STM32 模塊篇-溫濕度傳感器模塊（DHT11）實(shí)驗(yàn)

5.03.1 概述3

5.03.1.1 性能描述4

5.03.1.2 傳感器時(shí)序4

5.03.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>6

5.03.3 硬件設(shè)計(jì)7

5.03.4 軟件設(shè)計(jì)7

5.03.4.1 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明8

5.03.4.2 STM32庫(kù)函數(shù)文件8

5.03.4.3 自定義頭文件8

5.03.4.4 pbdata.h文件里的內(nèi)容是9

5.03.4.5 pbdata.c文件里的內(nèi)容是9

5.03.5  STM32系統(tǒng)時(shí)鐘配置SystemInit()12

5.03.6  GPIO引腳時(shí)鐘使能12

5.03.7  GPIO管腳電平控制函數(shù)12

5.03.8  stm32f10x_it.c文件里的內(nèi)容是13

5.03.9  dht11.h文件里的內(nèi)容是13

5.03.10  dht11.c文件里的內(nèi)容是14

5.03.11  main.c文件里的內(nèi)容是17

5.03.12 程序下載19

5.03.13 實(shí)驗(yàn)效果圖20

5.03 溫濕度傳感器模塊實(shí)驗(yàn)

5.03.1 概述

DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。

DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器模塊為4 針PH2.0 封裝。連接方便。如右圖所示。

5.03.1.1 性能描述

1． 供電電壓：3-5.5V

2． 供電電流：最大2.5mA

3． 溫度范圍：0-50℃ 誤差±2℃

4． 濕度范圍：20-90%RH 誤差±5%RH

5． 響應(yīng)時(shí)間: 1/e(63%) 6-30s

6． 測(cè)量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）

7． 采樣周期間隔不得低于1 秒鐘

8． 模塊尺寸：30x20mm 

注釋：建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)使用5K上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。

5.03.1.2 傳感器時(shí)序

DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說(shuō)明,當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。

數(shù)據(jù)格式:

8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)

+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)

+8bit校驗(yàn)和

數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。

用戶MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào),DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。

通訊過(guò)程如圖

 

    總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。

    總線為低電平,說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始,高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見(jiàn)下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平,則DHT11沒(méi)有響應(yīng),請(qǐng)檢查線路是否連接正常.當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 

5.03.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1. 掌握溫度采集模塊DHT11的工作原理； 

2. 掌握單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度采集模塊DHT11數(shù)據(jù)采集的基本方法，其中包括硬件和軟件實(shí)現(xiàn)兩部分；     

3. 熟悉單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，溫度采集模塊DHT11作為傳感器對(duì)象的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

5.03.3 硬件設(shè)計(jì)

選用大黃蜂實(shí)驗(yàn)板，溫度采集模塊DHT11是成品模塊，直接插接到實(shí)驗(yàn)板上即可。硬件設(shè)計(jì)見(jiàn)“圖5.03.5  溫度采集模塊DHT11連線圖”。

5.03.4 軟件設(shè)計(jì)

5.03.4.1 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

    溫度采集模塊DHT11是成品模塊，直接插接到實(shí)驗(yàn)板上即可。按照上一章介紹的工作原理，我們就可以按照工作時(shí)序編寫出數(shù)據(jù)采集程序。我們還是采用庫(kù)函數(shù)的方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

在這節(jié)程序設(shè)計(jì)中，用到了外部中斷函數(shù)；prinif 重定向打印輸出函數(shù)； USART串口通訊函數(shù)；定時(shí)器函數(shù)。

5.03.4.2 STM32庫(kù)函數(shù)文件

?

   本節(jié)實(shí)驗(yàn)及以后的實(shí)驗(yàn)我們都是用到庫(kù)文件，其中 stm32f10x_gpio.h頭文件包含了GPIO端口的定義。stm32f10x_rcc.h 頭文件包含了系統(tǒng)時(shí)鐘配置函數(shù)以及相關(guān)的外設(shè)時(shí)鐘使能函數(shù)，所以我們要把這兩個(gè)頭文件對(duì)應(yīng)的stm32f10x_gpio.c和stm32f10x_rcc.c加到工程中；Misc.c庫(kù)函數(shù)主要包含了中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，stm32f10x_exti.c 庫(kù)函數(shù)主要包含了外部中斷設(shè)置參數(shù)，tm32f10x_tim.c庫(kù)函數(shù)主要包含定時(shí)器設(shè)置，tm32f10x_usart.c庫(kù)函數(shù)主要包含串行通訊設(shè)置，這些函數(shù)也要添加到函數(shù)庫(kù)中。以上庫(kù)文件包含了本次實(shí)驗(yàn)所有要用到的函數(shù)使用功能。

