DHT11温湿度传感器模块

m0_74131461

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m0_74131461 · 2025-03-17 21:39:58 发布

一、传感器核心特性与技术解析

1. 传感器构成与工作原理

DHT11采用电容式感湿元件+NTC测温元件的复合传感方案，内部集成8位单片机处理模块。其工作流程分为三个阶段：

采样阶段：NTC热敏电阻通过惠斯通电桥测量温度，湿敏电容通过充放电特性检测湿度
模数转换：内置14位ADC将模拟信号转换为数字信号
数据封装：通过单总线协议将40位数据（湿度整数+湿度小数+温度整数+温度小数+校验和）传输至主机

1. 关键参数

项目	参数指标	技术说明
供电电压	3.3-5.5V	支持宽压输入，兼容STM32/51等主流MCU
测量范围	温度：0-50℃ / 湿度：20-90%RH	极端环境需外接保护电路
精度	温度±2℃ / 湿度±5%RH	长期使用需定期校准
采样周期	≥2s	频繁读取会导致数据错误

二、工作原理与通信协议

1. 单总线通信时序

DHT11通过单根数据线实现双向通信，关键时序包括：

起始信号：主机拉低总线18-30ms后释放
响应信号：DHT11拉低总线83±5ms后拉高响应
数据传输：每bit以50μs低电平开始，高电平长度区分0/1（26-28μs为0，70μs为1）

原理图补充：

图一：主机发送起始信号

图二：从机相应信号

2. 数据发送方式：

由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/O电平的变化接收40位数据，位数据 “0”的格式为：54微秒的低电平和23-27微秒的高电平，位数据“1”的格式为：54微秒的低电平加68-74微秒的高电平。

3. 数据格式解析

40位数据结构：

8bit湿度整数 | 8bit湿度小数 | 8bit温度整数 | 8bit温度小数 | 8bit校验和

校验和=前4字节之和的末8位，需验证数据有效性

三、硬件连接示例

典型电路连接（以STM32为例）：

DHT11引脚定义：
1: VCC   2: DATA   3: GND

DATA引脚接STM32的GPIO（如PA6）
供电电压建议稳定在3.3-5.0V

四、代码实现（基于STM32 HAL库）

//DHT11.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "DHT11.h"
 
//配置DHT11为输出模式
void DHT11_Output_Mode(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = DHT11_GPIO_PIN; 	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;	//推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
}

//配置DHT11为输入模式
void DHT11_Input_Mode(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = DHT11_GPIO_PIN; 	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
}
 
//输出电平0/1
void DHT11_DQ_OUT(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(DHT11_GPIO_PORT,DHT11_GPIO_PIN,(BitAction)BitValue);
}
 
//读取输入电平0/1
uint8_t DHT11_DQ_IN(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_GPIO_PORT,DHT11_GPIO_PIN);
}
 
 
//DHT11复位信号
void DHT11_Reset(void)
{
	DHT11_Output_Mode();
	DHT11_DQ_OUT(1);//拉高电平 保证待会是低电平
	Delay_ms(25);//随便值
	DHT11_DQ_OUT(0);//拉低DQ，复位信号的开始
	Delay_ms(20);//拉低至少18ms
	DHT11_DQ_OUT(1);// 将DHT11的DQ引脚拉高，结束复位信号
	Delay_us(25); //在拉高DQ之后，DHT11会开始其内部复位过程，拉高20-40us
}
 
//检测是否有DHT11存在，0存在，1不存在
uint8_t DHT11_Check(void)
{
	uint8_t retry = 0;//初始为0，用来重复计次
	DHT11_Input_Mode();//设置PA9为输入模式，接收DHT11信号
	// 等待DHT11拉低DQ引脚，这通常发生在复位信号之后的40-80微秒内
   
	while(DHT11_DQ_IN() && retry < 100)//DHT拉低40-80us
	{
		retry++;//每次循环计次加一
		Delay_us(1);
	}
	
	//如果在计次100次内没有被拉低，返回1则认为DHT11没有响应，否则重置计次变量为0，
	//为下一次等待阶段做准备
	if(retry >= 100) return 1; 
	else 
	{
		retry = 0;
	}
		
	// 等待DHT11拉高DQ引脚，在拉低之后的40-80微秒内
    // 如果DQ在100次重试内没有被拉高，同样认为DHT11没有正确响应
	while(!DHT11_DQ_IN() && retry < 100)//DHT会再拉高40-80us
	{
		retry++;
		Delay_us(1);
	}
	if(retry >= 100) return 1;
	return 0;
	
	
}
//检测DHT11是否响应
uint8_t DHT11_Init(void)
{
	DHT11_Output_Mode();
	DHT11_Reset();
	return DHT11_Check();
}
 
//读取一个位
uint8_t DHT11_Get_Bit(void)
{
	uint8_t retry = 0;
	while(DHT11_DQ_IN() && retry < 100)
	{
		retry++;
		Delay_us(1);
	}
	retry = 0;
	while(!DHT11_DQ_IN() && retry < 100)
	{
		retry++;
		Delay_us(1);
	}
	Delay_us(40);
	if(DHT11_DQ_IN()) return 1;
	else return 0;
}

//读取一个字节
uint8_t DHT11_GetByte(void)
{
	uint8_t i,Dat = 0;
	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		Dat <<= 1;
		Dat |= DHT11_Get_Bit();//Dat某一位或运算上1必定为1，或上0位不变
	}
	return Dat;
}

//指针temperature和humidity存储数据
uint8_t DHT11_GetData(uint8_t * temperature,uint8_t *humidity)
{
	uint8_t H_H,H_L,T_H,T_L;
	uint8_t HH,HL,TH,TL,CHECK;

	uint8_t i;
	
	DHT11_Reset();
	
	if(DHT11_Check() == 0)
	{
		H_H = DHT11_GetByte();
		H_L = DHT11_GetByte();
		T_H = DHT11_GetByte();
		T_L = DHT11_GetByte();
		CHECK = DHT11_GetByte();
		
		if((H_H+H_L+T_H+T_L)==CHECK)
		{
			*temperature = T_H;
			*humidity = H_H;		
		}
	}
	else
	{
		return 1;//读取失败
	}
	return 0;//存在DHT11
}

//DHT11.h

#ifndef  __DHT11_H__
#define	 __DHT11_H__
 
#define DHT11_GPIO_PORT  GPIOA
#define DHT11_GPIO_PIN   GPIO_Pin_6
 
uint8_t DHT11_Init(void);
void DHT11_Input_Mode(void);
void DHT11_Output_Mode(void);
void DHT11_DQ_OUT(uint8_t BitValue);
uint8_t DHT11_DQ_IN(void);
void DHT11_Reset(void);
uint8_t DHT11_Check(void);
uint8_t DHT11_Get_Bit(void);
uint8_t DHT11_GetByte(void);
uint8_t DHT11_GetData(uint8_t * temperature,uint8_t *humidity);

#endif

//main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "DHT11.h"

uint8_t temperature,humidity;

int main()
{
	OLED_Init();
	while(DHT11_Init())//如果没有DHT11设备
	{
		OLED_ShowString(2,5,"NO DHT11");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(2,5,"        "); //刷新界面
	}
	while(1)//如果读取到数据
	{	
		if(!DHT11_GetData(&temperature,&humidity))
		{
			OLED_ShowString(2,5,"temp:");
			OLED_ShowString(3,5,"humi:  %");
			OLED_ShowNum(2,10,temperature,2);
			OLED_ShowNum(3,10,humidity,2);
		}
		Delay_ms(1000);
	}
}