【GD32F303紅楓派開發板使用手冊】第二十四講 DHT11溫濕度傳感器檢測實驗
24.1實驗內容
通過本實驗主要學習以下內容：
- DHT11操作原理
- 單總線GPIO模擬操作原理
24.2實驗原理
HT11是一款已校準數字信號輸出的溫濕度一體化數字傳感器。該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點信號，傳輸距離可達20米以上。
其具體參數如下：
- 工作電壓：3.3V-5.5V
- 工作電流：0.5ｍA
- 控制方式：單總線
- 輸出方式：數字量
- 濕度精度：±5%
- 溫度精度：±2℃
- 濕度量程：5%~95%
- 溫度量程：-20℃~+60℃
DHT11引腳定義和封裝如下圖所示
DHT11采用單總線的方式進行數據傳輸，下面對其通信時序以及傳輸數據構成進行介紹。
DHT11通信時序可分為：建立連接、數據接收兩部分。
建立連接部分時序如下圖所示，共包括：主機動作和從機響應兩部分。主機動作：DHT11溫濕度傳感器上電后，數據線處于空閑狀態（配置數據線空閑狀態為高電平）。主機發送建立連接動作，動作內容為：拉低數據線再拉高數據線（數據線拉低時間＞18ｍs、拉高時間在20－40us之間）然后釋放總線。從機響應：從機接收到主句發送的建立連接動作后，先拉低數據線，再拉高數據線，表示連接建立成功（拉低數據線40－50us，拉高數據線40－50us）。
在連接成功建立后，從機發送數據，主機進行數據的接收。數據接收：每一bit數據都以50us低電平開始，通過判斷低電平后的高電平時間來決定接收數據的種類。接收高電平時間為26us－28us表示0，接收高電平為70us表示1。當最后一bit數據傳送完畢后，從機拉低數據線50us，隨后從機釋放總線，總線進入空閑狀態（高電平）。
主機一次接收40bit數據，共5字節，每個字節的含義如下圖所示。從高到低依次為：濕度整數h(0)、濕度小數h(１)、溫度整數h(２)、溫度小數h(３)、校驗和h(４)。檢驗和等于前四字節數據之和。在一次數據接收完成后，驗證h(４)是否等于h(１)＋h(２)＋h(３)＋h(４)。若等式成立則表示數據成功接收，然后進行數據更新，否則不進行數據更新。
DHT11數據格式舉例如下。
24.3硬件設計
DHT11硬件電路圖如下所示。DHT11為單信號線通信，因而僅使用了一個IO進行數據通信，且該IO使用了RC進行濾波并采用4.7K進行上拉，保證了數據通信的穩定性，電源地通過100nf電容濾波。
24.4代碼解析
24.4.1DHT11初始化
DHT11初始化函數實現如下，主要包括DHT11數據通信引腳的初始化以及DHT11 reset和check操作。
| C uint8_t dht11_init(void) { driver_gpio_general_init(&DHT11_DA); /* DHT11_DQ引腳模式設置,開漏輸出,上拉, 這樣就不用再設置IO方向了, 開漏輸出的時候(=1), 也可以讀取外部信號的高低電平 */ dht11_reset(); return dht11_check(); } |
在該函數中，將DHT11數據引腳配置為開漏模式，使用上可以不用切換引腳模式以及方向，使用比較方便。
dht11_reset()為復位DHT11操作函數，其實現如下，如原理中介紹，首先拉低數據引腳20ms，之后拉高30us，實現對DHT11的復位操作。
| C static void dht11_reset(void) { DHT11_DA_OUT(0); /* 拉低DQ */ delay_ms(20); /* 拉低至少18ms */ DHT11_DA_OUT(1); /* DQ=1 */ delay_us(30); /* 主機拉高10~35us */ } |
dht11_check()為check DHT11是否正常連接以及工作，其實現如下，其主要通過判斷DHT11是否能夠響應主機的復位請求操作來判斷DHT11是否連接以及工作正常，如果工作正常，該函數返回值為0，否則返回1.
| C uint8_t dht11_check(void) { uint8_t retry = 0; uint8_t rval = 0; while (DHT11_DA_IN && retry < 100) ?/* DHT11會拉低83us */ { retry++; delay_us(1); } if (retry >= 100) { rval = 1; } else { retry = 0; while (!DHT11_DA_IN && retry < 100) /* DHT11拉低后會再次拉高87us */ { retry++; delay_us(1); } if (retry >= 100) rval = 1; } return rval; } |
24.4.2DHT11溫濕度讀取
DHT11溫濕度讀取函數如下，通過該函數將會連續讀取5個字節數據，前兩個為濕度數據，之后兩個為溫度數據，最后一個數據為校驗和。讀取正確且校驗完成后相關濕度數據將會放在對應的形參指定的變量內，該函數將會返回0.
| C uint8_t dht11_read_data(uint8_t *temp, uint8_t *humi) { uint8_t buf[5]; uint8_t i; dht11_reset(); if (dht11_check() == 0) { for (i = 0; i < 5; i++) ??? /* 讀取40位數據 */ { 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; } |
24.4.3主函數
DHT11溫濕度檢測實驗主函數如下所示，首先對systick延遲函數進行初始化，之后對DHT11初始化，最后在主循環中沒間隔1s讀取一次溫濕度數據。
| C int main(void) { uint8_t temperature; uint8_t humidity; delay_init(); while (dht11_init()) /* DHT11初始化 */ { } while (1) { dht11_read_data(&temperature, &humidity); /* 讀取溫濕度值 */ delay_ms(1000); } } |
24.5實驗結果
將DHT11溫濕度讀取實驗燒錄到紅楓派開發板中，并連接串口，運行程序會，將會每秒鐘打印一次溫濕度數據。向著DHT11吹口熱氣，將會觀察到打印的溫濕度數值都將會增加。
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