5.03.4.3 自定義頭文件

    我們?cè)诿總€(gè)工程設(shè)計(jì)中都要?jiǎng)?chuàng)建了兩個(gè)公共的文件，這兩個(gè)文件主要存放我們自定義的公共函數(shù)和全局變量，以方便以后每個(gè)功能模塊（函數(shù)）之間傳遞參數(shù)。

5.03.4.4 pbdata.h文件里的內(nèi)容是

語(yǔ)句 #ifndef、#endif是為了防止pbdata.h文件被多個(gè)文件調(diào)用時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。如果不加這兩條語(yǔ)句，當(dāng)兩個(gè)文件同時(shí)調(diào)用pbdata文件時(shí)，會(huì)提示重復(fù)調(diào)用錯(cuò)誤。 

5.03.4.5 pbdata.c文件里的內(nèi)容是

下面是pbdata.c文件詳細(xì)內(nèi)容，在文件開(kāi)始還是引用“pbdata.h”文件。

 5.03.5  STM32系統(tǒng)時(shí)鐘配置SystemInit()

在每個(gè)工程中必須在開(kāi)始時(shí)配置并啟動(dòng)STM32系統(tǒng)時(shí)鐘，這是基礎(chǔ)，這次也不例外。

5.03.6  GPIO引腳時(shí)鐘使能

5.03.7  GPIO管腳電平控制函數(shù)

    在主程序中采用while(1)循環(huán)語(yǔ)句，采用查詢方式不停的讀取溫濕度數(shù)據(jù)，然后直接通過(guò)串口送打印輸出到屏幕。

  while(1)

   {

  DHT11_Read_Data(&wd,&sd);//讀取溫濕度值    

  printf("當(dāng)前環(huán)境溫度: %d ℃\r\n",wd);    

  printf("當(dāng)前環(huán)境濕度: %d %%\r\n",sd);    

  delay_ms(1000);

  delay_ms(1000);

   }

5.03.8  stm32f10x_it.c文件里的內(nèi)容是

在中斷處理stm32f10x_it.c文件里中僅串口1子函數(shù)非空，進(jìn)入中斷處理函數(shù)后，只有串口1有參數(shù)輸出。

#include "stm32f10x_it.h" 

#include "stm32f10x_exti.h"

#include "stm32f10x_rcc.h"

#include "misc.h"

#include "pbdata.h"

void NMI_Handler(void)

{

}

void USART1_IRQHandler(void)

{

   if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET)

   {

USART_SendData(USART1,USART_ReceiveData(USART1));

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);

   }

}

5.03.9  dht11.h文件里的內(nèi)容是

函數(shù)dht11.h在這里是為符合溫濕度模塊功能自定義的專用功能函數(shù)，dht11.h的內(nèi)容如下：

#ifndef __DHT11_H

#define __DHT11_H 

#include "pbdata.h"

#define IO_DHT11 GPIO_Pin_4 //引入中間變量，方便移植

#define GPIO_DHT11 GPIOE //引入中間變量，方便移植

#define DHT11_DQ_High GPIO_SetBits(GPIO_DHT11,IO_DHT11) 

#define DHT11_DQ_Low  GPIO_ResetBits(GPIO_DHT11,IO_DHT11)

void DHT11_IO_OUT(void);//溫濕度模塊輸出函數(shù)

void DHT11_IO_IN(void); //溫濕度模塊輸入函數(shù)

void DHT11_Init(void);  //初始化DHT11

u8   DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi);//讀取溫濕度

u8   DHT11_Read_Byte(void);             //讀出一個(gè)字節(jié)

u8   DHT11_Read_Bit(void);              //讀出一個(gè)位

u8   DHT11_Check(void);                 //檢測(cè)是否存在DHT11

void DHT11_Rst(void);                   //復(fù)位DHT11    

#endif

5.03.10  dht11.c文件里的內(nèi)容是

自定義函數(shù)dht11.c的內(nèi)容如下：

#include "pbdata.h"

void DHT11_IO_IN(void)//溫濕度模塊輸入函數(shù)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=IO_DHT11;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIO_DHT11,&GPIO_InitStructure);

}

void DHT11_IO_OUT(void)//溫濕度模塊輸出函數(shù)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=IO_DHT11;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(GPIO_DHT11,&GPIO_InitStructure);

}

//復(fù)位DHT11

void DHT11_Rst(void)   

{                 

   DHT11_IO_OUT(); //SET OUTPUT

    DHT11_DQ_Low; //DQ=0

    delay_ms(20);    //拉低至少18ms

    DHT11_DQ_High; //DQ=1 

 delay_us(30);     //主機(jī)拉高20~40us

}

//等待DHT11的回應(yīng)

//返回1:未檢測(cè)到DHT11的存在

//返回0:存在

u8 DHT11_Check(void)    

