ESP32 开发笔记(三）源码示例 8_DHT11_RMT 使用RMT实现读取DHT11温湿度传感器

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开发板简介
开发环境搭建 windows
源码示例：
    0_Hello Bug （ESP_LOGX与printf）    工程模板/打印调试输出
    1_LED                                                    LED亮灭控制       
    2_LED_Task                                          使用任务方式控制LED
    3_LEDC_PWM                                      使用LEDC来控制LED实现呼吸灯效果
    4_ADC_LightR                                      使用ADC读取光敏电阻实现光照传感
    5_KEY_Short_Long                              按钮长按短按实现
    6_TouchPad_Interrupt                          电容触摸中断实现
    7_WS2812_RMT                                  RGB_LED彩虹变色示例
    8_DHT11_RMT                                    使用RMT实现读取DHT11温湿度传感器
    9_SPI_SDCard                                    使用SPI总线实现TF卡文件系统示例
    10_IIC_ADXL345                                使用IIC总线实现读取ADXL345角度加速度传感器
    11_IIC_AT24C02                                 使用IIC总线实现小容量数据储存测试
    12_IR_Rev_RMT                                使用RMT实现红外遥控接收扫码（NEC）
    13_IR_Send_RMT                              使用RMT实现红外数据发送（NEC）
    14_WIFI_Scan                                    附近WIFI信号扫描示例    
    15_WIFI_AP                                        创建软AP示例
    16_WIFI_AP_TCP_Server                  在软AP模式下实现TCP服务端
    17_WIFI_AP_TCP_Client                   在软AP模式下实现TCP客户端
    18_WIFI_AP_UDP                              在软AP模式下实现UDP通讯
    19_WIFI_STA                                      创建STA站模
    20_WIFI_STA_TCP_Server                在站模式STA下实现TCP服务端
    21_WIFI_STA_TCP_Client                 在站模式STA下实现TCP客户端
    22_WIFI_STA_UDP                            在站模式STA下实现UDP通讯
    23_LVGL_Test                                     LVGL图形库简单示例

RMT（Remote Control）模块驱动程序可用于发送和接收红外遥控信号。 由于RMT模块的灵活性，该驱动程序还可用于生成或接收许多其他类型的信号。

信号由一系列脉冲组成，由RMT的发射器根据值列表生成。 这些值定义了脉冲持续时间和二进制电平，请参见下文。 发射器还可以提供载波，并使用提供的脉冲对其进行调制。

发送调制图示：

在接收器中，一系列脉冲被解码为包含脉冲持续时间和二进制电平的值列表。 可以应用滤波器以从输入信号中去除高频噪声。

接收调制图示：

DHT11

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DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度+-5%RH， 温度+-2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0~50℃。

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

采用单总线双向串行通信协议，每次采集都要由单片机发起开始信号，然后DHT11会向单片机发送响应并开始传输40位数据帧，高位在前。数据格式为：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验位，温湿度小数部分默认为0，即单片机采集的数据都是整数，校验位为4个字节的数据相加取结果的低8位数据作为校验和：

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， 并触发一次信采集。 信号发送如图所示。

外设读取步骤
主机和从机之间的通信可通过如下几个步骤完成（ 外设（ 如微处理器） 读取 DHT11 的数据的步骤）。
步骤一:
DHT11 上电后（ DHT11 上电后要等待 1S 以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令）， 测试环境
温湿度数据， 并记录数据， 同时 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。
步骤二:
微处理器的 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（ 最大不得超过 30ms），
然后微处理器的 I/O 设置为输入状态， 由于上拉电阻， 微处理器的 I/O 即 DHT11 的 DATA 数据线也随之变
高， 等待 DHT11 作出回答信号， 发送信号如图所示：

步骤三:
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 83 微秒的低电平作为应答信号， 紧接着输出 87 微秒的高电平通知外设准备接
收数据， 微处理器的 I/O 此时处于输入状态， 检测到 I/O 有低电平（ DHT11 回应信号） 后， 等待 87 微秒
的高电平后的数据接收， 发送信号如图所示：

步骤四:
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。 位数据“0”、“1” 格式信号如图所示：

结束信号：
DHT11 的 DATA 引脚输出 40 位数据后， 继续输出低电平 54 微秒后转为输入状态， 由于上拉电阻随
之变为高电平。 但 DHT11 内部重测环境温湿度数据， 并记录数据， 等待外部信号的到来。
 

一、硬件设计/原理

查看开发板原理图，DHT11信号引脚连接在主控的GPIO26引脚上，知道了RMT的功能和DHT11的控制时序就可以进行代码的编写了。

二、程序设计

先引用必要头文件

// DHT11 Example

#include <string.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <freertos/event_groups.h>
#include <esp_log.h>
#include <nvs_flash.h>

#include "dht11.h"

