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濕度傳感器實驗：基于STM32 -DTH11 數字溫濕度傳感器實驗

基于STM32 -DHT11 數字溫濕度傳感器實驗

實驗目的：
這個實驗的目的使用 STM32來讀取DHT11 數字溫濕度傳感器，從而得到環境溫度和濕度等信息，并把從溫濕度值顯示在串口打印助手上。

實驗原理
DHT11 是一款濕溫度一體化的數字傳感器。該傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個 NTC測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。通過單片機等微處理器簡單的電路連接就能夠實時的采集本地濕度和溫度。 DHT11 與單片機之間能采用簡單的單總線進行通信，僅僅需要一個 I/O 口。傳感器內部濕度和溫度數據 40Bit 的數據一次性傳給單片機，數據采用校驗和方式進行校驗，有效的保證數據傳輸的準確性。 DHT11 功耗很低， 5V 電源電壓下，工作平均最大電流 0.5mA。
DHT11 的技術參數如下：
? 工作電壓范圍： 3.3V-5.5V
? 工作電流 ：平均 0.5mA
? 輸出：單總線數字信號
? 測量范圍： 濕度 20~90％RH，溫度 0~50℃
? 精度 ：濕度±5%，溫度±2℃
? 分辨率 ：濕度 1%，溫度 1℃
雖然 DHT11 與 DS18B20 類似，都是單總線訪問，但是 DHT11 的訪問，相對 DS18B20 來說要簡單很多。
DHT11 數字濕溫度傳感器采用單總線數據格式。即，單個數據引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數據包由 5Byte（ 40Bit）組成。數據分小數部分和整數部分，一次完整的數據傳輸為40bit，高位先出。 DHT11 的數據格式為： 8bit 濕度整數數據+8bit 濕度小數數據+8bit 溫度整數數據+8bit 溫度小數數據+8bit 校驗和。其中校驗和數據為前四個字節相加。
傳感器數據輸出的是未編碼的二進制數據。數據(濕度、溫度、整數、小數)之間應該分開處理。例如，某次從 DHT11 讀到的數據如圖所示：

上圖某次讀取到 DHT11 的數據
由以上數據就可得到濕度和溫度的值，計算方法：
濕度= byte4 . byte3=45.0 (％RH)
溫度= byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
校驗= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=濕度+溫度)(校驗正確)
可以看出，DHT11 的數據格式是十分簡單的，DHT11 和 MCU 的一次通信最大為 3ms 左右，建議主機連續讀取時間間隔不要小于 100ms。
下面，我們介紹一下 DHT11 的傳輸時序。 DHT11 的數據發送流程如圖所示：
圖DHT11 數據發送流程
首先主機發送開始信號，即：拉低數據線，保持 t1（至少 18ms）時間，然后拉高數據線 t2（ 20~40us）時間，然后讀取 DHT11 的響應，正常的話， DHT11 會拉低數據線，保持 t3 （ 40~50us）時間，作為響應信號，然后 DHT11 拉高數據線，保持 t4（ 40~50us）時間后，開始輸出數據。
DHT11 輸出數字‘ 0’的時序如圖所示：
DHT11 輸出數字‘ 1’的時序如圖所示：
通過以上了解，我們就可以通過 STM32 來實現對 DHT11 的讀取了。 DHT11 的介紹就到這里，更詳細的介紹，請參考 DHT11 的數據手冊

軟件設計部分：打開DTH11溫度串口實驗例程，可以看見user目錄下有bsp_usart1.c與main.c，bsp_dht11.c.這幾個部分的代碼這個實驗必備的。
代碼部分：
打開 DHT11 數字溫濕度傳感器實驗工程可以發現，我們在工程中添加了 bsp_dht11.c 文件和
dht11.h 文件，所有 DHT11 相關的驅動代碼和定義都在這兩個文件中，打開 bsp_dht11.c 代碼如下：這個文件下的各個函數都有注釋說明。簡單易懂：

