STM32 + DHT11 温湿度传感器详解
一、DHT11 温湿度传感器概述DHT11 是一款常用的数字式温湿度传感器，由电阻式感湿元件和 NTC 测温元件组成。它能够将环境中的温度和湿度转换为数字信号输出，具有成本低、使用方便等优点，广泛应用于智能家居、气象监测等领域。
1. 主要特性
单总线通信：采用单总线协议与微控制器进行通信，仅需一根数据线即可完成数据传输。
测量范围：湿度测量范围为 20 - 90%RH，温度测量范围为 0 - 50°C。
精度：湿度测量精度为 ±5%RH，温度测量精度为 ±2°C。
数据输出：输出 40 位数据，其中包括 8 位湿度整数部分、8 位湿度小数部分、8 位温度整数部分、8 位温度小数部分和 8 位校验和。
2. 引脚说明
VCC：电源引脚，接 3 - 5.5V 电源。
DATA：数据引脚，用于与微控制器进行数据通信。
GND：接地引脚。
二、STM32 与 DHT11 的硬件连接
将 DHT11 与 STM32 进行连接时，需要注意以下几点：
电源连接：将 DHT11 的 VCC 引脚连接到 STM32 的 3.3V 或 5V 电源引脚，GND 引脚连接到 STM32 的地引脚。
数据连接：将 DHT11 的 DATA 引脚连接到 STM32 的一个 GPIO 引脚，这里假设连接到 PA0 引脚。
上拉电阻：在 DATA 引脚和 VCC 引脚之间连接一个 4.7K - 10K 的上拉电阻，确保数据传输的稳定性。
三、DHT11 通信协议
DHT11 采用单总线通信协议，通信过程分为以下几个步骤：
1. 起始信号
STM32 向 DHT11 发送一个至少 18ms 的低电平信号，然后拉高 20 - 40μs，通知 DHT11 准备发送数据。
2. 响应信号
DHT11 接收到起始信号后，会拉低总线 80μs 作为响应信号，然后拉高 80μs 表示准备发送数据。
3. 数据传输
DHT11 依次发送 40 位数据，每位数据以 50μs 的低电平开始，高电平的持续时间决定了数据是 0 还是 1。如果高电平持续时间为 26 - 28μs，则表示数据 0；如果高电平持续时间为 70μs，则表示数据 1。
4. 校验和
最后 8 位为校验和，用于验证数据的准确性。校验和等于湿度整数部分、湿度小数部分、温度整数部分和温度小数部分的和的低 8 位。
四、STM32 代码实现
1. 初始化 GPIO 引脚
#include "stm32f10x.h"
// 初始化 PA0 引脚
void DHT11_GPIO_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
2. 发送起始信号
// 发送起始信号
void DHT11_Start(void) {
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
Delay_ms(20);// 确保 DHT11 处于稳定状态
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
Delay_ms(20);// 至少 18ms 低电平
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
Delay_us(30);// 20 - 40μs 高电平
}
3. 等待响应信号
// 等待 DHT11 响应信号
uint8_t DHT11_Wait_Response(void) {
uint8_t retry = 0;
// 等待 DHT11 拉低总线
while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) && retry < 100) {
retry++;
Delay_us(1);
}
if (retry >= 100) return 1;// 响应超时
else retry = 0;
// 等待 DHT11 拉高总线
while (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) && retry < 100) {
retry++;
Delay_us(1);
}
if (retry >= 100) return 1;// 响应超时
return 0;
}
4. 读取一位数据
// 读取一位数据
uint8_t DHT11_Read_Bit(void) {
uint8_t retry = 0;
// 等待低电平结束
while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) && retry < 100) {
retry++;
Delay_us(1);
}
retry = 0;
// 等待高电平
while (!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) && retry < 100) {
retry++;
Delay_us(1);
}
Delay_us(40);// 等待 40μs 判断数据位
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0)) return 1;
else return 0;
}
5. 读取一个字节数据
// 读取一个字节数据
uint8_t DHT11_Read_Byte(void) {
uint8_t i, dat = 0;
for (i = 0; i < 8; i++) {
dat <<= 1;
dat |= DHT11_Read_Bit();
}
return dat;
}
6. 读取温湿度数据
// 读取温湿度数据
uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *humi_int, uint8_t *humi_dec, uint8_t *temp_int, uint8_t *temp_dec) {
uint8_t buf;
uint8_t i;
DHT11_Start();
if (DHT11_Wait_Response()) return 1;// 响应失败
for (i = 0; i < 5; i++) {
buf = DHT11_Read_Byte();
}
// 校验和验证
if ((buf + buf + buf + buf) == buf) {
*humi_int = buf;
*humi_dec = buf;
*temp_int = buf;
*temp_dec = buf;
return 0;// 读取成功
} else {
return 1;// 校验和错误
}
}
7. 主函数
int main(void) {
uint8_t humi_int, humi_dec, temp_int, temp_dec;
DHT11_GPIO_Init();
while (1) {
if (!DHT11_Read_Data(&humi_int, &humi_dec, &temp_int, &temp_dec)) {
// 数据读取成功，可进行后续处理
// 例如通过串口打印数据
printf("Humidity: %d.%d%%, Temperature: %d.%d°C\n", humi_int, humi_dec, temp_int, temp_dec);
}
Delay_ms(2000);// 每 2 秒读取一次数据
}
}
注意事项
由于 DHT11 的数据传输对时序要求较高，因此在编写代码时需要确保延时函数的准确性。
为了避免干扰，建议在读取数据时关闭中断。
DHT11 不适合频繁读取数据，建议读取间隔不小于 2 秒。
