概述

本篇介紹如何驅動DH11濕度傳感器同時實現當前串口數據打印。
DHT11 數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是芯片型號R7FA2E1A72DFL的開發板：

視頻教程

https://www.bilibili.com/video/BV1e94y1C7YV/

產品參數

溫度測測量范圍為-20-60℃，濕度的策略范圍為5-95%RH。

電路設置

1.典型應用電路中建議連接線長度短于 5m 時用 4.7K 上拉電阻，大于 5m 時根據實際情況降低上拉電
阻的阻值。
2. 使用 3.3V 電壓供電時連接線盡量短，接線過長會導致傳感器供電不足，造成測量偏差。
3. 每次讀出的溫濕度數值是上一次測量的結果，欲獲取實時數據,需連續讀取 2 次，但不建議連續多次
讀取傳感器，每次讀取傳感器間隔大于 2 秒即可獲得準確的數據。
4. 電源部分如有波動，會影響到溫度。如使用開關電源紋波過大，溫度會出現跳動。

數據格式

DHT11 器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數據線，系統中的數據交換、控制均由單總線完成。設備（主機或從機）通過一個漏枀開路或三態端口連至該數據線，以允許設備在不發送數據時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線；單總線通常要求外接一個約 4.7kΩ 的上拉電阻，這樣，當總線閑置時，其狀態為高電平。由于它們是主從結極，只有主機呼叫從機時，從機才能應答，因此主機訪問器件都必須嚴格遵循單總線序列，如果出現序列混亂，器件將不響應主機。
DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步,采用單總線數據格式，一次傳送 40 位數據，高位先出。
數據格式:
8bit 濕度整數數據 + 8bit 濕度小數數據 + 8bit 溫度整數數據 + 8bit 溫度小數數據 + 8bit 校驗位。
注：其中濕度小數部分為 0。

數據讀取步驟

步驟一:
DHT11 上電后（DHT11 上電后要等待 1S 以越過不穩定狀態在此期間不能發送任何指令），測試環境
溫濕度數據，并記錄數據，同時 DHT11 的 DATA 數據線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時 DHT11 的DATA 引腳處于輸入狀態，時刻檢測外部信號。
步驟二:
微處理器的 I/O 設置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 18ms（最大不得超過30ms），
然后微處理器的 I/O 設置為輸入狀態，由于上拉電阻，微處理器的 I/O 即 DHT11 的 DATA 數據線也隨之變高，等待 DHT11 作出回答信號，發送信號如圖所示：

步驟三:
DHT11 的 DATA 引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后 DHT11 的 DATA引腳處于輸出狀態，輸出 83 微秒的低電平作為應答信號，緊接著輸出 87 微秒的高電平通知外設準備接收數據，微處理器的 I/O 此時處于輸入狀態，檢測到 I/O 有低電平（DHT11 回應信號）后，等待 87 微秒的高電平后的數據接收，發送信號如圖所示：

由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數據，微處理器根據 I/O 電平的變化接收 40 位數據，位數據“0”的格式為： 54 微秒的低電平和 23-27 微秒的高電平，位數據“1”的格式為： 54 微秒的低電平加 68-74微秒的高電平。位數據“0”、“1”格式信號如圖所示：

整理后數據如下所示。

GPIO設置

DHT11溫濕度模塊如下所示。

對應的數據口如下所示，為P301。

由于需要去配置

上述中，可以添加延時1s在讓程序跑起來，使得溫濕度傳感器穩定。

/**********************DHT11初始化***************************************/    
    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    R_BSP_SoftwareDelay(1000U, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);

可以通過R_IOPORT_PinCfg ()進行IO修改。

例如設置為輸入狀態。

//DATA設為輸入狀態
    R_IOPORT_PinCfg(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_03_PIN_01,((uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_INPUT));

讀取溫濕度數據

由于使用的是內部晶振，故精確度肯定是不如外部晶振的，對應的時間需要稍作修改。
起始信號如下圖所示。

相應信號如下圖所示。

若數據無法正常讀取出來，可以適當修改如下的us延時。

注意在主程序中引入對應的頭文件。

#include "dht11.h"

溫濕度變量需要在主程序中進行定義。

//溫濕度變量定義
uint8_t humdity_integer;//濕度整數
uint8_t humdity_decimal;//濕度小數
uint8_t temp_integer ;//溫度整數
uint8_t temp_decimal ;//溫度小數
uint8_t dht11_check ;//校驗值

