stm32实现dht11温湿度采集串口显示(标准库与hal库实现)

<think>我们正在设计一个基于STM32和DHT11的温湿度测量系统，需要实现数据读取、串口显示以及超限报警功能。根据用户需求，我们可以将系统设计分为以下几个部分：1.硬件连接：DHT11传感器与STM32的连接，以及报警装置（如LED或蜂鸣器）的连接。2.软件设计：包括DHT11的驱动、串口通信、报警逻辑等。参考引用内容： [^1]提到STM32单片机具有多种通信和外设接口，便于实现复杂功能，并提供了丰富的软件和硬件工具（如HAL库、CubeMX）来帮助开发。[^2]提到使用鸿蒙LiteOS操作系统，但我们这里可以先使用裸机程序实现，因为需求相对简单。 [^3]提供了元器件清单，但其中包含的是STC89C52，而我们需要的是STM32，因此我们主要参考前两个引用。步骤：1.硬件连接：DHT11传感器有4个引脚（VCC,GND, DATA），通常DATA引脚需要接一个上拉电阻（例如4.7K或10K）然后连接到STM32的GPIO口。报警功能可以使用LED（温湿度超限时点亮）或蜂鸣器。2.软件设计：-初始化相关外设：GPIO（用于DHT11和报警装置）、串口（用于打印数据）。-编写DHT11的驱动：包括启动信号、读取数据、校验等。-读取温湿度数据，通过串口发送到PC显示（例如使用串口助手）。-判断温湿度是否超过设定阈值，如果超过则触发报警（控制LED或蜂鸣器）。具体实现：一、DHT11驱动DHT11采用单总线协议，通信过程如下：1. MCU发送起始信号：拉低数据线至少18ms，然后拉高20-40us（等待DHT11响应）。2. DHT11响应：拉低80us，然后拉高80us，之后开始发送数据。3.数据格式：40位数据，包括：8位湿度整数、8位湿度小数、8位温度整数、8位温度小数、8位校验和。4.每一位数据都以50us低电平开始，高电平的持续时间决定数据位是0（26-28us）还是1（70us）。二、串口配置使用STM32的USART，配置为9600波特率（常用），通过串口将温湿度数据发送到PC。三、报警功能设定温湿度阈值，例如温度上限35℃，湿度上限80%。当读取到的数据超过阈值时，控制GPIO输出高电平（或低电平，根据电路设计）驱动报警装置。我们使用STM32的HAL库和CubeMX来配置工程，这样可以简化开发。具体代码结构：1.初始化：-使用CubeMX配置一个GPIO（输出模式）用于DHT11的起始信号和数据读取（注意：读取时需切换为输入模式）。-配置一个USART（如USART1）用于串口通信。-配置一个GPIO用于报警（如LED或蜂鸣器）。2.主循环：-每隔2秒读取一次DHT11（DHT11每次采集数据后需要一段时间才能进行下一次，建议间隔不小于1秒）。-读取成功后，通过串口打印温湿度数据。-判断是否超限，超限则触发报警。代码示例（基于HAL库）：注意：由于DHT11的时序要求严格，在读取数据时可能需要关闭中断或使用延时函数（微秒级）。以下是DHT11读取函数的伪代码（实际实现需要根据时序调整延时）：</think>### 基于STM32和DHT11的温湿度测量系统设计 #### 一、系统架构 ```mermaid graph TD A[STM32主控] --> B[DHT11传感器] A --> C[串口通信] A --> D[报警模块] C --> E[PC串口助手] D --> F[LED/蜂鸣器] ``` #### 二、硬件连接设计 1. **DHT11连接**（单总线协议）： - `VCC` → 3.3V - `GND` → GND - `DATA` → PA0（需接4.7K上拉电阻） 2. **串口通信**： - USART1_TX(PA9) → USB-TTL模块RX - USART1_RX(PA10) → USB-TTL模块TX 3. **报警模块**： - LED1（超温）→ PB0 - LED2（超湿）→ PB1 - 蜂鸣器 → PB5（通过三极管驱动） #### 三、软件实现（基于HAL库） ##### 1. DHT11驱动核心代码 ```c // 启动信号 void DHT11_Start(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_Init = {0}; GPIO_Init.Pin = DHT11_PIN; GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; HAL_GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_Init); HAL_GPIO_WritePin(DHT11_PORT, DHT11_PIN, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(18); // 保持低电平≥18ms HAL_GPIO_WritePin(DHT11_PORT, DHT11_PIN, GPIO_PIN_SET); delay_us(30); // 等待20-40μs // 切换输入模式等待响应 GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_INPUT; HAL_GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_Init); } // 读取单字节 uint8_t DHT11_ReadByte(void) { uint8_t data = 0; for(int i=0; i<8; i++) { while(!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); // 等待50μs低电平 delay_us(40); data <<= 1; if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)) data |= 1; while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); // 等待高电平结束 } return data; } ``` ##### 2. 