STM32F1与STM32CubeIDE编程实例-设备驱动-DHT11温度温度传感器驱动

DHT11温度温度传感器驱动

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度595%RH， 温度-20+60℃。DHT11通讯方式是单总线的。

本文将介绍在STMCubeIDE上如何实现DHT11驱动。

在前面的文章中，对DHT11做了详细的介绍，请参考：

1、DHT11配置

DHT11引脚配置如下：

在这里插入图片描述

DHT11的引脚接线图如下：

在这里插入图片描述

3、DHT11驱动实现

3.1 基本定义

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/\*
 \* DHT.h
 \*
 \* Created on: Apr 4, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef DHT\_H\_
#define DHT\_H\_

#include "main.h"

/\* Настройки \*/
#define DHT\_TIMEOUT 10000 // 超时
#define DHT\_POLLING\_CONTROL 1 // 是否开户轮询
#define DHT\_POLLING\_INTERVAL\_DHT11 2000 // DHT11 轮询间隔（根据数据表为 0.5 Hz)
#define DHT\_POLLING\_INTERVAL\_DHT22 1000 // DHT22 轮询间隔（根据数据表为 1 Hz）
#define DHT\_IRQ\_CONTROL // 与传感器通信时禁用中断
/\* 传感器返回的数据结构 \*/
typedef struct {
	float hum;
	float temp;
} DHT_data;

/\* 使用的传感器类型\*/
typedef enum {
	DHT11,
	DHT22
} DHT_type;

/\* 传感器对象结构 \*/
typedef struct {
	GPIO_TypeDef \*DHT_Port;	// 传感器端口（GPIOA、GPIOB 等）
	uint16\_t DHT_Pin;		// 传感器引脚号（GPIO\_PIN\_0、GPIO\_PIN\_1 等）
	DHT_type type;			// 传感器类型（DHT11 或 DHT22）
	uint8\_t pullUp;			// 需要上拉数据线供电(GPIO\_NOPULL - no, GPIO\_PULLUP - yes)

	// 传感器轮询频率控制
	#if DHT\_POLLING\_CONTROL == 1
	uint32\_t lastPollingTime;// 上次传感器轮询的时间
	float lastTemp;			 // 上次温度值
	float lastHum;			 // 上次湿度值
	#endif
} DHT_sensor;


/\*从传感器获取数据 \*/
DHT_data DHT\_getData(DHT_sensor \*sensor); //

#endif

3.2 驱动实现

1）定义一些工具函数

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/\*
 \* DHT.c
 \*
 \* Created on: Apr 4, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#include "DHT.h"

#define lineDown() HAL\_GPIO\_WritePin(sensor->DHT\_Port, sensor->DHT\_Pin, GPIO\_PIN\_RESET)
#define lineUp() HAL\_GPIO\_WritePin(sensor->DHT\_Port, sensor->DHT\_Pin, GPIO\_PIN\_SET)
#define getLine() (HAL\_GPIO\_ReadPin(sensor->DHT\_Port, sensor->DHT\_Pin) == GPIO\_PIN\_SET)
#define Delay(d) HAL\_Delay(d)

2）GPIO引脚输入和输出功能切换

由于DHT11使用的是总线，因此控制命令发送和数据接收都在一个引脚上完成，所以需要对DHT11引脚进行输入和输出切换。

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// DHT.c
static void goToOutput(DHT_sensor \*sensor) {
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  // 该线默认为高
  lineUp();

  // 设置端口退出
  GPIO_InitStruct.Pin = sensor->DHT_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; 	// 开漏
  GPIO_InitStruct.Pull = sensor->pullUp;		// 上拉

  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速端口
  HAL\_GPIO\_Init(sensor->DHT_Port, &GPIO_InitStruct);
}

static void goToInput(DHT_sensor \*sensor) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  // 配置输入端口
  GPIO_InitStruct.Pin = sensor->DHT_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = sensor->pullUp;		// 上拉
  HAL\_GPIO\_Init(sensor->DHT_Port, &GPIO_InitStruct);
}

注意，代码中的DHT_Pin和DHT_Port在STM32CubeIDE中定义。

3）DHT11数据获取

DHT11总通讯时序如下：

在这里插入图片描述

当 MCU 发出启动信号时，DHT11 从低功耗模式切换到运行模式，等待 MCU 完成启动信号。完成后，DHT11 给MCU发送 40 位数据的响应信号，其中包含相关的 湿度和温度信息。 用户可以选择采集（读取）一些数据。没有来自MCU的启动信号，DHT11不会给MCU响应信号。 采集一次数据后，DHT11 会切换到低功耗模式，直到收到来自 MCU 的启动信号。

MCU给DHT11发送初始信号时序如下

在这里插入图片描述

数据单总线空闲状态为高电平。当MCU和DHT11开始通信时，MCU程序将数据单总线电压电平从高电平设置为低电平，这个过程至少需要18ms才能保证DHT检测到 MCU 的信号，然后 MCU 将拉高电压并等待 20-40us 等待 DHT 的响应。

DHT11响应MCU的时序如下

接收数据**0**

在这里插入图片描述

接收数据*1*

在这里插入图片描述

具体代码实现如下：

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DHT_data DHT\_getData(DHT_sensor \*sensor) {
	DHT_data data = {-128.0f, -128.0f};