{   

u8 retry=0;//定義臨時(shí)變量

DHT11_IO_IN();//SET INPUT 

    while ((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==1)&&retry<100)//DHT11會(huì)拉低40~80us

{

retry++;

delay_us(1);

}; 

if(retry>=100)return 1;

else retry=0;

    while ((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==0)&&retry<100)//DHT11拉低后會(huì)再次拉高40~80us

{

retry++;

delay_us(1);

};

if(retry>=100)return 1;    

return 0;

}

//從DHT11讀取一個(gè)位

//返回值：1/0

u8 DHT11_Read_Bit(void)  

{

 u8 retry=0;

while((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==1)&&retry<100)//等待變?yōu)榈碗娖?/span>

{

retry++;

delay_us(1);

}

retry=0;

while((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==0)&&retry<100)//等待變高電平

{

retry++;

delay_us(1);

}

delay_us(40);//等待40us

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==1)

return 1;

else 

return 0;   

}

//從DHT11讀取一個(gè)字節(jié)

//返回值：讀到的數(shù)據(jù)

u8 DHT11_Read_Byte(void)    

{        

    u8 i,dat;

    dat=0;

for (i=0;i<8;i++) 

{

   dat<<=1; 

    dat|=DHT11_Read_Bit();

    }    

    return dat;

}

//從DHT11讀取一次數(shù)據(jù)

//temp:溫度值(范圍:0~50°)

//humi:濕度值(范圍:20%~90%)

//返回值：0,正常;1,讀取失敗

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++)//讀取40位數(shù)據(jù)

{

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;    

}

//初始化DHT11的IO口 DQ 同時(shí)檢測(cè)DHT11的存在

//返回1:不存在

//返回0:存在     

void DHT11_Init(void)

{     

DHT11_Rst();  //復(fù)位DHT11

DHT11_Check();//等待DHT11的回應(yīng)

}

5.03.11  main.c文件里的內(nèi)容是

#include "pbdata.h"

void RCC_Configuration(void);

void GPIO_Configuration(void);

void NVIC_Configuration(void);

void USART_Configuration(void);

int fputc(int ch,FILE *f)

{

USART_SendData(USART1,(u8)ch);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);

return ch;

}

int main(void)

{

   u8 wd=0;      

   u8 sd=0;

   RCC_Configuration();//系統(tǒng)時(shí)鐘初始化

   GPIO_Configuration();//端口初始化

   USART_Configuration();

   NVIC_Configuration();

   DHT11_Init();

   while(1)

   {

  DHT11_Read_Data(&wd,&sd);//讀取溫濕度值    

  printf("當(dāng)前環(huán)境溫度: %d ℃\r\n",wd);    

  printf("當(dāng)前環(huán)境濕度: %d %%\r\n",sd);    

  delay_ms(1000);

  delay_ms(1000);

   }

}

void RCC_Configuration(void)

{

    SystemInit();//72m

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

}

void GPIO_Configuration(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;//TX

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;//RX

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

}

void NVIC_Configuration(void)

{

   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); 

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; 

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; 

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; 

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void USART_Configuration(void)

{

    USART_InitTypeDef  USART_InitStructure;

USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600;

USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;

USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;

USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;

USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);

USART_Cmd(USART1,ENABLE);

USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);

}

5.03.12 程序下載

在這一章節(jié)中要掌握DHT11溫濕度傳感器工作時(shí)序，了解常用的溫濕度傳感器功能和原理。

請(qǐng)根據(jù)下圖所指向的7個(gè)重點(diǎn)區(qū)域配置。其中（1）號(hào)區(qū)域根據(jù)自己機(jī)器的實(shí)際情況選擇，我的機(jī)器虛擬出來(lái)的串口號(hào)是COM3。（2）號(hào)區(qū)域請(qǐng)自己選擇程序代碼所在的文件夾。（7）號(hào)區(qū)域當(dāng)程序下載完后，進(jìn)度條會(huì)到達(dá)最右邊，并且提示一切正常。（4、5、6）號(hào)區(qū)域一定要按照上圖顯示的設(shè)置。當(dāng)都設(shè)置好以后就可以直接點(diǎn)擊（3）號(hào)區(qū)域的開(kāi)始編程按鈕下傳程序了。

本節(jié)實(shí)驗(yàn)的源代碼在光盤中：（LY-STM32 光盤資料\1.課程\2,外設(shè)篇\模塊篇 03.溫濕度傳感器模塊(DHT11)\程序）

5.03.13 實(shí)驗(yàn)效果圖

打開(kāi)眾想科技多功能監(jiān)控軟件，接著打開(kāi)串口，我們?cè)诮邮諈^(qū)可以觀察到實(shí)測(cè)采集到周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，周圍環(huán)境的溫度大約     攝氏度左右、濕度是   左右，說(shuō)明我們溫濕度模塊工作正常，程序編寫和設(shè)計(jì)思路吻合。