DHT11数字温湿度传感器驱动开发全解析（下） | 零基础入门STM32第八十八步

师从洋桃电子，杜洋老师

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一、硬件接口与通信原理

1.1 硬件连接拓扑

1.2 单总线通信时序

二、驱动代码深度解析（dht11.c）

2.1 GPIO模式切换

// 设置为推挽输出模式
void DHT11_IO_OUT(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT11_IO;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 高速模式
    GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStruct);
}

// 设置为上拉输入模式
void DHT11_IO_IN(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT11_IO;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;     // 上拉输入
    GPIO_Init(DHT11PORT, &GPIO_InitStruct);
}

设计要点：

• 输出模式用于主机控制总线电平
• 输入模式配合上拉电阻保证总线稳定
• 50MHz速度满足单总线时序要求

2.2 起始信号生成

void DHT11_RST(void) {
    DHT11_IO_OUT();                 // 切换输出模式
    GPIO_ResetBits(DHT11PORT, DHT11_IO); // 拉低总线
    delay_ms(20);                   // 保持低电平20ms（手册要求≥18ms）
    GPIO_SetBits(DHT11PORT, DHT11_IO);   // 释放总线
    delay_us(30);                   // 等待20-40us
}

时序控制：

• 20ms低电平：确保满足最小18ms要求
• 30us高电平：预留足够响应时间

2.3 单bit数据读取

u8 Dht11_ReadBit(void) {
    u8 retry = 0;
    // 等待50us低电平起始信号
    while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    
    retry = 0;
    // 等待高电平到来
    while(!GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) && retry<100) {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    
    delay_us(40); // 关键采样点
    return GPIO_ReadInputDataBit(DHT11PORT,DHT11_IO) ? 1 : 0;
}

解码原理：

• 26-28μs高电平：数据0
• 70μs高电平：数据1
• 40μs延迟采样：准确区分高低电平

2.4 单字节数据读取

u8 Dht11_ReadByte(void) {
    u8 i, dat = 0;
    for(i=0; i<8; i++) {
        dat <<= 1;        // 高位先出
        dat |= Dht11_ReadBit();
    }
    return dat;
}

位操作逻辑：

1. 左移操作保留高位
2. 按位或操作累积数据位
3. 循环8次组成完整字节

2.5 完整数据读取流程

u8 DHT11_ReadData(u8 *h) {
    u8 buf[5];
    DHT11_RST(); // 发送起始信号
    
    if(Dht11_Check() == 0) {        // 检测传感器响应
        for(int i=0; i<5; i++) {    // 读取5字节数据
            buf[i] = Dht11_ReadByte();
        }
        
        // 校验和验证
        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3]) == buf[4]) {
            h[0] = buf[0]; // 湿度整数部分
            h[1] = buf[2]; // 温度整数部分
            return 0;      // 成功标志
        }
    }
    return 1; // 失败标志
}

数据格式解析：

三、关键优化策略

3.1 时序精度提升

// 使用硬件定时器替代delay_us
void Delay_us(uint16_t us) {
    TIM2->CNT = 0;
    while(TIM2->CNT < us);
}

3.2 错误重试机制

u8 DHT11_ReadData(u8 *h) {
    u8 retry = 3;
    while(retry--) {
        // ...读取逻辑...
        if(校验成功) return 0;
        delay_ms(100); // 重试间隔
    }
    return 1;
}

3.3 数据滤波处理

#define FILTER_SIZE 5
u8 filter_buf[FILTER_SIZE][2];

void DHT11_Filter(u8 *h) {
    static u8 index = 0;
    // 存储当前值
    filter_buf[index][0] = h[0];
    filter_buf[index][1] = h[1];
    index = (index+1) % FILTER_SIZE;
    
    // 排序取中值
    // ...实现排序算法...
}

四、典型应用场景

五、开发注意事项

1. 电源稳定性：建议并联100nF陶瓷电容
2. 信号线长度：超过20米需增加屏蔽措施
3. 采样间隔：严格≥1秒（手册要求）
4. 环境适应：
   • 避免冷凝环境
   • 远离发热元件
   • 防止化学污染

六、相关资源

[1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
[2] STM32官方文档手册
[3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
[4] DHT11说明书（中文）
[5] DHT11温湿度显示程序

📌 下期预告：下一期将探讨加速度传感器，欢迎持续关注！

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-03-30）