主函数

const static char *TAG = "DHT11_Demo";
#define DHT11_GPIO 26


void app_main(void)
{
	ESP_LOGI(TAG, "APP Start......");
	ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
	vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
	int temp = 0,hum = 0;
	dht11_init(DHT11_GPIO);
	while (1){
		if (dht11_start_get(&temp, &hum)){
			ESP_LOGI(TAG, "[%lld] temp->%i.%i C     hum->%i%%", esp_timer_get_time(), temp / 10, temp % 10, hum);
		}
		vTaskDelay(3000 / portTICK_PERIOD_MS);
	}
}

初始化DHT11，其实就是配置RMT用来接收DHT11返回的数据

void dht11_init(uint8_t dht11_pin)
{
	DHT11_PIN = dht11_pin;
	const int RMT_CLK_DIV = 80;                                   // RMT计数器时钟分频器
	const int RMT_TICK_10_US = (80000000 / RMT_CLK_DIV / 100000); // RMT计数器10us.(时钟源是APB时钟)
	const int rmt_item32_tIMEOUT_US = 1000;                       // RMT接收超时us
	rmt_config_t rmt_rx;
	rmt_rx.gpio_num = dht11_pin;
	rmt_rx.channel = channel;
	rmt_rx.clk_div = RMT_CLK_DIV;
	rmt_rx.mem_block_num = 1;
	rmt_rx.rmt_mode = RMT_MODE_RX;
	rmt_rx.rx_config.filter_en = false;
	rmt_rx.rx_config.filter_ticks_thresh = 100;
	rmt_rx.rx_config.idle_threshold = rmt_item32_tIMEOUT_US / 10 * (RMT_TICK_10_US);
	rmt_config(&rmt_rx);
	rmt_driver_install(rmt_rx.channel, 1000, 0);
}

使用RMT接收DHT11返回的数据

// 使用RMT接收DHT11数据
int dht11_start_get(int *temp_x10, int *humidity)
{
	RingbufHandle_t rb = NULL;
	size_t rx_size = 0;
	rmt_item32_t *item;
	int rtn = 0;
	//获得RMT RX环形缓冲区句柄，并处理RX数据
	rmt_get_ringbuf_handle(channel, &rb);
	if (!rb){
		return 0;
	}
	//发送20ms脉冲启动DHT11单总线
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 1);
	gpio_set_direction(DHT11_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);
	ets_delay_us(1000);
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 0);
	ets_delay_us(20000);

	//将rmt_rx_start和rmt_rx_stop放入缓存
	rmt_rx_start(channel, 1);
	rmt_rx_stop(channel);

	//信号线设置为输入准备接收数据
	gpio_set_level(DHT11_PIN, 1);
	gpio_set_direction(DHT11_PIN, GPIO_MODE_INPUT);

	//这次启动RMT接收器以获取数据
	rmt_rx_start(channel, 1);

	//从环形缓冲区中取出数据
	item = (rmt_item32_t *)xRingbufferReceive(rb, &rx_size, 2);
	if (item != NULL){
		int n;
		n = rx_size / 4 - 0;
		// 解析来自ringbuffer的数据值.
		rtn = parse_items(item, n, humidity, temp_x10);
		// 解析数据后，将空格返回到ringbuffer.
		vRingbufferReturnItem(rb, (void *)item);
	}
	//停止RMT接收
	rmt_rx_stop(channel);
	return rtn;
}

解析数据中的温度湿度数据并检查校验

// 将RMT读取到的脉冲数据处理为温度和湿度
static int parse_items(rmt_item32_t *item, int item_num, int *humidity, int *temp_x10)
{
	int i = 0;
	unsigned rh = 0, temp = 0, checksum = 0;
	if (item_num < 42){					// 检查是否有足够的脉冲数
		return 0;
	}
	item++;								// 跳过开始信号脉冲
	for (i = 0; i < 16; i++, item++){	// 提取湿度数据
		rh = (rh << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	for (i = 0; i < 16; i++, item++){	// 提取温度数据
		temp = (temp << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	for (i = 0; i < 8; i++, item++){	// 提取校验数据
		checksum = (checksum << 1) + (item->duration1 < 35 ? 0 : 1);
	}
	// 检查校验
	if ((((temp >> 8) + temp + (rh >> 8) + rh) & 0xFF) != checksum){
		printf("Checksum failure %4X %4X %2X\n", temp, rh, checksum);
		return 0;
	}
	// 返回数据
	*humidity = rh >> 8;
	*temp_x10 = (temp >> 8) * 10 + (temp & 0xFF);
	return 1;
}

三、下载测试

打开ESP-IDF Command Prompt

cd命令进入此工程目录

cd F:\ESP32_DevBoard_File\8_DHT11_RMT

查看电脑设备管理器中开发板的串口号

执行idf.py -p COM9 flash monitor从串口9下载并运行打开口显示设备调试信息   Ctrl+c退出运行，观察串口打印。