DHT11温湿度传感器

DHT11简介

DHT11是一款价格便宜，易于使用的温度湿度测量二合一传感器。它具有超小体积、极低功耗的特点。它使用单根总线与单片机进行双向的串行数据传输，信号传输距离可达20米以上。非常适用于对精度和实时性要求不高的温湿度测量场合。

本文将以DFRobot开源硬件平台的DHT11模块和DFRduino开发板来演示，讲解DHT11的驱动和使用。

DHT11电气参数

电源电压：3~5.5V（典型值：5V）；

温度量程：0~50℃，误差 ±2℃；

湿度量程：20~90%RH，误差 ±5%RH；

采样周期：大于等于1秒/次。

DHT11硬件原理图

数据总线DATA使用上拉电阻拉高，因此总线空闲时为高电平。上拉电阻阻值推荐范围：4.7K~5.1K。

必要时在VDD和GND之间并一个100nF的去耦电容。

DHT11的工作原理

DHT11使用单一总线通信，即DATA引脚和单片机连接的线。总线总是处于空闲状态和通信状态这个2个状态之间。

当单片机没有与DHT11交互时，总线处于空闲状态，在上拉电阻的作用下，处于高电平状态。

当单片机和DHT11正在通信时，总线处于通信状态，一次完整的通信过程如下：

①单片机将驱动总线的IO配置为输出模式。准备向DHT11发送数据。

②单片机将总线拉低至少18ms，以此来发送起始信号。再将总线拉高并延时20~40us，以此来代表起始信号结束。

③单片机将驱动总线的IO配置为输入模式，准备接收DHT11回传的数据。

④当DHT11检测倒单片机发送的起始信号后，就开始应答，回传采集到的传感器数据。DHT11先将总线拉低80us作为对单片机的应答（ACK），然后接着将总线拉高80us，准备回传采集到的温湿度数据。温湿度数据以固定的帧格式发送，具体格式如下图：

可以发现一帧为40个bit，而每一个bit的传输时序逻辑为：每一个bit都以50us的低电平（DHT11将总线拉低）为先导，然后紧接着DHT11拉高总线，如果这个高电平持续时间为26~28us，则代表逻辑0，如果持续70us则代表逻辑1。

⑤当一帧数据传输完成后，DHT11释放总线，总线在上拉电阻的作用下再次恢复到高电平状态。

注意事项：

1、DHT11上电后，要等待 1秒以越过不稳定状态，在此期间不能发送任何指令。

2、DHT11属于低速传感器，两次通信请求之间的间隔时间不能太短，一般来说要不能低于1秒。

3、当前DHT11通信帧的小数部分默认都是0，厂商预留给以后实现。所以一般只读取整数值部分即可。校验和定义为：前4个Byte的总和的低8位。

Ardunio驱动代码

在DFRobot官网可以找到DHT11模块驱动库，但出于学习和讲解的目的，下面给出了我自己的驱动实现源代码。使用C语言编写，并在Arduino上测试。

//file:dht11.h
//author:lulipro
//date:2019-5-5


#ifndef DHT11_H__
#define DHT11_H__

#include <stdint.h>

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif


#define DHT11_OK         (0)     //读取成功
#define DHT11_TIMEOUT    (-1)    //DHT11响应超时
#define DHT11_CHECKERROR (-2)    //数据帧校验错误

void DHT11_init(uint8_t pin);
int  DHT11_read(uint8_t* temperature,uint8_t* humidity );


#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

//file:dht11.c
//author:lulipro
//date:2019-5-5



#include "dht11.h"


#include <Arduino.h>                  //for pinMode(),delay() 等
#include <string.h>                   //for memset()

static uint8_t DHT11_dataPin_;       //驱动DHT11的数据线引脚
static uint8_t DHT11_recvData_[5];   //存放 从DHT11读取的数据的缓冲数组，40个bit

/**********************
*作用：初始化
*参数：pin，Arduino驱动DHT11的总线使用的IO引脚
*返回：无
**********************/
void DHT11_init(uint8_t pin)
{
  DHT11_dataPin_ = pin;
  //delay(1000);    
}

/*********************
*作用：读取一次DHT11的传感器数据
*参数：temperature，指向存放温度数据的指针；humidity，指向存放湿度数据的指针
*返回：函数的执行状态：DHT11_OK，DHT11_TIMEOUT,DHT11_CHECKEROR
*********************/
int DHT11_read(uint8_t* temperature,uint8_t* humidity )
{
    uint8_t time_cnt;
    uint8_t i;
    uint8_t bit_position;
    memset(DHT11_recvData_,0,5);                     //缓冲数组内容清0

