STM32-HAL库驱动DHT11温湿度传感器 --2024.9.28

目次
一、教程简介
二、驱动原理讲解
        （一）通信4步调
        （二）传感器数据解析
三、CubeMX天生底层代码
        （一）底子配置
        （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、结果展示

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一、教程简介

        DHT11是单片机开发常用的一个温湿度传感器，采取单总线通信，优点是单片机和传感器的毗连只需要一根数据线，缺点则是对通信时序的要求较高。
        本教程用普通易懂的语言和具体的操作过程截图，为开发者清除DHT11这只拦路虎，本教程还提供可以快速利用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采取的是单总线的通信方式，体系中数据的交换、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，若利用的传感器是不带PCB的那种，请本身外加上拉电阻）。
   （一）通信4步调

        步调一：
        DHT11上电后(DHT11上电后要等待1S以越过不稳固状态在此期间不能发送任何指令)，测试情况温湿度数据，并记载数据，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。
        步调二：
        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(最大不得凌驾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作出答复信号。发送信号如下图所示：

        步调三：
        DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平常，等待外部信号低电平竣事，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预备吸收数据，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吸收，发送信号如图5所示:

         步调四：
         由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/0电平的变革吸收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:

        竣事信号     
        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内部重测情况温湿度数据，并记载数据，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：吸收到的40位数据为

0011 0101	0000 0000	0001 1000	0000 0100	0101 0001
湿度高8位	湿度低8位	温度高8位	温度低8位	校验位

        盘算：                                                                                                                                        
        00110101 + 00000000 + 00011000 + 00000100 = 01010001                                                   
        校验正确，吸收数据正确。                                                                                                        
        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天生底层代码

（一）底子配置

        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、重定名为DHT11

（三）配置串口

（四）天生工程文件

四、Keil中编写代码

（一）dht11.c 代码

1. #include "dht11.h"
2. /*
3. * DHT11引脚：输入/输出模式配置函数
4. * Mode = 0/INPUT  时 输入模式  
5. * Mode = 1/OUTPUT 时 输出模式  
6. */
7. void DHT11_PIN_Mode(int Mode)
8. {       
9.    if(Mode)   
10.    {
11.                 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};                                                        // 定义GPIO_InitTypeDef结构体
12.                 GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;                    // 引脚选择
13.                 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;         // 引脚模式：输出模式
14.                 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                 // 配置内部上拉
15.                 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;       // 引脚速率：高速
16.                 HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
17.    }
18.    else
19.    {
20.             GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};                                                // 定义GPIO_InitTypeDef结构体
21.                 GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;                                                                    // 引脚选择
22.                 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;                                                        // 引脚模式：输入模式
23.                 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                                                                        // 配置内部上拉
24.                 HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
25.    }
26. }  
28. /*
29. *DHT11起始函数
30. *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）
31. */
32. void DHT11_Start(void)
33. {
34.         DHT11_PIN_Mode(OUTPUT);
35.         DHT11_IO_SET;                                    // 先让总线处于高电平状态
36.         HAL_Delay(1);
37.         DHT11_IO_RESET;                                  // 拉低总线20ms，表示主机发送起始信号
38.         HAL_Delay(20);
39.         DHT11_IO_SET;                                    // 将总线拉高等待传感器响应
40.         DHT11_Delay_us(30);
41. }
43. /**
44.   * DHT11响应检测函数
45.   * 返回1：未检测到DHT11的存在
46.   * 返回0：存在出现由高到低的变化即可
47.   */
48. uint8_t DHT11_Check(void)
49. {
50.         uint8_t retry = 0;
51.         DHT11_PIN_Mode(INPUT);              //将引脚切换为输入模式
52.         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
53.         {
54.                 retry++;
55.                 DHT11_Delay_us(1);
56.         }
57.         if(retry >= 100)return 1;
58.         else retry = 0;
59.        
60.         while(DHT11_IO_Read && retry<100)  //DHT11拉低后会再次拉高87微妙
61.         {
62.                 retry++;
63.                 DHT11_Delay_us(1);
64.         }
65.         if(retry >= 100) return 1;
66.         return 0;
67. }
70. /**
71.   * 从DHT11读取一个位
72.   * 返回值：1/0
73.   */
74. uint8_t DHT11_Read_Bit(void)
75. {
76.         DHT11_PIN_Mode(INPUT);
77.         while(!DHT11_IO_Read);
78.         DHT11_Delay_us(40);
79.         if(DHT11_IO_Read)
80.         {
81.                 while(DHT11_IO_Read);
82.                 return 1;
83.         }
84.         else
85.         {
86.                 return 0;
87.         }
88. }
90. /**
91.   *  读取一个字节数据 1byte / 8bit
92.   *  返回值是一个字节的数据
93.   */
94. uint8_t DHT11_Read_Byte(void)
95. {
96.     uint8_t i,buf = 0;                             //  暂时存储数据
97.    
98.     for(i=0; i<8 ;i++)
99.     {
100.         buf <<= 1;                                 
101.         if(DHT11_Read_Bit())                        //  1byte -> 8bit
102.         {
103.             buf |= 1;                              //  0000 0001
104.         }
105.     }
106.     return buf;
107. }
109. /**
110.   * 读取温湿度传感器数据 5byte / 40bit
111.   * 使用方法：创建两个float变量，将变量地址传入函数
112.   * 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
113.   */
114. uint8_t data[5] = {0};
116. uint8_t DHT11_READ_DATA(float *temp, float *humi)
117. {
118.    uint8_t i;
119.    DHT11_Start();                                 //  主机发送启动信号
120.    
121.    if(!DHT11_Check())                             //  如果DHT11应答     
122.    {  
123.       for(i=0; i<5; i++)
124.       {                        
125.          data[i] = DHT11_Read_Byte();             //  读取 5byte
126.       }
127.       if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4])
128.       {
129.                                  *humi = data[0] + 0.1*data[1];
130.                                  *temp = data[2] + 0.1*data[3];
131.          return 1;                                //  数据校验通过
132.       }
133.       else return 0;                              //  数据校验失败
134.    }
135.    else return 2;                                 //  如果DHT11不应答
136. }
138. /**
139.   * 微妙延时函数
140.   * 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。
141.   * 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。
142.   */
143. #define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)                // 自动获取STM32时钟主频
144.        
145. void DHT11_Delay_us(__IO uint32_t delay)  
146. {
147.     int last, curr, val;
148.     int temp;
150.     while (delay != 0)
151.     {
152.         temp = delay > 900 ? 900 : delay;
153.         last = SysTick->VAL;
154.         curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;
155.         if (curr >= 0)
156.         {
157.             do
158.             {
159.                 val = SysTick->VAL;
160.             }
161.             while ((val < last) && (val >= curr));
162.         }
163.         else
164.         {
165.             curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
166.             do
167.             {
168.                 val = SysTick->VAL;
169.             }
170.             while ((val <= last) || (val > curr));
171.         }
172.         delay -= temp;
173.     }
174. }

