STM32入門學(xué)習(xí)筆記之溫濕度采集實(shí)驗(yàn)1

11.1 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

11.1.1 溫度采集方案概述

本實(shí)驗(yàn)采用三種方式來(lái)獲取溫濕度值，一種是STM32芯片內(nèi)部自帶的溫度傳感器，一種是基于單總線協(xié)議的DS18B20溫度傳感器，還有一種就是溫濕度傳感器DHT11或者DHT22，但是在成本上DHT22比較高，所以實(shí)驗(yàn)僅使用DHT11，DS18B20和內(nèi)部溫度傳感器進(jìn)行。

11.1.2 單線協(xié)議

單總線協(xié)議是美國(guó)的達(dá)拉斯公司推出的一款總線通信協(xié)議，所謂單線協(xié)議，就是通過一根線傳輸所有的數(shù)據(jù)，通俗地講就是根據(jù)低電平的時(shí)間來(lái)判斷總線上的數(shù)據(jù)是0還是1，比如拉低總線10us，就認(rèn)為發(fā)送的是1，拉低總線50us，就認(rèn)為發(fā)送的是0，單總線協(xié)議中，有3種時(shí)序，即寫時(shí)序，讀時(shí)序和檢測(cè)時(shí)序。我們?cè)?a target="_blank">51單片機(jī)開發(fā)中已經(jīng)嘗試用51單片機(jī)通過單總線協(xié)議讀取DS18B20的溫度值，故這里不再詳細(xì)描述協(xié)議的具體內(nèi)容。

11.2 傳感器介紹

11.2.1 內(nèi)部溫度傳感器

STM32F103有一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器，可以用于測(cè)量CPU以及周圍的溫度，這個(gè)溫度傳感器在內(nèi)部和ADC模塊的通道16相連，這個(gè)通道用于將傳感器輸出的電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，根據(jù)手冊(cè)得到推薦的采樣時(shí)間是17.1us，STM32內(nèi)部溫度傳感器支持的溫度范圍為-40~+125℃，精度在±1.5℃左右。

根據(jù)手冊(cè)提供的電壓與溫度轉(zhuǎn)換公式如下所示。

其中V25代表傳感器在25℃時(shí)候的數(shù)值，典型值為1.43

K代表溫度與Vsense曲線的平均斜率，典型值為4.3mV/℃

Vsense代表實(shí)際溫度傳感器輸出的數(shù)值。

通過上面的公式，我們就可以方便地計(jì)算出當(dāng)前的實(shí)際溫度。

11.2.2 DS18B20溫度傳感器

DS18B20是一款測(cè)溫范圍在-55~+125℃，精度在±0.5℃的高精度數(shù)字式溫度傳感器，可以通過單線接口直接讀取出被測(cè)物體的溫度，測(cè)溫精度可以通過編程實(shí)現(xiàn)，工作電壓3~5.5V。值得一提的是，DS18B20內(nèi)部具有64位序列號(hào)是出廠就被設(shè)定的，每一個(gè)DS18B20的序列號(hào)均不相同，其中前8位是產(chǎn)品家族碼，中間48位是序列號(hào)，最后8位是CEC校驗(yàn)碼，這就可以實(shí)現(xiàn)1根總線上掛接多個(gè)DS18B20。

（1）復(fù)位與應(yīng)答脈沖

單總線上的所有通信都是以初始化序列開始。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7K的上拉電阻將單總線拉高，延時(shí)15～60us，并進(jìn)入接收模式。接著從設(shè)備拉低總線60~240us，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。

（2）寫時(shí)序

寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，兩種寫時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線。寫1時(shí)序：主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序：主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us。

（3）讀時(shí)序

必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。典型的讀時(shí)序過程為：主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取單總線當(dāng)前的電平，然后延時(shí)50us。

（4）DS18B20測(cè)溫時(shí)序

DS18B20的典型溫度讀取過程為：復(fù)位->發(fā)送跳過ROM讀取命令（0XCC）->發(fā)開始轉(zhuǎn)換命令（0X44）->延時(shí)復(fù)位->發(fā)送跳過ROM讀取命令（0XCC）->發(fā)讀存儲(chǔ)器命令（0XBE）->連續(xù)讀出兩個(gè)字節(jié)溫度->結(jié)束。

11.2.3 DHT11溫濕度傳感器

DHT11是一款濕溫度一體化的數(shù)字傳感器。該傳感器包括一個(gè)電阻式測(cè)濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。通過單片機(jī)等微處理器簡(jiǎn)單的電路連接就能夠?qū)崟r(shí)的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機(jī)之間能采用簡(jiǎn)單的單總線進(jìn)行通信，僅僅需要一個(gè)I/O口。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù)40Bit的數(shù)據(jù)一次性傳給單片機(jī)，數(shù)據(jù)采用校驗(yàn)和方式進(jìn)行校驗(yàn)，有效的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流0.5mA。