這部分代碼通過函數 DHT11_Init 初始化傳感器。

然后通過上述操作時序來讀取 DHT11 的溫濕度值的。

這部分代碼通過Read_DHT11函數讀取溫濕度數據。

最后通過主函數調用串口打印函數，通過串口打印數據

文章中源碼請參考：

濕度傳感器實驗：樹莓派基礎實驗27：溫濕度傳感器DHT11 實驗

一、介紹
數字溫濕度傳感器DHT11是一種復合傳感器，包含溫度和濕度的校準數字信號輸出。采用專用數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有高可靠性和優異的長期穩定性。
該傳感器包含一個電阻濕感元件和一個NTC溫度測量設備，并與一個高性能8位微控制器連接。其精度：濕度+-5%RH， 溫度+-2℃。量程：濕度20-90%RH， 溫度0~50℃。采樣周期：大于等于1秒/次。
在我們剛開始練習寫傳感器的時序時，DHT11非常適合新手入門練習如何寫時序。
二、組件
★Raspberry Pi主板*1
★樹莓派電源*1
★40P軟排線*1
★濕度傳感器DHT11模塊*1
★面包板*1
★跳線若干
三、實驗原理
溫濕度傳感器
溫濕度傳感器模塊原理圖
DHT11是一款價格便宜，易于使用的溫度濕度測量二合一傳感器。它具有超小體積、極低功耗的特點。它使用單根總線與單片機進行雙向的串行數據傳輸，信號傳輸距離可達20米以上。非常適用于對精度和實時性要求不高的溫濕度測量場合。
DHT11硬件原理圖
數據總線DATA使用上拉電阻拉高，因此總線空閑時為高電平。上拉電阻阻值推薦范圍：4.7K~5.1K。必要時在VDD和GND之間并一個100nF的去耦電容。
1. DHT11的數據格式：
DATA 用于樹莓派與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間4ms左右，數據分小數部分和整數部分，具體格式在下面說明，操作流程如下:
DHT11用的是單總線協議，一次傳送40位的數據。     注意了，看到這一句話，也就是說我們每次讀取DHT11的數據時，都要一次性讀取40次，也就是讀取40位。并且數據前16位是與濕度相關的，中間16位是與溫度相關的，最后八位是用來校驗的，當我們校驗成功后，證明這一次的溫濕度結果正確的，我們的樹莓派就可以使用這個溫濕度值；如果校驗不通過，那么就代表我們這次讀取出來的溫濕度值，是錯誤的（也許是我們的時序錯誤了，也許是傳感器的問題），我們不進行采樣。
DHT11數據格式示例
2. DHT11的工作原理：
數據時序圖
DHT11的總體通信流程：
第一步：主機（樹莓派）先發送開始信號，從機（DHT11）會返回一個相應信號進行應答。
第二步：主機信號線拉高準備接收數據。
第三步：開始接收數據（一次接收40位）。
DHT11使用單一總線通信，即DATA引腳和單片機連接的線?？偩€總是處于空閑狀態和通信狀態這個2個狀態之間。當樹莓派沒有與DHT11交互時，總線處于空閑狀態，在上拉電阻的作用下，處于高電平狀態。
當單片機和DHT11正在通信時，總線處于通信狀態，一次完整的通信過程如下：
第一步：DHT11 上電后（DHT11 上電后要等待 1秒以越過不穩定狀態在此期間不能發送任何指令），測試環境溫濕度數據，幵記錄數據，同時 DHT11 的 DATA 數據線由上拉電阻拉高一直保持高電；此時 DHT11 的DATA 引腳處于輸入狀態，時刻檢測外部信號。
第二步：微處理器的 I/O 設置為輸出，同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 18ms，然后輸出高電平20~40us，再樹莓派的 I/O設置為輸入狀態，等待 DHT11 作出回答信號，發送信號如圖所示：
主機發送起始信號
第三步：DHT11 的 DATA 引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后 DHT11 的 DATA引腳處于輸出狀態，輸出 80 微秒的低電平作為應答信號，緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設準備接收數據，樹莓派的 I/O 此時處于輸入狀態，檢測到 I/O 有低電平（DHT11 回應信號）后，等待 80 微秒的高電平后的數據接收，發送信號如圖所示：
DHT11應答信號
第四步：由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數據，樹莓派根據 I/O 電平的變化接收 40 位數據，位數據“0”的格式為： 50 微秒的低電平和 26-28 微秒的高電平；位數據“1”的格式為： 50 微秒的低電平加 70微秒的高電平。位數據“0”、“1”格式信號如圖所示：
位數據“0”、“1”的格式
我們可以把這一段的時序理解為，DHT11先把數據線拉低50us，然后我們再去對比高電平持續的時間，如果持續時間較短，則為位“0”；如果持續時間較長，則為位“1”。
結束信號：DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數據后，繼續輸出低電平 50 微秒后轉為輸入狀態，由于上拉電阻隨之變為高電平。但 DHT11 內部重測環境溫濕度數據，幵記錄數據，等待外部信號的到來。
注意事項：
1、DHT11上電后，要等待 1秒 以越過不穩定狀態，在此期間不能發送任何指令。
2、DHT11屬于低速傳感器，兩次通信請求之間的間隔時間不能太短，一般來說要不能低于1秒。
對DHT11的時序做一個總結：
一. 主機（單片機）發送起始信號：
1.主機先拉高data。
2.拉低data延遲18ms。
3.拉高data（單片機引腳設置為輸入）。
二. 從機（DHT11）收到起始信號后進行應答：
從機拉低data，主機讀取到data線被拉低持續80us后從機拉高data線， 持續80us，直到高電平結束，意味著主機可以開始接受數據。
三. 主機開始接收數據：
1.主機先把data線拉高（io設置為輸入）。
2.從機把data線拉低，主機讀取data線電平，直到低電平結束（大約50us）從機拉高data線后，對比高電平持續的時間，如果持續時間較短，則為位“0”；如果持續時間較長時，則為位“1”。
3.繼續重復上述1,2步驟累計40次。
四. data線拉低50us代表讀取結束
五. 校驗數據
更多資料請參考DHT11 官方手冊：
四、實驗步驟
第1步：連接電路。
樹莓派
T型轉接板
溫濕度傳感器
GPIO0
G17
OUT（DATA）
5V
5V
VCC
GND
GND
GND
溫濕度傳感器DHT11 實驗電路圖
溫濕度傳感器DHT11 實驗實物接線圖
第2步：編寫控制程序。將提取的二進制數據轉化為十進制數據，校驗后打印出來。
本次編程中將用到NumPy(Numerical Python)擴展程序庫，支持大量的維度數組與矩陣運算，此外也針對數組運算提供大量的數學函數庫。詳情參考NumPy 教程：
為便于對比DHT11高電平持續的時間，我們設置了一個計數器參數k，如果持續時間較短，則k值較??；如果持續時間較長時，則k值較大。當然，也可以使用時間函數直接對比時間長短，但是程序相對要復雜一些。比如使用GPIO.add_event_detect()和time.time()函數。
執行結果截圖
從上面的截圖中可以看出，高電平持續的時間較短，26-28 微秒時，參數k等于5或6；高電平持續的時間較長，70 微秒時，參數k等于17或18。

