基于stm32的多功能时钟2——DHT11测量温湿度

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-04
        亲爱的读者们,我又回来了~

         上一章中,我带着大家实现了时钟显示和按键调整的功能。在这一章中,我将利用DHT11温湿度传感器,来测量环境温度和湿度。

        DHT11温湿度传感器是数字式的,包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件,内部自带AD转换功能,采用单总线,具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等特点。该模块总共4个引脚,其中两个是电源引脚VCC和GND,一个是数据引脚,还有一个为空引脚。

        目前流行的数据传输总线有II2C总线,SPI总线,单总线等,而DHT11则采用单总线传输数据。单总线,顾名思义,就是采用单根信号线,即可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的,从而有主机和从机之别。在这里,stm32作为核心控制器,所以是主机,而DHT11为从机。           采用单总线进行数据传输,我们需要查看数据手册的时序图。                                                     

        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。

        根据时序图,单片机需要先将总线拉低至少18ms,然后拉高总线20~40us,此时主机的开始信号结束,检测DHT11的响应信号。如果检测到低电平,则DHT11响应,并且低电平时间维持80us,然后DHT11拉高总线80us。此时DHT11准备传输数据,传输的数据间隙为50us低电平,传输的数据通过高电平的时间长短来区分"0"和"1"。数据传输完毕,DHT11将总线拉低50us,最后主机再拉高总线。

(1)编写延时函数

        由于DHT11的时序比较严格,需要毫秒级别和微妙级别的延时。这里我们采用Systick去做延时。在之前按键扫描函数里也用到延时的,在此我叙述一下。

        我们需要配置系统时钟,然后把Systick设置成72,这样就能产生1us时间基准,其次编写Systick中断处理函数,让变量自减,从而达到延时的效果,最后编写延时函数,也就是对自减的变量赋初始值。

__IO uint32_t TimingDelay;

/*配置SysTick函数*/

void systick_init(void)

{

    /*配置Systick重载值,系统时钟为72MHz*/

    /*设置72,中断时间:72*(1/72000000) = 1us*/

    if(SysTick_Config(72)==1)    //若SysTick_Config函数返回产生中断信号,返回值为0

    {

        while(1);                  //SysTick_Config函数返回值为1,则等待

    }

}

/*时间变量自减函数*/

void TimingDelay_Decrement(void)

{

    if(TimingDelay!=0x00)

    {

        TimingDelay--;

    }

}

/*SysTick中断处理函数*/

void SysTick_Handler(void)

{

    TimingDelay_Decrement();

}

/*延时函数,时间基准为1ms*/

void delay_ms(__IO uint32_t nTime)

{

    TimingDelay = nTime*1000;

    while(TimingDelay!=0);

}

/*延时函数,时间基准为1us*/

void delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

    TimingDelay = nTime;

    while(TimingDelay!=0);

}

(2)配置相应的GPIO口作为单总线数据端

/*配置DHT11数据引脚,设置成浮空输入模式*/

void dht11_gpio_portIn(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

/*配置DHT11数据引脚,设置成推挽输出模式*/

void dht11_gpio_portOut(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

        由于DHT11采用单总线通信协议,所以数据传输是双向的,所以分别将数据端口设置成浮空输入模式和推挽输出模式。并且将数据口的输入和输出定义成宏定义的形式。

#define DHT11_OUT_H GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)

#define DHT11_OUT_L GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4)

#define DHT11_IN    GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_4)

(3)根据DHT11时序图,编写时序函数

        现在,我们开始编写总线的驱动函数,根据时序图,主机发送命令启动转换,接着,等待DHT11转换响应并且输出数据,最后读取数据。

/*启动总线函数*/

void dht11_reset(void)

{

    dht11_gpio_portOut();        //设置成输出模式

    DHT11_OUT_L;                  //主机将总线拉低至少18ms

    delay_ms(18);

    DHT11_OUT_H;                  //主机拉高保持20~40us

    delay_us(30);

    dht11_gpio_portIn();          //设置成输入模式,等待DHT11响应

}

/*DHT11响应函数*/

u8 dht11_scan(void)