	#if DHT\_POLLING\_CONTROL == 1
	/\* 对传感器轮询频率的限制 \*/
	//根据传感器确定轮询间隔
	uint16\_t pollingInterval;
	if (sensor->type == DHT11) {
		pollingInterval = DHT_POLLING_INTERVAL_DHT11;
	} else {
		pollingInterval = DHT_POLLING_INTERVAL_DHT22;
	}

	// 如果间隔很小，则返回最后一个已知的好值
	if ((HAL\_GetTick() - sensor->lastPollingTime < pollingInterval) && sensor->lastPollingTime != 0) {
		data.hum = sensor->lastHum;
		data.temp = sensor->lastTemp;
		return data;
	}
	sensor->lastPollingTime = HAL\_GetTick()+1;
	#endif

	/\* 从传感器请求数据 \*/
   // 将端口切换为输出
	goToOutput(sensor);

	lineDown();
	Delay(15);

	lineUp();
	goToInput(sensor);


	#ifdef DHT\_IRQ\_CONTROL
	// 关闭中断，以免干扰数据处理
	\_\_disable\_irq();
	#endif
	/\*等待传感器的响应 \*/
	uint16\_t timeout = 0;
	// 等待退出
	while(getLine()) {
		timeout++;
		if (timeout > DHT_TIMEOUT) {
			#ifdef DHT\_IRQ\_CONTROL
			\_\_enable\_irq();
			#endif
			//如果传感器没有响应，那么它肯定不存在。
			//将最后已知的良好值重置为虚值
			sensor->lastHum = -128.0f;
			sensor->lastTemp = -128.0f;

			return data;
		}
	}
	timeout = 0;
	//
	while(!getLine()) {
		timeout++;
		if (timeout > DHT_TIMEOUT) {
			#ifdef DHT\_IRQ\_CONTROL
			\_\_enable\_irq();
			#endif
			sensor->lastHum = -128.0f;
			sensor->lastTemp = -128.0f;

			return data;
		}
	}
	timeout = 0;
	while(getLine()) {
		timeout++;
		if (timeout > DHT_TIMEOUT) {
			#ifdef DHT\_IRQ\_CONTROL
			\_\_enable\_irq();
			#endif
			return data;
		}
	}

	/\* 读取传感器的响应 \*/
	uint8\_t rawData[5] = {0,0,0,0,0};
	for(uint8\_t a = 0; a < 5; a++) {
		for(uint8\_t b = 7; b != 255; b--) {
			uint16\_t hT = 0, lT = 0;
			//当线路为低电平时，lT 变量递增
			while(!getLine() && lT != 65535) lT++;
			//当线为高时，hT 变量递增
			timeout = 0;
			while(getLine()&& hT != 65535) hT++;
			//如果 hT 大于 lT，则已到达
			if(hT > lT) rawData[a] |= (1<<b);
		}
	}

    #ifdef DHT\_IRQ\_CONTROL
	//接收数据后开启中断
	\_\_enable\_irq();
    #endif

	/\* 数据完整性检查 \*/
	if((uint8\_t)(rawData[0] + rawData[1] + rawData[2] + rawData[3]) == rawData[4]) {
		//如果校验和匹配，则转换并返回结果值
		if (sensor->type == DHT22) {
			data.hum = (float)(((uint16\_t)rawData[0]<<8) | rawData[1])\*0.1f;
			//温度负性测试
			if(!(rawData[2] & (1<<7))) {
				data.temp = (float)(((uint16\_t)rawData[2]<<8) | rawData[3])\*0.1f;
			}	else {
				rawData[2] &= ~(1<<7);
				data.temp = (float)(((uint16\_t)rawData[2]<<8) | rawData[3])\*-0.1f;
			}
		}
		if (sensor->type == DHT11) {
			data.hum = (float)rawData[0];
			data.temp = (float)rawData[2];
		}
	}

	#if DHT\_POLLING\_CONTROL == 1
	sensor->lastHum = data.hum;
	sensor->lastTemp = data.temp;
	#endif

	return data;
}

4）主程序代码

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/\* USER CODE END Header \*/
/\* Includes ------------------------------------------------------------------\*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include <stdio.h>
#include "dht11/DHT.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

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();
	MX\_TIM1\_Init();
	/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
	HAL\_TIM\_Base\_Start(&htim1);
// DHT11\_init(DHT11\_GPIO\_Port, DHT11\_Pin);
	printf("\*\*\*\*dht11 demo\*\*\*\*\r\n");
	/\* USER CODE END 2 \*/
	DHT_sensor sensor;
	sensor.DHT_Pin = DHT11_Pin;
	sensor.DHT_Port = DHT11_GPIO_Port;
	sensor.type = DHT11;
	/\* Infinite loop \*/
	/\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
	while (1) {
		/\* USER CODE END WHILE \*/
		DHT\_getData(&sensor);
		printf("dht11:temp = %f,humidity=%f\r\n",sensor.lastTemp,sensor.lastHum);
		HAL\_Delay(2000);
		/\* USER CODE BEGIN 3 \*/
	}
	/\* USER CODE END 3 \*/
}

程序输出：

在这里插入图片描述

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/125242147