濕度傳感器實驗：正點原子開拓者FPGA開發板資料連載第二十三章TFT-LCD字符顯示

上一章，我們介紹了數字溫度傳感器 DS18B20 的使用，本章我們將介紹數字溫濕度
傳感器DHT11 的使用，該傳感器不但能測溫度，還能測濕度。本章我們將向大家介
紹如何使用 STM32F1來讀取 DHT11 數字溫濕度傳感器，從而得到環境溫度和濕度
等信息，并把從溫濕度值顯示在TFTLCD 模塊上。本章分為如下幾個部分：
36.1 DHT11 簡介
36.2 硬件設計
36.3 軟件設計
36.4 下載驗證
36.1 DHT11 簡介
DHT11 是一款濕溫度一體化的數字傳感器。該傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個 NTC
測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。通過單片機等微處理器簡單的電路連接就能夠
實時的采集本地濕度和溫度。DHT11 與單片機之間能采用簡單的單總線進行通信，僅僅需要一
個 I/O 口。傳感器內部濕度和溫度數據 40Bit 的數據一次性傳給單片機，數據采用校驗和方式
進行校驗，有效的保證數據傳輸的準確性。DHT11 功耗很低，5V 電源電壓下，工作平均最大電流 0.5mA。
DHT11 的技術參數如下：
工作電壓范圍：3.3V-5.5V
工作電流 ：平均 0.5mA
輸出：單總線數字信號
測量范圍：濕度 20~90％RH，溫度 0~50℃
精度 ：濕度±5%，溫度±2℃
分辨率 ：濕度 1%，溫度 1℃
DHT11 的管腳排列如圖 36.1.1 所示：
圖 36.1.1 DHT11 管腳排列圖
雖然 DHT11 與 DS18B20 類似，都是單總線訪問，但是 DHT11 的訪問，相對 DS18B20 來
說要簡單很多。下面我們先來看看 DHT11 的數據結構。
DHT11 數字濕溫度傳感器采用單總線數據格式。即，單個數據引腳端口完成輸入輸出雙向
傳輸。其數據包由 5Byte（40Bit）組成。數據分小數部分和整數部分，一次完整的數據傳輸為
40bit，高位先出。DHT11 的數據格式為：8bit 濕度整數數據+8bit 濕度小數數據+8bit 溫度整數
數據+8bit 溫度小數數據+8bit 校驗和。其中校驗和數據為前四個字節相加。
傳感器數據輸出的是未編碼的二進制數據。數據(濕度、溫度、整數、小數)之間應該分開
處理。例如，某次從 DHT11 讀到的數據如圖 36.1.2 所示：
圖 36.1.2 某次讀取到 DHT11 的數據
由以上數據就可得到濕度和溫度的值，計算方法：
濕度=byte4 . byte3=45.0 (％RH)
溫度=byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
校驗=byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=濕度+溫度)(校驗正確)
可以看出，DHT11的數據格式是十分簡單的，DHT11和 MCU的一次通信最大為 3ms 左右，
建議主機連續讀取時間間隔不要小于 100ms。
下面，我們介紹一下 DHT11 的傳輸時序。DHT11 的數據發送流程如圖 36.1.3 所示：
圖 36.1.3 DHT11 數據發送流程
首先主機發送開始信號，即：拉低數據線，保持 t1（至少 18ms）時間，然后拉高數據線 t2
（20~40us）時間，然后讀取 DHT11 的響應，正常的話，DHT11 會拉低數據線，保持 t3（40~50us）
