STM32-HAL库驱动DHT11温湿度传感器 --2024.9.28

目录

一、教程简介

二、驱动原理讲解

        （一）通信4步骤

        （二）传感器数据解析

三、CubeMX生成底层代码

        （一）基础配置

        （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、效果展示

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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，采用单总线通信，优点是单片机和传感器的连接只需要一根数据线，缺点则是对通信时序的要求较高。

        本教程用通俗易懂的语言和详细的操作过程截图，为开发者清除DHT11这只拦路虎，本教程还提供可以快速使用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采用的是单总线的通信方式，系统中数据的交换、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，若使用的传感器是不带PCB的那种，请自己外加上拉电阻）。

   （一）通信4步骤

        步骤一：

        DHT11上电后(DHT11上电后要等待1S以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令)，测试环境温湿度数据，并记录数据，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。

        步骤二：

        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(最大不得超过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作出回答信号。发送信号如下图所示：

        步骤三：

        DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，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准备接收数据，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接收，发送信号如图5所示:

         步骤四：

         由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/0电平的变化接收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:

        结束信号     

        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内部重测环境温湿度数据，并记录数据，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：接收到的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

        计算：                                                                                                                                        

        00110101 + 00000000 + 00011000 + 00000100 = 01010001                                                   

        校验正确，接收数据正确。                                                                                                        

        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生成底层代码

（一）基础配置

        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、重命名为DHT11

（三）配置串口

（四）生成工程文件

四、Keil中编写代码

（一）dht11.c 代码

#include "dht11.h"
/** DHT11引脚：输入/输出模式配置函数 * Mode = 0/INPUT  时 输入模式  * Mode = 1/OUTPUT 时 输出模式  */
void DHT11_PIN_Mode(int Mode)
{	if(Mode)   {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};							// 定义GPIO_InitTypeDef结构体 GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;                    // 引脚选择GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;         // 引脚模式：输出模式GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                 // 配置内部上拉GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;       // 引脚速率：高速HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);}else{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};						// 定义GPIO_InitTypeDef结构体 GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;				    				// 引脚选择GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;							// 引脚模式：输入模式GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;									// 配置内部上拉HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);}
}  /**DHT11起始函数*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）*/
void DHT11_Start(void)
{DHT11_PIN_Mode(OUTPUT);DHT11_IO_SET;    				// 先让总线处于高电平状态HAL_Delay(1);DHT11_IO_RESET;  				// 拉低总线20ms，表示主机发送起始信号HAL_Delay(20);DHT11_IO_SET;    				// 将总线拉高等待传感器响应DHT11_Delay_us(30);
}/*** DHT11响应检测函数* 返回1：未检测到DHT11的存在* 返回0：存在出现由高到低的变化即可*/
uint8_t DHT11_Check(void)
{uint8_t retry = 0;DHT11_PIN_Mode(INPUT);              //将引脚切换为输入模式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{retry++;DHT11_Delay_us(1);}if(retry >= 100)return 1;else retry = 0;while(DHT11_IO_Read && retry<100)  //DHT11拉低后会再次拉高87微妙{retry++;DHT11_Delay_us(1);}if(retry >= 100) return 1;return 0;
}/*** 从DHT11读取一个位* 返回值：1/0*/
uint8_t DHT11_Read_Bit(void)
{DHT11_PIN_Mode(INPUT);while(!DHT11_IO_Read);DHT11_Delay_us(40);if(DHT11_IO_Read){while(DHT11_IO_Read);return 1;}else{return 0;}
}/***  读取一个字节数据 1byte / 8bit*  返回值是一个字节的数据*/
uint8_t DHT11_Read_Byte(void)
{uint8_t i,buf = 0;                             //  暂时存储数据for(i=0; i<8 ;i++){buf <<= 1;                                 if(DHT11_Read_Bit())                        //  1byte -> 8bit{buf |= 1;                              //  0000 0001}}return buf;
}/*** 读取温湿度传感器数据 5byte / 40bit* 使用方法：创建两个float变量，将变量地址传入函数* 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*/
uint8_t data[5] = {0};uint8_t DHT11_READ_DATA(float *temp, float *humi)
{uint8_t i;DHT11_Start();                                 //  主机发送启动信号if(!DHT11_Check())                             //  如果DHT11应答     {  for(i=0; i<5; i++){                        data[i] = DHT11_Read_Byte();             //  读取 5byte}if(data[0] + data[1] + data[2] + data[3] == data[4]){*humi = data[0] + 0.1*data[1];*temp = data[2] + 0.1*data[3];return 1;                                //  数据校验通过}else return 0;                              //  数据校验失败}else return 2;                                 //  如果DHT11不应答
}/*** 微妙延时函数* 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。* 系统滴答定时器是HAL库初始化的，且必须有HAL库初始化。*/
#define CPU_FREQUENCY_MHZ   (int)(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000)		// 自动获取STM32时钟主频void DHT11_Delay_us(__IO uint32_t delay)  
{int last, curr, val;int temp;while (delay != 0){temp = delay > 900 ? 900 : delay;last = SysTick->VAL;curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;if (curr >= 0){do{val = SysTick->VAL;}while ((val < last) && (val >= curr));}else{curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;do{val = SysTick->VAL;}while ((val <= last) || (val > curr));}delay -= temp;}
}

（二）dht11.h 代码

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

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

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "dht11.h"
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
float Humi,Temp;
char  DHT11_TX[40];
/* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD *//* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){HAL_Delay(2000);DHT11_READ_DATA(&Temp,&Humi);sprintf(DHT11_TX,"温度：%0.1f 度	湿度：%0.1f %%\r\n",Temp,Humi);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)DHT11_TX,40,200);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

五、效果展示