复制代码

（二）dht11.h 代码

1. #include "main.h"
3. #ifndef __DHT11_H_
4. #define __DHT11_H_
5. /**
6. *
7. * 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
8. * 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
9. *
10. ***/
12. // #define DHT11_GPIO_Port GPIOB
13. // #define DHT11_Pin       GPIO_PIN_1
15. #define DHT11_IO_Read   HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin)                   //读DHT11引脚电平
16. #define DHT11_IO_SET    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin,GPIO_PIN_SET)     //DHT11引脚置高电平
17. #define DHT11_IO_RESET  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port,DHT11_Pin,GPIO_PIN_RESET)   //DHT11引脚置低电平
18.   
19. #define INPUT 0   //引脚输入模式
20. #define OUTPUT 1  //引脚输出模式
22. void DHT11_Delay_us(__IO uint32_t delay);           // 微妙级延时函数
23. void DHT11_PIN_Mode(int Mode);                                                                                  // 引脚模式配置函数
24. void DHT11_Start(void);                                                                                         // 起始信号发送函数
25. uint8_t DHT11_Check(void);                                                                                      // DHT11应答检测函数
26. uint8_t DHT11_Read_Bit(void);                                                                                   // 读取一个数据位（bit），8 bit = 1 byte
27. uint8_t DHT11_Read_Byte(void);                                                                                  // 读取一个字节的数据
28. uint8_t DHT11_READ_DATA(float *temp, float *humi);  // 温湿度数据读取函数
30. #endif

复制代码

 （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。利用的时间不需要初始化，直接放while里面循环读取就可，但必须要加上延时。        

1. /* USER CODE END Header */
2. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
3. #include "main.h"
4. #include "usart.h"
5. #include "gpio.h"
7. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
8. /* USER CODE BEGIN Includes */
9. #include "dht11.h"
10. #include "stdio.h"
11. /* USER CODE END Includes */
13. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
14. /* USER CODE BEGIN PTD */
15. float Humi,Temp;
16. char  DHT11_TX[40];
17. /* USER CODE END PTD */
19. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
20. /* USER CODE BEGIN PD */
22. /* USER CODE END PD */
24. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
25. /* USER CODE BEGIN PM */
27. /* USER CODE END PM */
29. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
31. /* USER CODE BEGIN PV */
33. /* USER CODE END PV */
35. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
36. void SystemClock_Config(void);
37. /* USER CODE BEGIN PFP */
39. /* USER CODE END PFP */
41. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
42. /* USER CODE BEGIN 0 */
44. /* USER CODE END 0 */
46. /**
47.   * @brief  The application entry point.
48.   * @retval int
49.   */
50. int main(void)
51. {
53.   /* USER CODE BEGIN 1 */
55.   /* USER CODE END 1 */
57.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
59.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
60.   HAL_Init();
62.   /* USER CODE BEGIN Init */
64.   /* USER CODE END Init */
66.   /* Configure the system clock */
67.   SystemClock_Config();
69.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
71.   /* USER CODE END SysInit */
73.   /* Initialize all configured peripherals */
74.   MX_GPIO_Init();
75.   MX_USART1_UART_Init();
76.   /* USER CODE BEGIN 2 */
78.   /* USER CODE END 2 */
80.   /* Infinite loop */
81.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
82.   while (1)
83.   {
84.                 HAL_Delay(2000);
85.                 DHT11_READ_DATA(&Temp,&Humi);
86.                 sprintf(DHT11_TX,"温度：%0.1f 度        湿度：%0.1f %%\r\n",Temp,Humi);
87.                 HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)DHT11_TX,40,200);
88.     /* USER CODE END WHILE */
90.     /* USER CODE BEGIN 3 */
91.   }
92.   /* USER CODE END 3 */
93. }

复制代码

五、结果展示

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