通过以上步骤，我们可以实现 STM32 与 DHT11 温湿度传感器的通信，获取环境的温度和湿度数据。
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#define GET_I2C_SDA() GPIO_ReadDataBit(GPIOF,GPIO_Pin_7) // 读取SDA端口#define SET_I2C_SCL() GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6) // 时钟线SCL输出高电平#define CLR_I2C_SCL() GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6) // 时钟线SCL输出低电平#define SET_I2C_SDA() GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_7) // 数据线SDA输出高电平#define CLR_I2C_SDA() GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_7) // 数据线SDA输出低电平 #define I2C_DELAY 10 static void GpioInit(void){ /*配置I2C管脚的功能 */ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;//选择要控制的GPIO引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OutOD;//设置引脚模式为 GPIO_InitStructure.GPIO_Pull= GPIO_Pull_NoPull;//模式 GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure); //GPIOF GPIO_Pin_7 I2C0 SDA//GPIOF GPIO_Pin_6 I2C0 SCL } /********************************************************************** @function 产生IIC起始时序，准备发送或接收数据前必须由起始序列开始* @param* @return * @brief SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传输数据 * 生成下图所示的波形图，即为起始时序 * 1 2 3 4 * __________ * SCL : __/ \_____ * ________ * SDA : \___________ ********************************************************************/static void I2CStart(void){ SET_I2C_SDA(); // 1#数据线SDA输出高电平 SET_I2C_SCL(); // 2#时钟线SCL输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us CLR_I2C_SDA(); // 3#数据线SDA输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us CLR_I2C_SCL(); // 4#时钟线SCL输出低电平，保持I2C的时钟线SCL为低电平，准备发送或接收数据 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us} /********************************************************************** @function 产生IIC停止时序* @param* @return * @brief SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传输数据 * 生成下图所示的波形图，即为停止时序 * 1 2 3 4 * _______________ * SCL : ______/ * __ ____________* SDA: \______/********************************************************************/static void I2CStop(void){ CLR_I2C_SDA(); //2#数据线SDA输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); //延时4us SET_I2C_SCL(); //3#时钟线SCL输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); SET_I2C_SDA(); //4#数据线SDA输出高电平，发送I2C总线结束信号} /********************************************************************** @function 发送一字节，数据从高位开始发送出去* @param byte* @return * @brief 下面是具体的时序图 * 1 2 3 4* ______* SCL: ________/ \______ * ______________________ * SDA: \\\___________________********************************************************************/static void I2CSendByte(uint8_t byte){ for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) // 循环8次，从高到低取出字节的8个位 { if((byte & 0x80)) // 2#取出字节最高位，并判断为‘0’还是‘1’，从而做出相应的操作 { SET_I2C_SDA(); // 数据线SDA输出高电平，数据位为‘1’ } else { CLR_I2C_SDA(); // 数据线SDA输出低电平，数据位为‘0’ } byte<<= 1; // 左移一位，次高位移到最高位 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us SET_I2C_SCL(); // 3#时钟线SCL输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us CLR_I2C_SCL(); // 4#时钟线SCL输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us }} /********************************************************************** @function 读取一字节数据* @param * @return读取的字节* @brief 下面是具体的时序图* ______* SCL: ______/ \___ * ____________________ * SDA: \\\\______________\\\********************************************************************/static uint8_t I2CReadByte(void){ uint8_tbyte = 0; // byte用来存放接收的数据 SET_I2C_SDA(); // 释放SDA for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) // 循环8次，从高到低读取字节的8个位 { SET_I2C_SCL(); //时钟线SCL输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); //延时4us byte<<= 1; // 左移一位，空出新的最低位 if(GET_I2C_SDA()) // 读取数据线SDA的数据位 { byte++; //在SCL的上升沿后，数据已经稳定，因此可以取该数据，存入最低位 } CLR_I2C_SCL(); //时钟线SCL输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); //延时4us } returnbyte; // 返回读取到的数据} /********************************************************************** @function 等待接收端的应答信号* @param * @return1，接收应答失败；0，接收应答成功* @brief 当SDA拉低后，表示接收到ACK信号，然后，拉低SCL，* 此处表示发送端收到接收端的ACK* _______|____ * SCL: | \_________ * _______| * SDA: \_____________ ********************************************************************/static bool I2CWaitAck(void){ uint16_terrTimes = 0; SET_I2C_SDA(); // 释放SDA总线,很重要 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us SET_I2C_SCL(); // 时钟线SCL输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us while(GET_I2C_SDA()) // 读回来的数据如果是高电平，即接收端没有应答 { errTimes++; // 计数器加1 if(errTimes > 250) // 如果超过250次，则判断为接收端出现故障，因此发送结束信号 { I2CStop(); // 产生一个停止信号 returnfalse; // 返回值为1，表示没有收到应答信号 } } CLR_I2C_SCL(); // 表示已收到应答信号，时钟线SCL输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us returntrue; // 返回值为0，表示接收应答成功} /********************************************************************** @function 发送应答信号* @param * @return* @brief 下面是具体的时序图 * 1 2 3 4 5 * ______* SCL: ________/ \____________ * __ ______* SDA: \___________________/ ********************************************************************/void I2CSendAck(void){ CLR_I2C_SDA(); // 2#数据线SDA输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us SET_I2C_SCL(); // 3#时钟线SCL输出高电平,在SCL上升沿前就要把SDA拉低，为应答信号 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us CLR_I2C_SCL(); // 4#时钟线SCL输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us SET_I2C_SDA(); // 5#数据线SDA输出高电平，释放SDA总线,很重要} /********************************************************************** @function 发送非应答信号* @param * @return* @brief 下面是具体的时序图 * 1 2 3 4* ______* SCL: ________/ \______ * __ ___________________ * SDA: __/********************************************************************/void I2CSendNack(void){ SET_I2C_SDA(); // 2#数据线SDA输出高电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us SET_I2C_SCL(); // 3#时钟线SCL输出高电平，在SCL上升沿前就要把SDA拉高，为非应答信号 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us CLR_I2C_SCL(); // 4#时钟线SCL输出低电平 DelayNus(I2C_DELAY); // 延时4us} #define NSHT30_DEV_ADDR 0x44 //NSHT30的设备地址#define NSHT30_I2C_WR 0 //写控制bit#define NSHT30_I2C_RD 1 // 读控制bit#define TRIG_TEMP_MEASUREMENT_HM 0xE3 // command trig. temp meas. hold master#define TRIG_HUMI_MEASUREMENT_HM 0xE5 // command trig. humiditymeas. hold master#define TRIG_TEMP_MEASUREMENT_POLL 0xF3 // command trig. tempmeas. no hold master#define TRIG_HUMI_MEASUREMENT_POLL 0xF5 // command trig. humiditymeas. no hold master #define TRIG_TEMP_HUMI_MEASUREMENT 0x2C06 // command trig.humiditytemp meas#define NSHT30_SOFT_RESET 0x30A2 // command soft reset#define NSHT30_RESOLUTION_REG 0xE6 // 设置分辨率寄存器地址#define NSHT30_RESOLUTION_VAL 0x83 // 设置分辨率bit7 = 1,bit0 = 0,对应湿度10bit，温度13bit#define NSHT30_READ_REG 0XE7 //NSHT30驱动代码#define CMD_MEAS_SINGLE_H 0x2400 //measurement: SINGLE Mode high repeatability#define CMD_MEAS_SINGLE_M 0x240B //measurement: SINGLE Mode medium repeatability#define CMD_MEAS_SINGLE_L 0x2416 //measurement: SINGLE Mode low repeatability#define CMD_MEAS_PERI_05_H 0x2032 //measurement: periodic Mode 0.5 mps high repeatability#define CMD_MEAS_PERI_05_M 0x2024 //measurement: periodic Mode 0.5 mps medium repeatability#define CMD_MEAS_PERI_05_L 0x202F //measurement: periodic Mode 0.5 mps low repeatability#define CMD_MEAS_PERI_1_H 0x2130 //measurement: periodic Mode 1 mps high repeatability#define CMD_MEAS_PERI_1_M 0x2126 //measurement: periodic Mode 1 mps medium repeatability#define CMD_MEAS_PERI_1_L 0x212D //measurement: periodic Mode 1 mps low repeatability#define CMD_MEAS_PERI_2_H 0x2236 //measurement: periodic Mode 2 mps high repeatability#define CMD_MEAS_PERI_2_M 0x2220 //measurement: periodic Mode 2 mps medium repeatability#define CMD_MEAS_PERI_2_L 0x222B //measurement: periodic Mode 2 mps low repeatability#define CMD_MEAS_PERI_4_H 0x2334 //measurement: periodic Mode 4 mps high repeatability#define CMD_MEAS_PERI_4_M 0x2322 //measurement: periodic Mode 4 mps medium repeatability #define CMD_MEAS_PERI_4_L 0x2329 //measurement: periodic Mode 4 mps low repeatability#define CMD_MEAS_PERI_10_H 0x2737 //measurement: periodic Mode 10 mps high repeatability#define CMD_MEAS_PERI_10_M 0x2721 //measurement: periodic Mode 10 mps medium repeatability#define CMD_MEAS_PERI_10_L 0x272A //measurement: periodic Mode 10 mps low repeatability static bool Nsht30SoftReset(void) { I2CStart(); I2CSendByte((NSHT30_DEV_ADDR<<1)| NSHT30_I2C_WR); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CSendByte((NSHT30_SOFT_RESET&0xFF00)>>8); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CSendByte(NSHT30_SOFT_RESET&0xFF); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CStop(); returntrue; i2c_err: // 命令执行失败后，要发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 I2CStop(); returnfalse;} static bool Nsht30SetResolution(uint8_t*pBuffer){ uint16_tnumToRead=5; I2CStart(); I2CSendByte((NSHT30_DEV_ADDR<<1)| NSHT30_I2C_WR); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CSendByte((CMD_MEAS_SINGLE_L&0xFF00)>>8); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CSendByte(CMD_MEAS_SINGLE_L&0xFF); if(!I2CWaitAck()) { gotoi2c_err; } I2CStop(); DelayNms(I2C_DELAY); I2CStart(); // 发送起始信号 I2CSendByte((NSHT30_DEV_ADDR<<1)| NSHT30_I2C_RD); // 发送器件地址和读写模式，1 0 1 0 xxx R/~W0xA1 if(!I2CWaitAck()) // 等待应答 { gotoi2c_err; } while(numToRead--) // 数据未读完 { *pBuffer++= I2CReadByte(); // 逐字节读出存放到数据数组 I2CSendAck(); } *pBuffer= I2CReadByte(); // 最后一个字节发送非应答 I2CSendNack(); I2CStop();i2c_err: // 命令执行失败后，要发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 I2CStop(); returnfalse;} bool TempHumizhuanhuan(uint8_t *dat,double*pot){ uint16_ttem,hum; tem= ((uint16_t)dat<<8) | dat; hum= ((uint16_t)dat<<8) | dat; if((crc8(dat,2)== dat) && (crc8(dat+3,2) == dat)) { pot=(175.0*(double)tem/65535.0-45.0) ;// T = -45 + 175 * tem / (2^16-1) pot=(100.0*(double)hum/65535.0);// RH = hum*100 / (2^16-1) return1; } else { return0; }}float tempData, humiData;uint8_t buffer;double rth;void TempHumiDrvTest(void){ Nsht30SetResolution(buffer); printf("Get%x %x %x %x %x%x\n",buffer,buffer,buffer,buffer,buffer,buffer); TempHumizhuanhuan(buffer,rth); printf("%3.4f,%3.6f%%\r\n",rth,rth);}
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