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24.1實驗內容

通過本實驗主要學習以下內容：

DHT11操作原理
單總線GPIO模擬操作原理

24.2實驗原理

HT11是一款已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度一體化數(shù)字傳感器。該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點信號，傳輸距離可達20米以上。

其具體參數(shù)如下：

工作電壓：3.3V-5.5V
工作電流：0.5ｍA
控制方式：單總線
輸出方式：數(shù)字量
濕度精度：±5%
溫度精度：±2℃
濕度量程：5%~95%
溫度量程：-20℃~+60℃
DHT11引腳定義和封裝如下圖所示

DHT11采用單總線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，下面對其通信時序以及傳輸數(shù)據(jù)構成進行介紹。

DHT11通信時序可分為：建立連接、數(shù)據(jù)接收兩部分。

建立連接部分時序如下圖所示，共包括：主機動作和從機響應兩部分。主機動作：DHT11溫濕度傳感器上電后，數(shù)據(jù)線處于空閑狀態(tài)（配置數(shù)據(jù)線空閑狀態(tài)為高電平）。主機發(fā)送建立連接動作，動作內容為：拉低數(shù)據(jù)線再拉高數(shù)據(jù)線（數(shù)據(jù)線拉低時間＞18ｍs、拉高時間在20－40us之間）然后釋放總線。從機響應：從機接收到主句發(fā)送的建立連接動作后，先拉低數(shù)據(jù)線，再拉高數(shù)據(jù)線，表示連接建立成功（拉低數(shù)據(jù)線40－50us，拉高數(shù)據(jù)線40－50us）。

在連接成功建立后，從機發(fā)送數(shù)據(jù)，主機進行數(shù)據(jù)的接收。數(shù)據(jù)接收：每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平開始，通過判斷低電平后的高電平時間來決定接收數(shù)據(jù)的種類。接收高電平時間為26us－28us表示0，接收高電平為70us表示1。當最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，從機拉低數(shù)據(jù)線50us，隨后從機釋放總線，總線進入空閑狀態(tài)（高電平）。

主機一次接收40bit數(shù)據(jù)，共5字節(jié)，每個字節(jié)的含義如下圖所示。從高到低依次為：濕度整數(shù)h(0)、濕度小數(shù)h(１)、溫度整數(shù)h(２)、溫度小數(shù)h(３)、校驗和h(４)。檢驗和等于前四字節(jié)數(shù)據(jù)之和。在一次數(shù)據(jù)接收完成后，驗證h(４)是否等于h(１)＋h(２)＋h(３)＋h(４)。若等式成立則表示數(shù)據(jù)成功接收，然后進行數(shù)據(jù)更新，否則不進行數(shù)據(jù)更新。

DHT11數(shù)據(jù)格式舉例如下。

24.3硬件設計

DHT11硬件電路圖如下所示。DHT11為單信號線通信，因而僅使用了一個IO進行數(shù)據(jù)通信，且該IO使用了RC進行濾波并采用4.7K進行上拉，保證了數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，電源地通過100nf電容濾波。

24.4代碼解析

24.4.1DHT11初始化

DHT11初始化函數(shù)實現(xiàn)如下，主要包括DHT11數(shù)據(jù)通信引腳的初始化以及DHT11 reset和check操作。

C
uint8_t dht11_init(void)
{
driver_gpio_general_init(&DHT11_DA);
/* DHT11_DQ引腳模式設置,開漏輸出,上拉, 這樣就不用再設置IO方向了, 開漏輸出的時候(=1), 也可以讀取外部信號的高低電平 */
dht11_reset();
return dht11_check();
}

在該函數(shù)中，將DHT11數(shù)據(jù)引腳配置為開漏模式，使用上可以不用切換引腳模式以及方向，使用比較方便。

dht11_reset()為復位DHT11操作函數(shù)，其實現(xiàn)如下，如原理中介紹，首先拉低數(shù)據(jù)引腳20ms，之后拉高30us，實現(xiàn)對DHT11的復位操作。

C
static void dht11_reset(void)
{
DHT11_DA_OUT(0); /* 拉低DQ */
delay_ms(20); /* 拉低至少18ms */
DHT11_DA_OUT(1); /* DQ=1 */
delay_us(30); /* 主機拉高10~35us */
}

dht11_check()為check DHT11是否正常連接以及工作，其實現(xiàn)如下，其主要通過判斷DHT11是否能夠響應主機的復位請求操作來判斷DHT11是否連接以及工作正常，如果工作正常，該函數(shù)返回值為0，否則返回1.

C
uint8_t dht11_check(void)
{
uint8_t retry = 0;
uint8_t rval = 0;

while (DHT11_DA_IN && retry < 100) ?/* DHT11會拉低83us */
{
retry++;
delay_us(1);
}

if (retry >= 100)
{
rval = 1;
}
else
{
retry = 0;

while (!DHT11_DA_IN && retry < 100) /* DHT11拉低后會再次拉高87us */
{
retry++;
delay_us(1);
}
if (retry >= 100) rval = 1;
}

return rval;
}

24.4.2DHT11溫濕度讀取

DHT11溫濕度讀取函數(shù)如下，通過該函數(shù)將會連續(xù)讀取5個字節(jié)數(shù)據(jù)，前兩個為濕度數(shù)據(jù)，之后兩個為溫度數(shù)據(jù)，最后一個數(shù)據(jù)為校驗和。讀取正確且校驗完成后相關濕度數(shù)據(jù)將會放在對應的形參指定的變量內，該函數(shù)將會返回0.

C
uint8_t dht11_read_data(uint8_t *temp, uint8_t *humi)
{
uint8_t buf[5];
uint8_t i;
dht11_reset();

if (dht11_check() == 0)
{
for (i = 0; i < 5; i++) ??? /* 讀取40位數(shù)據(jù) */
{
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;
}

24.4.3主函數(shù)

DHT11溫濕度檢測實驗主函數(shù)如下所示，首先對systick延遲函數(shù)進行初始化，之后對DHT11初始化，最后在主循環(huán)中沒間隔1s讀取一次溫濕度數(shù)據(jù)。

C
int main(void)
{
uint8_t temperature;
uint8_t humidity;

delay_init();

while (dht11_init()) /* DHT11初始化 */
{
}

while (1)
{
dht11_read_data(&temperature, &humidity); /* 讀取溫濕度值 */
delay_ms(1000);
}
}

24.5實驗結果

將DHT11溫濕度讀取實驗燒錄到紅楓派開發(fā)板中，并連接串口，運行程序會，將會每秒鐘打印一次溫濕度數(shù)據(jù)。向著DHT11吹口熱氣，將會觀察到打印的溫濕度數(shù)值都將會增加。

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