CH32V307单片机驱动DHT11传感器

admin3

本帖最后由 admin3 于 2023-10-10 16:29 编辑

本帖最后由 admin3 于 2023-10-10 16:25 编辑

摘要 本篇文章用MOunRiver Studio软件编程，主控芯片为CH32V307VCT6驱动DHT11温湿度传感器，根据时序编写温湿度传感器的驱动代码，将传感器检测到的温度和湿度通过串口发送到串口调试助手和OIED显示屏。由于使用完整的DHT11模块，所以电路结构比较简单。通过本文可以学会DHT11数字温湿度传感器的原理以及时序结构，并且根据其时序编写驱动程序。

所用工具：

1、芯片：CH32V307VCT6

2、驱动设备：DHT11温湿度传感器

3、配置软件：MOunRiver Studio

知识概括：****

通过本篇文章您将学到：

1、DHT11温湿度传感器的工作原理

2、DHT11温湿度传感器的驱动程序

3、单片机内部定时器编写微秒级延时函数

4、代码动态改变GPIO输入输出方向

一、简介 1.DHT11数字温湿度传感器 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。本文使用的是DHT11模块，其实物图如下所示：

2.DHT11性能参数 ⚫ 工作电压范围：3.3V-5.5V ⚫ 工作电流 ：平均 0.5mA ⚫ 输出：单总线数字信号 ⚫ 测量范围：湿度 20~90％RH，温度 0~50℃ ⚫ 精度 ：湿度±5%，温度±2℃ ⚫ 分辨率 ：湿度 1%，温度 1℃

3.DHT11数据结构 DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。DHT11 的数据格式为：8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和。其中校验和数据为前四个字节相加。 传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、温度、整数、小数)之间应该分开处理。例如，某次从 DHT11 读到的数据如图所示：

由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：   湿度=byte4.byte3=45.0 (％RH)   温度=byte2.byte1=28.0 ( ℃)   校验=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=湿度+温度)(校验正确) 可以看出，DHT11的数据格式是十分简单的，DHT11和MCU的一次通信最大为3ms左右，建议主机连续读取时间间隔不要小于100ms。

4.DHT11传输时序 首先主机发送开始信号，即：拉低数据线，保持t1（至少 18ms）时间，然后拉高数据线t2（20-40us）时间，然后读取DHT11的响应，正常的话，DHT11会拉低数据线，保持t3（40-50us）时间，作为响应信号，然后DHT11拉高数据线，保持t4（40-50us）时间后，开始输出数据。DHT11 的数据发送流程如图所示：

DHT11 输出数字‘0’的时序如图所示：

DHT11 输出数字‘1’的时序如图所示：

二、硬件电路设计

1.模块内部电路

由于是已经封装好的模块，所以这部分了解即可。图中需要一个4.7K的上拉电阻R1，接通电源后LED常亮。

2.与单片机相连接电路

模块与单片机相连的电路也很简单，即将单片机的PB3引脚接到模块的OUT端口，模块VCC接3.3V，GND与单片机GND相连即可。

三.主要代码实现

DHT11.c代码

#include "dht11.h"
#include "debug.h"



//复位DHT11
void DHT11_Rst(void)
{
    DHT11_IO_OUT();     //设置为输出模式
    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);  //拉低DQ
    Delay_Ms(20);       //拉低至少18ms
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3); //DQ=1
    Delay_Us(30);       //主机拉高20~40us

}
//等待DHT11的回应
//返回1:未检测到DHT11的存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Check(void)
{
    u8 retry=0;
    DHT11_IO_IN();//设置为输入模式
    while (DHT11_DQ_IN && retry<100)//DHT11会拉低40~80us
    {

        retry++;
        Delay_Us(1);
    };
    if(retry>=100)
    {

    return 1;}
    else {retry=0;}

    while (!DHT11_DQ_IN && retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
    {

        retry++;
        Delay_Us(1);

    };
    if(retry>=100)
    {

        return 1;}
    return 0;