    /*--------------主机发送起始信号----------------*/
    pinMode(DHT11_dataPin_,OUTPUT);
    digitalWrite(DHT11_dataPin_, LOW);   // 主机将总线拉低（时间>=18ms），使得DHT11能够接收到起始信号。
    delay(20);                           //至少 18 ms
    digitalWrite(DHT11_dataPin_, HIGH);  // 主机将总线拉高，代表起始信号结束。
    delayMicroseconds(40);               //延时20~40us
   

   /*--------------引脚配置为输入模式，准备接收传感器回传的数据-------------------*/
   pinMode(DHT11_dataPin_,INPUT);  //配置为输入模式
   //DHT11将总线拉低至少80us，作为DHT11的响应信号（ACK）。   
   time_cnt=0;
   while(LOW == digitalRead(DHT11_dataPin_))
   {
      delayMicroseconds(5);  
      ++time_cnt;
      if(time_cnt > 16) return DHT11_TIMEOUT;    
   }
    //DHT11将总线拉高至少80us，为发送传感器数据做准备。
   time_cnt=0;
   while(HIGH == digitalRead(DHT11_dataPin_))
   {
      delayMicroseconds(5);  
      ++time_cnt;
      if(time_cnt > 16) return DHT11_TIMEOUT;    
   }


   /*-------------------DHT11数据帧的接收和解析------------------*/
    for( i=0 ; i < 40 ; ++i )
    {
        time_cnt = 0;
        while( LOW == digitalRead(DHT11_dataPin_) )   //拉低50us作为bit信号的起始标志
        {
            time_cnt++;
            delayMicroseconds(5);
            if(time_cnt>10) return DHT11_TIMEOUT;
        }
        time_cnt = 0;
        while(  HIGH == digitalRead(DHT11_dataPin_) )   //拉高。持续26~28us表示bit0，持续70us表示bit1
        {
            time_cnt++;
            delayMicroseconds(5);
            if(time_cnt>14) return DHT11_TIMEOUT;
        }
        if(time_cnt>6){    //说明是bit1
            bit_position = 7 - i%8;
            DHT11_recvData_[i/8] |= (uint8_t)(1<<bit_position);
        }
      
    }

   //------------检验和的比对-------------
   i = (uint8_t)(DHT11_recvData_[0] + DHT11_recvData_[1] + DHT11_recvData_[2] + DHT11_recvData_[3])  ;
   if(i != DHT11_recvData_[4] ) return DHT11_CHECKERROR;

    
   *humidity    = DHT11_recvData_[0];  //回传湿度数据
   *temperature = DHT11_recvData_[2];  //回传温度数据
    
   return DHT11_OK;
}

实验例子

硬件连接

Arduino 5V --- DHT11 VDD

Arduino pin5 --- DHT11 DATA

Arduino GND --- DHT11 GND

主程序

#include "dht11.h"
#include <stdint.h>


uint8_t temperature ,humidity ;  //保存温度和湿度的全局变量

void setup (void)
{
  Serial.begin (115200);  //波特率115200
  DHT11_init(5);           //使用Arduino的pin 5驱动DHT11
  delay(1000);
}

void loop(void)
{
   
   switch (DHT11_read(&temperature,&humidity))
   {
    case DHT11_OK: 
        Serial.print("Temperature:");
        Serial.print(temperature,DEC);
        Serial.print("°C");
        Serial.print("  Humidity:");
        Serial.print(humidity,DEC);
        Serial.println("%RH");
        break;
    case DHT11_TIMEOUT: 
        Serial.println("time out");  break;
    case DHT11_CHECKERROR: 
         Serial.println("check error"); break;
    default: 
        Serial.println("unknown error");  break;
  }

  delay(2000);
  
}

本文参考资料

DHT11官方手册：http://www.dfrobot.com.cn/image/data/DFR0067/DFR0067_DS_10.pdf

DFRobot DHT11模块：http://www.dfrobot.com.cn/goods-109.html

DFRobot DHT11使用教程：http://wiki.dfrobot.com.cn/index.php/(SKU:DFR0067)DHT11%E6%95%B0%E5%AD%97%E6%B8%A9%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8_V2