主程序逻辑 ```c int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); UART_Init(); // 初始化串口115200bps DHT11_Init(); float temp_th = 30.0; // 温度阈值 float humi_th = 80.0; // 湿度阈值 while(1) { uint8_t data[5]; if(DHT11_ReadData(data) == DHT11_OK) { float humi = data[0] + data[1]*0.1; // 湿度计算 float temp = data[2] + data[3]*0.1; // 温度计算 // 串口输出 printf("温度:%.1f℃ 湿度:%.1f%%\r\n", temp, humi); // 超限报警 if(temp > temp_th) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 红灯亮 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器响 } else if(humi > humi_th) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET); // 黄灯亮 } else { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); } } HAL_Delay(2000); // 每2秒采集一次 } } ``` #### 四、关键注意事项 1. **时序精度**：DHT11对时序要求严格（μs级），需使用精准延时函数 2. **电源滤波**：DHT11的VCC引脚建议并联100nF电容 3. **抗干扰设计**： - 数据线长度<20米 - 避免高频干扰源 4. **校验机制**：验证校验和 `data[4] == (data[0]+data[1]+data[2]+data[3])` #### 五、性能优化建议 1. 使用DMA+串口空闲中断提高通信效率 2. 添加软件滤波算法（如滑动平均滤波） 3. 实现阈值可配置（通过串口命令修改） 4. 增加数据存储功能（外接EEPROM） > 设计优势：STM32的GPIO翻转速度可达50MHz，完全满足DHT11的μs级时序要求[^1]。单总线协议节省IO资源，适合多传感器扩展[^2]。

### STM32与DHT11温湿度传感器结合LED显示屏的代码示例 #### 硬件配置说明 STM32F103R6作为核心控制器，负责协调各个模块的工作。DHT11用于获取环境中的温度和湿度数据；LCD1602或类似的字符型显示器用来展示这些数据；而LED则被用作状态指示灯。 #### 初始化部分 为了使能外设并初始化GPIO端口以及串行通信接口，在程序启动之初需执行必要的初始化操作： ```c #include "stm32f1xx_hal.h" #include "dht11.h" // 定义使用的引脚 #define DHT11_PIN GPIO_PIN_0 #define DHT11_PORT GPIOA UART_HandleTypeDef huart1; DHT11_HandleTypeDef hdht; void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_USART1_UART_Init(void); int main(void){ HAL_Init(); SystemClock_Config(); // 初始化GPIO、USART和其他外设 MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); // 配置DHT11 hdht.Instance = DHT11_PIN; hdht.GPIOx = DHT11_PORT; if(DHT11_Init(&hdht)!=HAL_OK){ Error_Handler(); } while (1){ float temperature, humidity; if(HAL_OK == DHT11_ReadTemperatureHumidity(&hdht,&temperature,&humidity)){ char buffer[50]; sprintf(buffer,"Temp:%.1f C\r\n",temperature); HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)buffer,strlen(buffer),HAL_MAX_DELAY); sprintf(buffer,"Humi:%.1f %%\r\n",humidity); HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)buffer,strlen(buffer),HAL_MAX_DELAY); DisplayOnLCD(temperature,humidity); // 自定义函数来更新LCD上的信息 ToggleLED(); // 切换LED的状态以表示正常运行 } HAL_Delay(2000); // 延迟两秒再重复读取过程 } } ``` 上述代码片段展示了如何通过`DHT11_Init()`方法对DHT11进行初始化，并利用`DHT11_ReadTemperatureHumidity()`从设备中提取当前的温度和相对湿度值[^1]。接着将获得的数据转换成字符串形式并通过串行端口发送出去以便调试查看。最后调用了两个假设存在的辅助函数：一个是向LCD屏幕上传递最新测得的信息(`DisplayOnLCD`)，另一个则是控制外部连接的一个简单LED闪烁模式(`ToggleLED`)。 对于实际应用来说，还需要编写具体的驱动逻辑去操控所选用的具体型号的LCD屏（比如这里提到的是基于HD44780芯片组的16×2 LCD），这部分通常涉及到设置RS/D4-D7等针脚电平变化序列从而实现命令/数据输入目的。同样地，针对不同类型的LED也需要适当调整其对应的IO管脚高低电平切换策略。