}
//从DHT11读取一个位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)
{
    u8 retry=0;
    while(DHT11_DQ_IN && retry<100)//等待变为低电平
    {
        retry++;
        Delay_Us(1);
    }
    retry=0;
    while(!DHT11_DQ_IN && retry<100)//等待变高电平
    {
        retry++;
        Delay_Us(1);
    }
    Delay_Us(40);//等待40us
    if(DHT11_DQ_IN)
        return 1;
    else
        return 0;
}
//从DHT11读取一个字节
//返回值：读到的数据
u8 DHT11_Read_Byte(void)
{
    u8 i,dat;
    dat=0;
    for (i=0;i<8;i++)
    {
        dat<<=1;
        dat|=DHT11_Read_Bit();
    }
    return dat;
}
//从DHT11读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,读取失败
u16 DHT11_Read_Data(u16 *temp,u16 *humi)
{
    u8 buf[5];
    u8 i;
    DHT11_Rst();
    if(DHT11_Check()==0)
    {
        for(i=0;i<5;i++)//读取40位数据
        {
            buf[i]=DHT11_Read_Byte();
        }
        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
        {
            *humi=buf[0];
            *temp=buf[2];
        }
    }else
        return 1;
    return 0;
}
//初始化DHT11的IO口 DQ 同时检测DHT11的存在
//返回1:不存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);    //使能PB端口时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;                //PB3端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;         //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);               //初始化IO口
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);                      //PG11 输出高

    DHT11_Rst();  //复位DHT11
    return DHT11_Check();//等待DHT11的回应
}

DHT11.h代码

#ifndef USER_DHT11_H
#define USER_DHT11_H
#include "debug.h"


//IO方向设置
#define DHT11_IO_IN()  {GPIOB->CFGHR&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CFGHR|=8<<12;}
#define DHT11_IO_OUT() {GPIOB->CFGHR&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CFGHR|=3<<12;}
////IO操作函数
#define DHT11_DQ_IN  GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_3)  //数据端口    PB3


u8 DHT11_Init(void);//初始化DHT11
u16 DHT11_Read_Data(u16 *temp,u16 *humi);//读取温湿度
u8 DHT11_Read_Byte(void);//读出一个字节
u8 DHT11_Read_Bit(void);//读出一个位
u8 DHT11_Check(void);//检测是否存在DHT11
void DHT11_Rst(void);//复位DHT11
#endif

main.c代码

void wendu(void)//温度显示        ʾ
{

   OLED_ShowNum(72,4,temp/10000,1);//
   OLED_ShowNum(80,4,temp%10000/1000,1);//
   OLED_ShowNum(88,4,temp%1000/100,1);//
   OLED_ShowNum(96,4,temp%100/10,1);//
   OLED_ShowNum(104,4,temp%10,1);//
   oled_show_char(112,4,'C',16);//
}

void shidu(void)//湿度显示        ʾ
{

   OLED_ShowNum(72,6,humi/1000,1);//
   OLED_ShowNum(80,6,humi%1000/100,1);//
   OLED_ShowNum(88,6,humi%100/10,1);//
   OLED_ShowNum(96,6,humi%10,1);//
   oled_show_char(104,6,'%',16);//
   oled_show_char(112,6,'R',16);//
   oled_show_char(120,6,'H',16);//
}

/*********************************************************************
 * @fn      main
 *
 * @brief   Main program.
 *
 * @return  none
 */
int main(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    Delay_Init();
    USART_Printf_Init(115200);
    printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);
    oled_init();//OLED  ʼ
    oled_clear();//
    OLED_ShowStr(28,0,"CH32V307!",16);
    OLED_ShowStr(28,2,"ELECFANS",16);
    OLED_ShowCHinese(0,4,9);
    OLED_ShowCHinese(16,4,10);
    OLED_ShowCHinese(32,4,11);
    OLED_ShowCHinese(48,4,12);
    oled_show_char(64,4,':',16);//
    OLED_ShowCHinese(0,6,9);
    OLED_ShowCHinese(16,6,10);
    OLED_ShowCHinese(32,6,13);
    OLED_ShowCHinese(48,6,12);
    oled_show_char(64,6,':',16);//
    while(DHT11_Init())
        {
            printf("DHT11 Error \r\n");
            Delay_Ms(1000);
        }

         while(1)
         {
             DHT11_Read_Data(&temp,&humi);
             printf("\r\n temp:%d,humi:%d",temp,humi);
             Delay_Ms(1000);//建议不要低于这个数值
             wendu();//温度显示
             shidu();//湿度显示
         }

}

四、结果显示

（1）实物演示 上电后，DHT11模块的LED常亮。

（2）串口打印结果 可见，结果显示正确。

五、总结 本次设计了解了DHT11数字温湿度传感器，通过DHT11的协议取驱动该器件，实时传输温度与湿度的数据。在本次设计中，学会了动态改变GPIO的传输方向，这为以后任何一个用时序的器件驱动编写奠定了基础，该型号的温湿度传感器只适用于练手，其精度不太高，读者可以试试其他更高级的温湿度传感器。 [/i]