基于物联网的远程温湿度监测系统（2）编写 DHT11 驱动

前言

本项目主要通过使用STM32F103C8T6作为主控MCU，ESP8266作为数据透传模块，接入机智云AIoT云平台，通过在线智能产品，实现了远程联网、温湿度监测、APP控制等功能。

在上文中，主要介绍了“创建云端产品，烧录Gagent”，以便让设备能够联网，当然其中也备注了ESP8266烧写Gagent固件时的注意事项，说明定义数据点的作用。

在本文中，从原理开始讲解，阐述DHT11驱动的编写。

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1、DHT11 简要介绍

DHT11 器件采用简化的单总线通信，DATA 引脚用于微处理器与 DHT11 之间的通讯和同步，一次传送 40 位数据，高位先出。

举例：

2、时序分析（附代码）

用户主机（MCU）发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11 发送响应信号，送出 40bit 的数据，信号发送如图所示。

注意：主机（MCU）从 DHT11 读取的温湿度数据总是前一次的测量值。

总线空闲：

DHT11 的 DATA 数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平，此时 DHT11 的DATA 引脚处于输入状态，时刻检测外部信号。

MCU 发出请求信号：

MCU I/O 设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms，然后MCU I/O设置为输入状态。由于上拉电阻，MCU I/O 即 DHT11 的 DATA 数据线也随之变高，之后等待 DHT11 作出回答信号。

DHT11 发出应答信号：

当 DHT11 的 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，延迟后 DHT11 的 DATA引脚处于输出状态，输出 80us的低电平作为应答信号，紧接着输出 80us 的高电平通知 MCU 准备接收数据，MCU I/O 此时处于输入状态，检测到 DHT11 回应信号后，等待 80us 的高电平后的数据接收。

MCU 接收 40 位数据

由 DHT11 的 DATA 引脚输出 40 位数据，MCU 根据 I/O 电平的变化来判断是 “0” 还是 “1” 。

位数据 “0” 的格式为：

50us 的低电平和 26-28us的高电平。

位数据 “1” 的格式为：

50us 的低电平加 70us 的高电平。

DHT11 发出结束信号

DHT11 的 DATA 引脚输出 40 位数据后，继续输出低电平 50us 后转为输入状态，由于上拉电阻存在，变为高电平。

// 本驱动采用 HAL 库，us 级延时使用通用定时器实现，对 IO 引脚的状态的改变采用位操作以及直接寄存器操作

// 复位DHT11

void DHT11_Rst(void)

{                 

    DHT11_IO_OUT();   //设置为输出

  DHT11_DQ_OUT = 0;   //拉低

  HAL_Delay_ms(20);   //拉低至少18ms

  DHT11_DQ_OUT = 1;   //拉高 

  HAL_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

uint8_t DHT11_Check(void)      

{   

uint8_t retry = 0;

  DHT11_IO_IN();      //设置为输入   

while(DHT11_DQ_IN && retry < 100)  //DHT11会拉低40~80us

  {

    retry++;

    HAL_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++;

    HAL_Delay_us(1);

  }

if(retry >= 100)

return 1;      

return 0;

}

//从DHT11读取一个位

//返回值：1/0

uint8_t DHT11_Read_Bit(void)        

{

uint8_t retry = 0;

while(DHT11_DQ_IN && retry < 100)//等待变为低电平

  {

    retry++;

    HAL_Delay_us(1);

  }

  retry = 0;

while(!DHT11_DQ_IN && retry < 100)//等待变高电平

  {

    retry++;

    HAL_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

uint8_t DHT11_Read_Byte(void)    

{        

uint8_t 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

//temp0~50°)

//humi20%~90%)

//返回值：0,正常;1,读取失败;2,校验和错误

uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *temp, uint8_t *humi)    

{        

uint8_t buf[5];

uint8_t 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 2;  // 校验和错误

  }

else

return 1;

return 0;      

}

//初始化DHT11的 IO口, 同时检测DHT11的存在

//返回1:不存在

//返回0:存在        

uint8_t DHT11_Init(void)

{

  DHT11_GPIO_Init();

  DHT11_Rst();

return DHT11_Check();

}

3、使用串口观察数据

将 printf 函数重定向至与 PC 相连的串口上。由于重定向相关函数已经包含在机智云生成的代码中（gizwits_product.c），我们直接使用 printf 进行数据打印即可。

#ifdef __GNUC__

/* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf

     set to 'Yes') calls __io_putchar() */

#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)

#else

#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)

#endif /* __GNUC__ */

/**

  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.

  * @param  None

  * @retval None

  */

PUTCHAR_PROTOTYPE

{

/* Place your implementation of fputc here */

/* e.g. write a character to the USART1 and Loop until the end of transmission */

  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

return ch;

}

以下为相关测试代码：

state = DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity);

if(state == 2)

{

printf("the checksum is error\n");

}

else if(!state)

{

printf("temp = %d , humi = %d\n", temperature, humidity);

}

else

{

printf("DHT11 is not answer\n");

}

若采集到的数据没有问题，即可将机智云协议相关代码移植进工程中。

本文结束。

在下篇内容中，介绍结合STM32cubx实现机智云代码工程移植、采集数据上发、控制数据下拉、成品测试环节。