代码收藏家技术教程 2024-07-13

STM32与DHT11温湿度传感器的单总线协议应用解析

基于STM32CT，利用DHT11采集温湿度数据，在OLED上显示。一定要阅读DHT11数据手册。

1、 DHT11温湿度传感器

引脚说明

1、VDD 供电3.3～5.5V DC
2、DATA 串行数据，单总线
3、NC 空脚
4、GND 接地，电源负极

硬件电路

微处理器与DHT11的连接典型应用电路如上图所示，DATA上拉后与微处理器的I/O端口相连。
1.典型应用电路中建议连接线长度短于5m时用4.7K上拉电阻，大于5m时根据实际情况降低上拉电
阻的阻值。
2. 使用3.3V电压供电时连接线尽量短，接线过长会导致传感器供电不足，造成测量偏差。
3. 每次读出的温湿度数值是上一次测量的结果，欲获取实时数据,需连续读取2次，但不建议连续多次
读取传感器，每次读取传感器间隔大于2秒即可获得准确的数据。

以上硬件部分来自于DHT11数据手册，为方便硬件部分DATA直接接STM32的IO口。
硬件部分接好线之后，需要知道单片机和 DHT11如何通信，即将数据传给单片机显示在OLED上。

2、单总线协议

DHT11与单片机之间通过简化的单总线协议通信。(和从机通过1根线进行通信，在一条总线上可挂接的从器件数量几乎不受限制。既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的。）

单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由单总线完成。

设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；

单总线通常要求外接一个约 4.7kΩ 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从j结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。

重点理解下图的时序图就明白具体什么样，后续的代码也是基于这个图编写的协议。

上下两张图相同

通信过程分为主机(stm32)发送起始信号-从机(DHT11)发送响应信号-从机发送数据-从机发送结束信号

DHT11上电后，一直采集数据，DATA数据线由上拉电阻拉高(或者单片机IO口设置为高电平)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。

主机起始信号：单片机IO口为输出模式，输出低电平并保持一段时间，然后再回高电平也就是释放总线,另外IO口转为开漏输入模式。

从机响应信号：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后，输出一段时间的低电平作为应答信号，紧接着输出一段时间的高电平（也就是释放总线）通知单片机准备接收数据。

输出40位数据: 湿度高8位：湿度低8位：温度高8位：温度低8位：校验位
校验位 =湿度高8位 + 湿度低8位 +温度高8位 + 温度低8位 ,不正确则放弃重新接收数据。
输出数据时：，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。

结束信号：数据输出完后，继续输出持续时间的低电平后转为输入状态，由于释放总线随之变为高电平。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。

该表来自DHT11数据手册，说明了起始信号、响应信号、发送数据0/1、结束信号中高低电平的持续时间，编写代码时也要参照这着表格和上面的时序图编写。

3、DHT11代码

DHT11.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
 
 
#define  DHT11_IO   GPIOB
#define  DHT11_Pin  GPIO_Pin_12
#define  DHT11_RCC  RCC_APB2Periph_GPIOB
  //设置IO输出
void DHT11_MOSI_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT11_RCC,ENABLE);
 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=DHT11_Pin;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DHT11_IO,&GPIO_InitStruct);
 
    GPIO_SetBits(DHT11_IO,DHT11_Pin);
 
}
  //设置IO为输入
void DHT11_MISO_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT11_RCC,ENABLE);
 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
		//浮空输入，引脚电平来自外界
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=DHT11_Pin;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DHT11_IO,&GPIO_InitStruct);
 
}
 
 //单总线通信 开始
void DHT11_Start(void)
{
    DHT11_MOSI_Init();  //high
    GPIO_ResetBits(DHT11_IO,DHT11_Pin);//low 主机拉低总线18-30ms，然后释放
    Delay_ms(25);
    GPIO_SetBits(DHT11_IO,DHT11_Pin);  //high  释放
	
    Delay_us(13);  //保持高电平，等待从机响应     根据数据手册设置的主机释放总线的时间
    DHT11_MISO_Init();  //io为输入 等待从机
 
}
 // 接收数据，高位先行
uint8_t DHT11_ReceiveByte(void)
{
    uint8_t Byte=0x00;
    for(int i=0;i<8;i++)
    {
			//数据0：54us低电平+23-27高电平  数据1：54us低电平+68-74高电平
            while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==0);//等待低电平时间过去
            Delay_us(40);  //高电平持续时间超过40 说明数据为1
            if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==1)  //读到为1，说明为高电平
            { 
                Byte|=(0x80>>i); //将数据位写入 Byte 中，从高位到低位  高位先行
                while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==1);//等待高电平结束
            }
            
 
    }
    return Byte;
 
}
//接收数据
//该函数每次读出的温湿度数值是上一次读取测量的结果 
char DHT11_GetData(uint8_t *Humi,uint8_t* Temp)
{
 
    char Mark='+'; //温度 零下还是零上
    uint8_t Humi_H,Humi_L,Temp_H,Temp_L,Check; //温湿度高低位、校验位
    
    DHT11_Start();//通信
 
    if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==0)
    {
        while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==0);  //DHT11响应完毕
        while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==1);  // 准备接收高电平之后的数据
			  //湿度高8位    湿度低8位   温度高8位     温度低8位      校验位  传感器输出40位数据
       Humi_H=DHT11_ReceiveByte();                   
       Humi_L=DHT11_ReceiveByte();//等于0
       Temp_H=DHT11_ReceiveByte();
       Temp_L=DHT11_ReceiveByte();//温度低8位中的Bit8为1则表示负温度，否则为正温度,后7位为小数部分
       Check=DHT11_ReceiveByte();
 
       if(Humi_H+Humi_L+Temp_H+Temp_L==Check) //校验
       {
        *Humi=Humi_H; //传送数据
        *Temp=Temp_H;//小数部分不做处理
				
		//如果温度的低8位的最高位为1，表示温度为负数
        if((Temp_L&0x80)==0x80)
        {
            Mark='-';
        }
 
       }
		//DHT11继续输出低电平54微秒后转为输入状态，释放总线变为高电平。
        while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_IO,DHT11_Pin)==0);
        GPIO_SetBits(DHT11_IO,DHT11_Pin); //释放总线
    }
    return Mark;
}
//获取实时温湿度
//连续获取两次数据，DHT11模块会在上一次结束信号时重测温湿度数据
char DHT11_GetRealData(uint8_t *Humi,uint8_t* Temp)
{
    char Mark='+';
 
    DHT11_GetData(Humi,Temp);
    Delay_ms(1000);
    Delay_ms(1000);
    Delay_ms(100);          //数据手册规定读取传感器数据大于2s
    Mark=DHT11_GetData(Humi,Temp);
 
    return Mark;
 
}

DHT11.h

#ifndef __DTH11_H
#define __DTH11_H

//上电后等待1秒才调用函数
char DHT11_GetData(uint8_t *Humi,uint8_t* Temp);
char DHT11_GetRealData(uint8_t *Humi,uint8_t* Temp);//实时温湿度
void DHT11_Start(void);
#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "DTH11.H"

uint8_t Humi,Temp;
int main(void)
{
	OLED_Init();
	DHT11_Start();
	OLED_ShowString(1, 1, "Humi:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Temp:");
	Delay_ms(1000);
	while (1)
	{
		DHT11_GetData(&Humi,&Temp);
		DHT11_GetRealData(&Humi,&Temp);
		OLED_ShowNum(1,6,Humi,2);
		OLED_ShowNum(2,6,Temp,2);
	}
}

作者：Geek之路