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目 錄
5.03.1 概述3
5.03.1.1 性能描述4
5.03.1.2 傳感器時序4
5.03.2 實驗?zāi)康?/span>6
5.03.3 硬件設(shè)計7
5.03.4 軟件設(shè)計7
5.03.4.1 軟件設(shè)計說明8
5.03.4.2 STM32庫函數(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)時鐘配置SystemInit()12
5.03.6 GPIO引腳時鐘使能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 實驗效果圖20
5.03 溫濕度傳感器模塊實驗
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期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能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)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(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)時間: 1/e(63%) 6-30s
6． 測量分辨率分別為 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：建議連接線長度短于20米時使用5K上拉電阻，大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。
5.03.1.2 傳感器時序
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校驗和
數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(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)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進(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能檢測到起始信號。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后,等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號.主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號,主機(jī)發(fā)送開始信號后,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,說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后,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低電平時隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號為高電平,則DHT11沒有響應(yīng),請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 實驗?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作為傳感器對象的系統(tǒng)設(shè)計方法。
5.03.3 硬件設(shè)計
選用大黃蜂實驗板，溫度采集模塊DHT11是成品模塊，直接插接到實驗板上即可。硬件設(shè)計見“圖5.03.5 溫度采集模塊DHT11連線圖”。
5.03.4 軟件設(shè)計
5.03.4.1 軟件設(shè)計說明
溫度采集模塊DHT11是成品模塊，直接插接到實驗板上即可。按照上一章介紹的工作原理，我們就可以按照工作時序編寫出數(shù)據(jù)采集程序。我們還是采用庫函數(shù)的方式進(jìn)行程序設(shè)計。
在這節(jié)程序設(shè)計中，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)；定時器函數(shù)。
5.03.4.2 STM32庫函數(shù)文件
?
本節(jié)實驗及以后的實驗我們都是用到庫文件，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)時鐘配置函數(shù)以及相關(guān)的外設(shè)時鐘使能函數(shù)，所以我們要把這兩個頭文件對應(yīng)的stm32f10x_gpio.c和stm32f10x_rcc.c加到工程中；Misc.c庫函數(shù)主要包含了中斷優(yōu)先級的設(shè)置，stm32f10x_exti.c 庫函數(shù)主要包含了外部中斷設(shè)置參數(shù)，tm32f10x_tim.c庫函數(shù)主要包含定時器設(shè)置，tm32f10x_usart.c庫函數(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)庫中。以上庫文件包含了本次實驗所有要用到的函數(shù)使用功能。
5.03.4.3 自定義頭文件
我們在每個工程設(shè)計中都要創(chuàng)建了兩個公共的文件，這兩個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
語句 #ifndef、#endif是為了防止pbdata.h文件被多個文件調(diào)用時出現(xiàn)錯誤提示。如果不加這兩條語句，當(dāng)兩個文件同時調(diào)用pbdata文件時，會提示重復(fù)調(diào)用錯誤。
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，在文件開始還是引用“pbdata.h”文件。
5.03.5 STM32系統(tǒng)時鐘配置SystemInit()
在每個工程中必須在開始時配置并啟動STM32系統(tǒng)時鐘，這是基礎(chǔ)，這次也不例外。
5.03.6 GPIO引腳時鐘使能
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); //讀出一個字節(jié)
u8 DHT11_Read_Bit(void); //讀出一個位
u8 DHT11_Check(void); //檢測是否存在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:未檢測到DHT11的存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Check(void)
{
u8 retry=0;//定義臨時變量
DHT11_IO_IN();//SET INPUT
while ((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DHT11,IO_DHT11)==1)&&retry<100)//DHT11會拉低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拉低后會再次拉高40~80us
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=100)return 1;
return 0;
}
//從DHT11讀取一個位
//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 同時檢測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序，了解常用的溫濕度傳感器功能和原理。
請根據(jù)下圖所指向的7個重點(diǎn)區(qū)域配置。其中（1）號區(qū)域根據(jù)自己機(jī)器的實際情況選擇，我的機(jī)器虛擬出來的串口號是COM3。（2）號區(qū)域請自己選擇程序代碼所在的文件夾。（7）號區(qū)域當(dāng)程序下載完后，進(jìn)度條會到達(dá)最右邊，并且提示一切正常。（4、5、6）號區(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）號區(qū)域的開始編程按鈕下傳程序了。
本節(jié)實驗的源代碼在光盤中：（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 實驗效果圖
打開眾想科技多功能監(jiān)控軟件，接著打開串口，我們在接收區(qū)可以觀察到實測采集到周圍環(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，說明我們溫濕度模塊工作正常，程序編寫和設(shè)計思路吻合。 | 