在主程序中每5S讀一次數據。

if(rtc_second%5==0)//5S讀一次
               {
                   DHT11_Read();
                   printf("hum=%d temp=%dn",humdity_integer,temp_integer);

               }

dht11.c

/*
 * dht11.c
 *
 *  Created on: 2023年6月29日
 *      Author: a8456
 */
#include "dht11.h"




extern fsp_err_t err ;



uint8_t DHT11_ReadByte(void)
{
    bsp_io_level_t state;
    uint8_t ans=0,ind;
    for (ind=0;ind< 8;ind++)
    {
        ans< <=1;
        do
        {
            R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
        }while(state==BSP_IO_LEVEL_LOW);//直至識別低電平，開始接受數據
        R_BSP_SoftwareDelay(30, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS); //延時54us
        R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
        if (state==BSP_IO_LEVEL_HIGH)
            ans |= 1;
        do{
            R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
        }while(state==BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    }
    return ans;
}


extern uint8_t humdity_integer;//濕度整數
extern uint8_t humdity_decimal;//濕度小數
extern uint8_t temp_integer ;//溫度整數
extern uint8_t temp_decimal ;//溫度小數
extern uint8_t dht11_check ;//校驗值
uint8_t DHT11_Read(void)
{
    uint8_t dht11_check=0;
    bsp_io_level_t state;
    uint16_t delay_dht=0xffff;

    //DHT啟動時序DATA設為輸出狀態
    R_IOPORT_PinCfg(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_03_PIN_01,((uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_OUTPUT | (uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_OUTPUT_HIGH));
    //發送18ms低電平
    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_LOW);
    R_BSP_SoftwareDelay(18, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); //延時20ms
    //在輸出20-40us高電平
    R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
//    R_BSP_SoftwareDelay(30, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS); //延時30us
    //DATA設為輸入狀態
    R_IOPORT_PinCfg(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_03_PIN_01,((uint32_t) IOPORT_CFG_PORT_DIRECTION_INPUT));
    //等待DATA響應低電平,后變為高電平
    do{
        delay_dht--;
        if (!delay_dht)
            return 0;
        R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
    }while(state==BSP_IO_LEVEL_HIGH);
    do{
        delay_dht--;
        if (!delay_dht)
            return 0;
        R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
    }while(state==BSP_IO_LEVEL_LOW);
    do{
        delay_dht--;
        if (!delay_dht)
            return 0;
        R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, &state);
    }while(state==BSP_IO_LEVEL_HIGH);

    humdity_integer = DHT11_ReadByte();
    humdity_decimal = DHT11_ReadByte();
    temp_integer = DHT11_ReadByte();
    temp_decimal = DHT11_ReadByte();
    dht11_check = DHT11_ReadByte();
    if (((humdity_integer+humdity_decimal+temp_integer+temp_decimal)&0xff)==dht11_check)
        return 1;
    else
        return 0;
}

dht11.h

/*
 * DHT11.h
 *
 *  Created on: 2023年6月29日
 *      Author: a8456
 */

#ifndef DHT11_H_
#define DHT11_H_

#include "hal_data.h"


uint8_t DHT11_ReadByte(void);
uint8_t DHT11_Read(void);



#endif /* DHT11_H_ */

主程序

#include "hal_data.h"
#include < stdio.h >
#include "smg.h"
#include "timer_smg.h"
#include "flash_smg.h"
#include "dht11.h"
FSP_CPP_HEADER
void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);
FSP_CPP_FOOTER

//溫濕度變量定義
uint8_t humdity_integer;//濕度整數
uint8_t humdity_decimal;//濕度小數
uint8_t temp_integer ;//溫度整數
uint8_t temp_decimal ;//溫度小數
uint8_t dht11_check ;//校驗值

//數碼管變量
uint8_t num1=1,num2=4,num3=6,num4=8;//4個數碼管顯示的數值
uint8_t num_flag=0;//4個數碼管和冒號輪流顯示，一輪刷新五次