時間，作為響應信號，然后 DHT11 拉高數據線，保持 t4（40~50us）時間后，開始輸出數據。
DHT11 輸出數字‘0’的時序如圖 36.1.4 所示：
圖 36.1.4 DHT11 數字‘0’時序
DHT11 輸出數字‘1’的時序如圖 36.1.5 所示：
圖 36.1.5 DHT11 數字‘1’時序
通過以上了解，我們就可以通過 STM32F1 來實現對 DHT11 的讀取了。DHT11 的介紹就到這里，更詳細的介紹，請參考 DHT11 的數據手冊。
36.2 硬件設計
由于開發板上標準配置是沒有 DHT11 這個傳感器的，只有接口，所以要做本章的實驗，
大家必須找一個 DHT11 插在預留的 DHT11 接口上。
本章實驗功能簡介：開機的時候先檢測是否有 DHT11 存在，如果沒有，則提示錯誤。只
有在檢測到 DHT11 之后才開始讀取溫濕度值，并顯示在 LCD 上，如果發現了 DHT11，則程
序每隔 100ms 左右讀取一次數據，并把溫濕度顯示在 LCD 上。同樣我們也是用 DS0 來指示程
序正在運行。
所要用到的硬件資源如下：
1） 指示燈 DS0
2） TFTLCD 模塊
3） DHT11 溫濕度傳感器
這些我們都已經介紹過了，DHT11 和 DS18B20 的接口是共用一個的，不過 DHT11 有 4 條
腿，需要把 U6 的 4 個接口都用上，將 DHT11 傳感器插入到這個上面就可以通過 STM32F1 來
讀取溫濕度值了。連接示意圖如圖 36.2.1 所示：
圖 36.2.1 DHT11 連接示意圖
這里要注意，將 DHT11 貼有字的一面朝內，而有很多孔的一面(網面)朝外，然后然后插入
如圖所示的四個孔內就可以了。
36.3 軟件設計
打開 DHT11 數字溫濕度傳感器實驗工程可以發現，我們在工程中添加了 dht11.c 文件和
dht11.h 文件，所有 DHT11 相關的驅動代碼和定義都在這兩個文件中。
打開 dht11.c 代碼如下：
//復位 DHT11
void DHT11_Rst(void)
{
DHT11_IO_OUT(); //SET OUTPUT
DHT11_DQ_OUT=0; //拉低 DQ
delay_ms(20); //拉低至少 18ms
DHT11_DQ_OUT=1; //DQ=1
delay_us(30); //主機拉高 20~40us
}
//等待 DHT11 的回應
//返回 1:未檢測到 DHT11 的存在
//返回 0:存在
u8 DHT11_Check(void)
u8 retry=0;
DHT11_IO_IN(); //SET INPUT
while (DHT11_DQ_IN&&retry

濕度傳感器實驗：濕度傳感器實驗.

濕度傳感器實驗

一、實驗目的：
了解溫度傳感器的工作原理及特性。

二、基本原理：
本實驗采用的是高分子薄膜濕敏電阻。感測機理是：在絕
緣基板上濺射了一層高分子電解質濕敏膜，其阻值的對數與相對濕度成近似的
線性關系，通過電路予以修正后，可得出與相對溫度成線性關系的電信號。

三、需用器件與單元：
±
5V
直流電源、濕敏實驗套件、數字電壓表。

四、實驗步驟：

注：本實驗的濕度傳感器已由內部放大器進行放大、校正、輸出的電壓信

號與相對濕度成近似線性關系，標定在：

1
、將主控箱±
5V
接入傳感器輸入端，輸出端與數字電壓表相接，電壓表
置
2V
檔。

2
、在溫度容器中，倒入少許溫水，使水份能夠蒸發。

3
、將傳感器置于容器上方，觀察數字電壓表變化。

4
、待數字稍穩定后，記錄下讀數，根據傳感器標定值，得出容器中的相對
濕度。