DHT11的電參數(shù)如下所示。

（1）工作電壓：3.3V~5.5V

（2）工作電流：平均0.5mA

（3）測(cè)量范圍：濕度2090%RH，溫度050℃

（4）測(cè)量精度：濕度±5%，溫度±2%℃

（5）分辨率：濕度1%，溫度1℃

DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。即，單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5個(gè)字節(jié)組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。DHT11的數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和。其中校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前四個(gè)字節(jié)相加。傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù))之間應(yīng)該分開處理。

DHT11的 開始時(shí)序 ，即：拉低數(shù)據(jù)線，保持至少18ms，然后拉高數(shù)據(jù)線2040us，然后讀取DHT11的響應(yīng)，正常的話，DHT11會(huì)拉低數(shù)據(jù)線，保持4050us，作為響應(yīng)信號(hào)，然后DHT11拉高數(shù)據(jù)線，保持40~50us后，開始輸出數(shù)據(jù)。

11.3 STM32片內(nèi)ADC簡(jiǎn)介

11.3.1 內(nèi)部ADC概述

STM32F103擁有1~3個(gè)ADC，這些ADC可以獨(dú)立使用，也可以使用雙重模式（提高采樣率）。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測(cè)輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。STM32F103系列最少都擁有2個(gè)ADC，我們選擇的STM32F103ZET包含有3個(gè)ADC。

STM32的ADC最大的轉(zhuǎn)換速率為1Mhz，也就是轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us（在ADCCLK=14M,采樣周期為1.5個(gè)ADC時(shí)鐘下得到），不要讓ADC的時(shí)鐘超過14M，否則將導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確度下降。STM32將ADC的轉(zhuǎn)換分為2個(gè)通道組：規(guī)則通道組和注入通道組。規(guī)則通道相當(dāng)于你正常運(yùn)行的程序，而注入通道就相當(dāng)于中斷。在程序正常執(zhí)行的時(shí)候，中斷是可以打斷執(zhí)行的。同這個(gè)類似，注入通道的轉(zhuǎn)換可以打斷規(guī)則通道的轉(zhuǎn)換，在注入通道被轉(zhuǎn)換完成之后，規(guī)則通道才得以繼續(xù)轉(zhuǎn)換。

11.3.2 ADC相關(guān)寄存器

（1）ADC控制寄存器1：ADC_CR1

Bit 23：在規(guī)則通道上開啟模擬看門狗

0：在規(guī)則通道上禁用模擬看門狗

   1：在規(guī)則通道上使用模擬看門狗

Bit 22：在注入通道上開啟模擬看門狗

0：在注入通道上禁用模擬看門狗

   1：在注入通道上使用模擬看門狗

Bit 19~Bit16：雙模式選擇

0000：獨(dú)立模式

   0001：混合的同步規(guī)則+注入同步模式

   0010：混合的同步規(guī)則+交替觸發(fā)模式

   0011：混合同步注入+快速交叉模式

   0100：混合同步注入+慢速交叉模式

   0101：注入同步模式

   0110：規(guī)則同步模式

   0111：快速交叉模式

   1000：慢速交叉模式

   1001：交替觸發(fā)模式

Bit 15~Bit 13：間斷模式通道計(jì)數(shù)

000：1個(gè)通道

   001：2個(gè)通道

   ……

   111：8個(gè)通道

Bit 12：在注入通道上的間斷模式

0：注入通道組上禁用間斷模式

   1：注入通道組上使用間斷模式

Bit 11：在規(guī)則通道上的間斷模式

0：規(guī)則通道組上禁用間斷模式

   1：規(guī)則通道組上使用間斷模式

Bit 10：自動(dòng)的注入通道組轉(zhuǎn)換

0：關(guān)閉自動(dòng)的注入通道組轉(zhuǎn)換

   1：開啟自動(dòng)的注入通道組轉(zhuǎn)換

Bit 9：掃描模式中在一個(gè)單一的通道上使用看門狗

0：在所有的通道上使用模擬看門狗

   1：在單一通道上使用模擬看門狗

Bit 8：掃描模式

0：關(guān)閉掃描模式

   1：使用掃描模式

Bit 7：允許產(chǎn)生注入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷

0：禁止JEOC中斷

   1：允許JEOC中斷

Bit 6：允許產(chǎn)生模擬看門狗中斷

0：禁止模擬看門狗中斷

   1：允許模擬看門狗中斷

Bit 5：允許產(chǎn)生EOC中斷

0：禁止EOC中斷

   1：允許EOC中斷

Bit 4~Bit 0：模擬看門狗通道選擇位

00000：ADC模擬輸入通道0

   00001：ADC模擬輸入通道1

   ……

   01111：ADC模擬輸入通道15

   10000：ADC模擬輸入通道16

   10001：ADC模擬輸入通道17