{

    return DHT11_IN;              //返回值为DHT11的响应信号

}

实时监控DHT11的数据线,直至其产生出低电平,表示DHT11响应主机请求,开始传输数据。

/*DHT11读取位函数*/

u8 dht11_read_bit(void)

{

    while(DHT11_IN==RESET);            //传输数据位前存在50us低电平   

    delay_us(40);                      //根据高电平的时间长短决定电平是1还是0

    if(DHT11_IN==SET)                  //"0"电平持续时间为26~28us,"1"电平持续时间为70us

    {

        while(DHT11_IN==SET);

        return 1;                      //若检测到高电平,返回值为1

    }

    else

    {

        return 0;                      //若检测到高电平,返回值为0

    }

}

/*DHT11读取字节函数*/

//注:数据最高位先传输

u8 dht11_read_byte(void)

{

    u8 i,dat = 0x00;

    for(i=0; i<8; i++)

    {

        dat = dat<<1;

        dat = dat|dht11_read_bit();//将串行数据读取出来

    }

    return dat;

}

        当DHT11响应后,就开始通过单总线传输数据,在读取位函数里,通过高电平的时间长短来判断输出的是'1'还是'0',在读取字节函数里,调用读取位函数,将传输的每8位整合出字节,并读取出来。

        我们查阅DHT11数据手册,得知数据传输的结构(依次顺序):湿度整数部分(1字节)、湿度小数部分(1字节)、温度整数部分(1字节)、温度小数部分(1字节)、校验和(1字节)。这里,其实就是一个简单的通信协议。校验和就是源数据所有字节之和的低8位,确保传输数据的正确与稳定。

/*DHT11读取数据函数*/

u8 dht11_read_data(void)

{

    u8 i;

    dht11_reset();

    if(dht11_scan()==RESET)            //DHT11发出响应信号

    {

        while(DHT11_IN==RESET);        //DHT11拉低总线80us

        while(DHT11_IN!=RESET);        //DHT11拉高总线80us

        for(i=0; i<5; i++)

        {

            buffer[i] = dht11_read_byte();

        }

        while(DHT11_IN==RESET);        //发送完最后1bit数据后,等待50us低电平结束

        dht11_gpio_portOut();

        DHT11_OUT_H;                    //主机拉高总线

        if(buffer[0]+buffer[1]+buffer[2]+buffer[3]==buffer[4])

        {

            return 1;                  //校验成功

        }

        else

        {

            return 0;                  //校验失败

        }

    }

    else

    {

        return 0;                      //DHT11未发出响应信号

    }

}

        在读取字节里,先等待DHT11响应,然后开始接收数据,并且连续读取5次,存放在事先定义好的数组里,主机发出结束信号,最后对读取的数据进行校验。

(4)测量显示温湿度

主函数调用DHT11读数据函数,并调用lcd显示函数,将温度和湿度显示出来即可。

        if(dht11_read_data()==1)//读取数据,前提是DHT11响应,并且数据校验成功

        {

            humidity = buffer[0];//buffer[0]存放的是湿度整数部分

            temperature = buffer[2];//buffer[2]存放的是温度整数部分

        }

        lcd_display_string(2,0,"温度");

        lcd_display_num_m(2,32,temperature/10);

        lcd_display_num_m(2,40,temperature%10);

        lcd_display_string(4,0,“湿度”);

        lcd_display_num_m(4,32,humidity/10);

        lcd_display_num_m(4,40,humidity%10);

         至此,通过本章的讲解,我相信,大家应该对于DHT11模块有了大致的了解,当然,如果你只是看看文章的话,可能效果不怎么理想。这些东西,都需要亲自动手的,正所谓"实践出真知"。所以,你可以在网上买开发板,再买一些模块,不一定要和我的一样。当然,想要挑战自己的话,可以买块最小系统板,这样,外围的硬件电路可以由自己搭建(功能自定义),灵活性强的同时,也锻炼了自己的动手能力。如果你是会设计PCB的大佬,那更好,估计你的水平,就浏览一下我的文章即可。

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