表示主机发送起始信号
	HAL_Delay(20);
	DHT11_IO_SET;    				// 将总线拉高等待传感器响应
	DHT11_Delay_us(30);
}

/**
  * DHT11响应检测函数
  * 返回1：未检测到DHT11的存在
  * 返回0：存在出现由高到低的变化即可
  */
uint8_t DHT11_Check(void)
{
	uint8_t retry = 0;
	DHT11_PIN_Mode(INPUT);              //将引脚切换为输入模式
	while(!DHT11_IO_Read && retry<100)  //单片机发送起始信号后，DHT11会将总线拉低83微妙
	{
		retry++;
		DHT11_Delay_us(1);
	}
	if(retry >= 100)return 1;
	else retry = 0;
	
	while(DHT11_IO_Read && retry<100)  //DHT11拉低后会再次拉高87微妙
	{
		retry++;
		DHT11_Delay_us(1);
	}
	if(retry >= 100) return 1;
	return 0;
}


/**
  * 从DHT11读取一个位
  * 返回值：1/0
  */
uint8_t DHT11_Read_Bit(void)
{
	DHT11_PIN_Mode(INPUT);
	while(!DHT11_IO_Read);
	DHT11_Delay_us(40);
	if(DHT11_IO_Read)
	{
		while(DHT11_IO_Read);
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

/**
  *  读取一个字节数据 1byte / 8bit
  *  返回值是一个字节的数据
  */
uint8_t DHT11_Read_Byte(void)
{
    uint8_t i,buf = 0;                             //  暂时存储数据
    
    for(i=0; i<8 ;i++)
    {
        buf <<= 1;                                 
        if(DHT11_Read_Bit())                        //  1byte -> 8bit
        {
            buf |= 1;                              //  0000 0001
        }
    }
    return buf;
}

/**
  * 读取温湿度传感器数据 5byte / 40bit
  * 使用方法：创建两个float变量，将变量地址传入函数
  * 注意：两次使用该函数的间隔需要大于2秒，否则会导致数据测量不准确
  */
uint8_t data[5] = {0};

uint8_t DHT11_READ_DATA(float *temp, float *humi)
{
   uint8_t i;
   DHT11_Start();                                 //  主机发送启动信号
   
   if(!DHT11_Check())                             //  如果DHT11应答     
   {  
      for(i=0; i<5; i++)
      {                        
         data[i] = DHT11_Read_Byte();             //  读取 5byte
      }
      if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4])
      {
				 *humi = data[0] + 0.1*data[1];
				 *temp = data[2] + 0.1*data[3];
         return 1;                                //  数据校验通过
      }
      else return 0;                              //  数据校验失败
   }
   else return 2;                                 //  如果DHT11不应答
}

/**
  * 微妙延时函数
  * 全系列通用，只需要将宏定义CPU_FREQUENCY_MHZ根据时钟主频修改即可。
  * 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。
  */
#define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)		// 自动获取STM32时钟主频
	
void DHT11_Delay_us(__IO uint32_t delay)  
{
    int last, curr, val;
    int temp;

    while (delay != 0)
    {
        temp = delay > 900 ? 900 : delay;
        last = SysTick->VAL;
        curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;
        if (curr >= 0)
        {
            do
            {
                val = SysTick->VAL;
            }
            while ((val < last) && (val >= curr));
        }
        else
        {
            curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
            do
            {
                val = SysTick->VAL;
            }
            while ((val <= last) || (val > curr));
        }
        delay -= temp;
    }
}

（二）dht11.h 代码

#include "main.h"

#ifndef __DHT11_H_
#define __DHT11_H_
/**
 *
 * 如果未用CubeMX配置引脚，可以将下面代码的注释取消，并替换后面的GPIOB以及GPIO_PIN_1 
 * 例如: 使用了PA5引脚，则应将 GPIOB 替换成 GPIOA ，将 GPIO_PIN_1 替换成 GPIO_PIN_5
 *
***/

// #define DHT11_GPIO_Port GPIOB
// #define DHT11_Pin       GPIO_PIN_1

#define DHT11_IO_Read   HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin)                   //读DHT11引脚电平
#define DHT11_IO_SET    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin,GPIO_PIN_SET)     //DHT11引脚置高电平
#define DHT11_IO_RESET  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin,GPIO_PIN_RESET)   //DHT11引脚置低电平
  
#define INPUT 0   //引脚输入模式
#define OUTPUT 1  //引脚输出模式

void DHT11_Delay_us(__IO uint32_t delay);           // 微妙级延时函数
void DHT11_PIN_Mode(int Mode);  										// 引脚模式配置函数
void DHT11_Start(void);         										// 起始信号发送函数
uint8_t DHT11_Check(void);      										// DHT11应答检测函数
uint8_t DHT11_Read_Bit(void);   										// 读取一个数据位（bit），8 bit = 1 byte
uint8_t DHT11_Read_Byte(void);  										// 读取一个字节的数据
uint8_t DHT11_READ_DATA(float *temp, float *humi);  // 温湿度数据读取函数

#endif

 （三）main.c 中调用

       注意： 在main.c中需要包含dht11.h、stdio.h两个头文件，声明两个浮点变量和一个串口发送缓冲数组。使用的时候不需要初始化，直接放while里面循环读取就可，但必须要加上延时。        

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "dht11.h"
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
float Humi,Temp;
char  DHT11_TX[40];
/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		HAL_Delay(2000);
		DHT11_READ_DATA(&Temp,&Humi);
		sprintf(DHT11_TX,"温度：%0.1f 度	湿度：%0.1f %%\r\n",Temp,Humi);
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)DHT11_TX,40,200);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

五、效果展示

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有的时候约束条件有点难搞&#xff0c;我们可以把它放到目标函数里面。 记得之前凸函数的时候的结论吗&#xff1f;一大堆函数&#xff0c;每一段都取最大的&#xff0c;最后会得到一个凸函数。同理&#xff0c;每一段都取最小的&#xff0c;得到的是一个凹函数。就这样&#x…
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