//RTC變量
/* rtc_time_t is an alias for the C Standard time.h struct 'tm' */
rtc_time_t set_time =
{
    .tm_sec  = 50,      /* 秒，范圍從 0 到 59 */
    .tm_min  = 59,      /* 分，范圍從 0 到 59 */
    .tm_hour = 23,      /* 小時，范圍從 0 到 23*/
    .tm_mday = 29,       /* 一月中的第幾天，范圍從 0 到 30*/
    .tm_mon  = 11,      /* 月份，范圍從 0 到 11*/
    .tm_year = 123,     /* 自 1900 起的年數，2023為123*/
    .tm_wday = 6,       /* 一周中的第幾天，范圍從 0 到 6*/
//    .tm_yday=0,         /* 一年中的第幾天，范圍從 0 到 365*/
//    .tm_isdst=0;        /* 夏令時*/
};


//RTC鬧鐘變量
rtc_alarm_time_t set_alarm_time=
{
     .time.tm_sec  = 58,      /* 秒，范圍從 0 到 59 */
     .time.tm_min  = 59,      /* 分，范圍從 0 到 59 */
     .time.tm_hour = 23,      /* 小時，范圍從 0 到 23*/
     .time.tm_mday = 29,       /* 一月中的第幾天，范圍從 1 到 31*/
     .time.tm_mon  = 11,      /* 月份，范圍從 0 到 11*/
     .time.tm_year = 123,     /* 自 1900 起的年數，2023為123*/
     .time.tm_wday = 6,       /* 一周中的第幾天，范圍從 0 到 6*/

     .sec_match        =  1,//每次秒到達設置的進行報警
     .min_match        =  0,
     .hour_match       =  0,
     .mday_match       =  0,
     .mon_match        =  0,
     .year_match       =  0,
     .dayofweek_match  =  0,
    };

bsp_io_level_t sw1;//按鍵SW1狀態
bsp_io_level_t sw2;//按鍵SW2狀態
bsp_io_level_t sw3;//按鍵SW3狀態
bsp_io_level_t sw4;//按鍵SW4狀態
bsp_io_level_t qe_sw;//觸摸電容狀態

int sw1_num1=0;//按鍵SW1計數值，去抖和長按短按判斷
int sw2_num1=0;//按鍵SW2計數值，去抖和長按短按判斷
int sw3_num1=0;//按鍵SW3計數值，去抖和長按短按判斷
int sw4_num1=0;//按鍵SW4計數值，去抖和長按短按判斷
int qe_sw_num1=0;//觸摸按鍵計數值，去抖和長按短按判斷
void qe_touch_sw(void);

//數碼管顯示狀態，0正常顯示，1修改小時，2修改分鐘，3保存修改數據，4溫度，5濕度
int smg_mode=0;
int sec=0,min=0,hour=0;//保存時間數據
uint16_t time_mode_num=0;//定時器刷新時間，實現閃爍效果

volatile uint8_t g_src_uint8[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};//時間保存在該數組里面
volatile uint8_t  g_src_uint8_length=4;
uint8_t flash_flag=0;//保存時間數據，一半在每過一分鐘或者按鍵修改時間


//RTC回調函數
volatile bool rtc_flag = 0;//RTC延時1s標志位
volatile bool rtc_alarm_flag = 0;//RTC鬧鐘
/* Callback function */
void rtc_callback(rtc_callback_args_t *p_args)
{
    /* TODO: add your own code here */
    if(p_args- >event == RTC_EVENT_PERIODIC_IRQ)
        rtc_flag=1;
    else if(p_args- >event == RTC_EVENT_ALARM_IRQ)
        rtc_alarm_flag=1;
}


fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
    if(p_args- >event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
    {
        uart_send_complete_flag = true;
    }
}

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
    #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
        err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
        if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
        while(uart_send_complete_flag == false){}
        uart_send_complete_flag = false;
        return ch;
}

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    for(int i=0;i< size;i++)
    {
        __io_putchar(*pBuffer++);
    }
    return size;
}





/*******************************************************************************************************************//**
 * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used.  This function
 * is called by main() when no RTOS is used.
 **********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */
    /**********************DHT11初始化***************************************/
        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
        R_BSP_SoftwareDelay(1000U, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);

