簡易環境溫濕度測量儀設計

蔡明　鄧萍　唐軍

本文利用溫濕度傳感器DHT11和STM32單片機設計了一個簡易簡易環境溫濕度測量系統，并利用PC機上的串口調試助手軟件對采集到的數據進行了顯示。

1引言

在日常辦公教學中，大部分的活動都在室內完成，在夏天溫度較高的時候，需要對室內開空調進行降溫處理，以保證教學活動的順利進行，故室內環境溫度、濕度是一個重要的參數，對于我校教室空調的使用，起到了決策依據的作用。因此，快速、準確地測量出環境溫濕度，具有重要意義。

本文利用溫濕度傳感器DHT11和STM32單片機進行溫濕度數據采集設計，并從節約成本的角度出發，考慮實際使用的便利，利用PC機上的串口調試助手完成數據顯示。

2硬件設計

系統利用DHT11完成溫濕度基礎數據采集，采集到的數據通過單總線傳送到STM32單片機上，再利用STM32的USART0與PC進行通信，將數據通過PC上的串口調試助手顯示出來。

DHT11是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度20～90%RH，溫度0～50℃，其接口為4引腳封裝，1腳VDD供電，2腳為單總線的DATA串行數據引腳，在本設計中，DATA引腳接STM32的PE0進行數據通信，3腳為NC空腳，4腳為電源地。

STM32單片機是ST公司生產的Cortex-M3內核ARM單片機，多應用在高性能、低成本、低功耗的嵌入式設計中，本設計采用的型號為STM32F103VET6，經過PLL的9倍頻，可以運行在72MHz的時鐘頻率上。

由于STM32的USART0通信引腳（PA9和PA10）無法直接和PC進行通信，因此在STM32和PC之間還需要一個串口轉換芯片進行數據轉換。

3軟件設計

在軟件設計中，重點是設計DHT11的驅動，如前所述，DHT11是單總線器件，通過DATA與STM32進行通信，每次只能傳送1bit數據，而依據DHT11數據手冊，一次完整的通信包括40bit，即5byte數據。40bit數據在傳輸時，先傳輸高位信號，再傳低位信號，當40bit傳送完成，在STM32內存變量中，將用5個byte變量存放其數據，我們設計了一個數組bufer[5]來存儲。當一次正確的數據傳輸完成后，bufer[0]存儲的數據為濕度的整數部分，bufer[1]存儲的數據為濕度的小數部分；bufer[2]存儲的數據為溫度的整數部分，bufer[3]存儲的數據為溫度的整數部分。定義的5個字節數組還剩下了一個bufer[4]，為校驗字節，用于指示傳送數據是否正確，其判定根據為：如果bufer[4]=buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3]，那么整個流程傳送過程正確，否則錯誤。

由于DHT11單總線傳輸數據，因此，除了設計接收好字節數據的處理之外，更重要的是依據其時序圖，設計基本的字節傳送驅動函數。

在傳輸過程中，首先由STM32發起開始信號，開始信號發送完成后，STM32延時等待20us～40us，再讀取DH11T的DATA單總線的回應信號，如果讀取的值為0，即說明DHT11發送了回應信號，否則就判定沒有接收到DHT11的響應信號，需重由STM32重新對DHT11發送開始信號。下面就傳送過程中的起始信號、響應信號、位“0”，位“1”進行闡述。

3.1起始信號、響應信號

結合STM32程序設計來講起始信號的過程，首先將STM32對應的端口配置為推挽輸出模式，然后將DATA端口置0，即PE0輸出0，輸出0的時間至少要為18ms以上，程序中設計選擇為20ms；延時20ms時間到了之后，將數據端口DATA置1，再延時30us，至此由STM32發出的起始信號完成，系統進去等待DHT11響應階段。

在響應過程階段，STM32首先應該將DATA端口PE0的端口方向改為浮空輸入，然后再去讀取端口PE0的值。DHT11正常響應會將DATA端口數據先拉低40～80us，然后再拉高40～80us，設計STM32程序，如果檢測上上述過程，則認為響應信號正常，進入信號傳輸階段，否則就認為無響應，返回響應失敗標志。

當由STM32發出的起始信號得到DHT11正確的響應信號后，系統即進入讀取數據階段。在此階段主要是由DHT11發出的高電平脈沖時間來判定就是總線傳輸數據是0還是1，如圖5所示，如果傳送的是0，那么其高電平時間將在其高電平時間將在28us以下，如果傳送的是1，那么其高電平時間在70us左右。因此，在程序設計中，當檢測到DATA信號為1開始計時，40us延時以后，再去讀取DATA的值，如果此時讀取的值為0，那么說明傳送的值為0，否則為1。

這樣的操作將會連續進行40次，將其存儲到bufer寄存器里邊，當40次完成后，即可利用前述字節出來方法進行數據處理，得到溫度與濕度。

由于系統的設計目的是采集溫濕度信息，為空調開啟提供依據，因此，并不需要很高的精度，從化簡程序出發，我們只保留了溫濕度的整數信息，即buffer[0]表示濕度，buffer[1]表示溫度。

采集到的信號通過STM32的USART1發送給PC機，USART1配置成波特率為9600，數據長8bit，停止位為1bit，無校驗位的格式。

4系統調試

系統設計完成后，我們利用單片機小系統板、DHT11傳感器模塊和PC進行了調試，實驗證明，可以在PC機上正確顯示出數據。

5結語

本文利用溫濕度傳感器DHT11，STM32小系統板實現了溫濕度數據的測量，并利用PC串口助手進行的溫濕度信息顯示，經過測試，達到了設計要求。

參考文獻：

[1]王志宏，白翠珍.基于DHT11的實驗室多點溫濕度報警系統設計[J].山西電子技術，2011（04）.

[2]張衛星，張桂香，譚成午.基于STM32的環境多點監測系統設計[J].計算機測量與控制，2014（10）.

作者簡介：

蔡明（1977—），男，漢族，宜賓，宜賓市骨干教師，中教一級，長期從事中學教學與管理工作，參與多項教學改革課題。