DHT11模块简介
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); }
Arduino社区贡献的DHT11库
在DFRobot DHT11使用教程页面的【样例代码】一节找到【下载样例程序和库文件】，点击即可下载Arduino社区开发的DHT11驱动库。
下载后完成后，解压出来。在Arduino安装目录下的【librraies】目录下新建文件夹【dht11】，并将解压出来的dht11.cpp和dht11.h复制到新建的【dht11】文件夹下，即可完成库的安装。
安装到Arduino的【librraies】目录下的库使用#include <xxx>的方式来包含其头文件。例如下面的测试代码：
// // FILE: dht11_test1.pde // PURPOSE: DHT11 library test sketch for Arduino // #include <dht11.h> //包含驱动库的头文件 dht11 DHT; //创建一个dht11模块对象 #define DHT11_PIN 4 void setup(){ Serial.begin(9600); Serial.println("DHT TEST PROGRAM "); Serial.print("LIBRARY VERSION: "); Serial.println(DHT11LIB_VERSION); Serial.println(); Serial.println("Type, status, Humidity (%), Temperature (C)"); } void loop(){ int chk; Serial.print("DHT11, "); chk = DHT.read(DHT11_PIN); // READ DATA switch (chk){ case DHTLIB_OK: Serial.print("OK, "); break; case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM: Serial.print("Checksum error, "); break; case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT: Serial.print("Time out error, "); break; default: Serial.print("Unknown error, "); break; } // DISPLAT DATA Serial.print(DHT.humidity,1); Serial.print(", "); Serial.println(DHT.temperature,1); delay(2000); }