    /* Open the transfer instance with initial configuration. */
       err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
       assert(FSP_SUCCESS == err);
/**********************數碼管測試***************************************/
//              ceshi_smg();
/**********************定時器開啟***************************************/
    /* Initializes the module. */
    err = R_GPT_Open(&g_timer0_ctrl, &g_timer0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);
    /* Start the timer. */
    (void) R_GPT_Start(&g_timer0_ctrl);

/**********************data flash***************************************/
    flash_result_t blank_check_result;
    /* Open the flash lp instance. */
    err = R_FLASH_LP_Open(&g_flash0_ctrl, &g_flash0_cfg);
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    //       WriteFlashTest(4,g_src_uint8 ,FLASH_DF_BLOCK_0);

    PrintFlashTest(FLASH_DF_BLOCK_0);


    set_time.tm_sec=0;//時間數據 秒
    set_time.tm_min=min;//時間數據 分鐘
    hour=set_time.tm_hour=hour;//時間數據 小時



/**********************RTC開啟***************************************/
    /* Initialize the RTC module*/
    err = R_RTC_Open(&g_rtc0_ctrl, &g_rtc0_cfg);
    /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
    assert(FSP_SUCCESS == err);

    /* Set the RTC clock source. Can be skipped if "Set Source Clock in Open" property is enabled. */
    R_RTC_ClockSourceSet(&g_rtc0_ctrl);

/* R_RTC_CalendarTimeSet must be called at least once to start the RTC */
    R_RTC_CalendarTimeSet(&g_rtc0_ctrl, &set_time);
    /* Set the periodic interrupt rate to 1 second */
    R_RTC_PeriodicIrqRateSet(&g_rtc0_ctrl, RTC_PERIODIC_IRQ_SELECT_1_SECOND);

           R_RTC_CalendarAlarmSet(&g_rtc0_ctrl, &set_alarm_time);
           uint8_t rtc_second= 0;      //秒
           uint8_t rtc_minute =0;      //分
           uint8_t rtc_hour =0;         //時
           uint8_t rtc_day =0;          //日
           uint8_t rtc_month =0;      //月
           uint16_t rtc_year =0;        //年
           uint8_t rtc_week =0;        //周
           rtc_time_t get_time;


           sec=set_time.tm_sec;//時間數據 秒
            min=set_time.tm_min;//時間數據 分鐘
            hour=set_time.tm_hour;//時間數據 小時

       while(1)
       {
           if(flash_flag)//按鍵修改完畢數據后進行保存
           {
               g_src_uint8[0]=hour;
               g_src_uint8[1]=min;
               WriteFlashTest(4,g_src_uint8 ,FLASH_DF_BLOCK_0);
               flash_flag=0;
           }


           if(rtc_flag)
           {
               R_RTC_CalendarTimeGet(&g_rtc0_ctrl, &get_time);//獲取RTC計數時間
               rtc_flag=0;
               rtc_second=get_time.tm_sec;//秒
               rtc_minute=get_time.tm_min;//分
               rtc_hour=get_time.tm_hour;//時
               rtc_day=get_time.tm_mday;//日
               rtc_month=get_time.tm_mon;//月
               rtc_year=get_time.tm_year; //年
               rtc_week=get_time.tm_wday;//周
               printf(" %d y %d m %d d %d h %d m %d s %d wn",rtc_year+1900,rtc_month,rtc_day,rtc_hour,rtc_minute,rtc_second,rtc_week);

                //時間顯示
               num1=rtc_hour/10;
               num2=rtc_hour%10;

               num3=rtc_minute/10;
               num4=rtc_minute%10;
               if(rtc_second==0&&smg_mode==0)//這個時候刷新變量
               {
                   sec=rtc_second;//時間數據 秒
                   min=rtc_minute;//時間數據 分鐘
                   hour=rtc_hour;//時間數據 小時

                   g_src_uint8[0]=hour;
                   g_src_uint8[1]=min;
                   WriteFlashTest(4,g_src_uint8 ,FLASH_DF_BLOCK_0);


               }
               if(rtc_second%5==0)//5S讀一次
               {
                   DHT11_Read();
                   printf("hum=%d temp=%dn",humdity_integer,temp_integer);

               }

           }
           if(rtc_alarm_flag)
           {
               rtc_alarm_flag=0;
               printf("/************************Alarm Clock********************************/n");
           }
           set_smg_button();
           R_BSP_SoftwareDelay(10U, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
       }

#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

審核編輯：湯梓紅