简易环境温湿度测量仪设计

蔡明　邓萍　唐军

本文利用温湿度传感器DHT11和STM32单片机设计了一个简易简易环境温湿度测量系统，并利用PC机上的串口调试助手软件对采集到的数据进行了显示。

1引言

在日常办公教学中，大部分的活动都在室内完成，在夏天温度较高的时候，需要对室内开空调进行降温处理，以保证教学活动的顺利进行，故室内环境温度、湿度是一个重要的参数，对于我校教室空调的使用，起到了决策依据的作用。因此，快速、准确地测量出环境温湿度，具有重要意义。

本文利用温湿度传感器DHT11和STM32单片机进行温湿度数据采集设计，并从节约成本的角度出发，考虑实际使用的便利，利用PC机上的串口调试助手完成数据显示。

2硬件设计

系统利用DHT11完成温湿度基础数据采集，采集到的数据通过单总线传送到STM32单片机上，再利用STM32的USART0与PC进行通信，将数据通过PC上的串口调试助手显示出来。

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度20～90%RH，温度0～50℃，其接口为4引脚封装，1脚VDD供电，2脚为单总线的DATA串行数据引脚，在本设计中，DATA引脚接STM32的PE0进行数据通信，3脚为NC空脚，4脚为电源地。

STM32单片机是ST公司生产的Cortex-M3内核ARM单片机，多应用在高性能、低成本、低功耗的嵌入式设计中，本设计采用的型号为STM32F103VET6，经过PLL的9倍频，可以运行在72MHz的时钟频率上。

由于STM32的USART0通信引脚（PA9和PA10）无法直接和PC进行通信，因此在STM32和PC之间还需要一个串口转换芯片进行数据转换。

3软件设计

在软件设计中，重点是设计DHT11的驱动，如前所述，DHT11是单总线器件，通过DATA与STM32进行通信，每次只能传送1bit数据，而依据DHT11数据手册，一次完整的通信包括40bit，即5byte数据。40bit数据在传输时，先传输高位信号，再传低位信号，当40bit传送完成，在STM32内存变量中，将用5个byte变量存放其数据，我们设计了一个数组bufer[5]来存储。当一次正确的数据传输完成后，bufer[0]存储的数据为湿度的整数部分，bufer[1]存储的数据为湿度的小数部分；bufer[2]存储的数据为温度的整数部分，bufer[3]存储的数据为温度的整数部分。定义的5个字节数组还剩下了一个bufer[4]，为校验字节，用于指示传送数据是否正确，其判定根据为：如果bufer[4]=buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3]，那么整个流程传送过程正确，否则错误。

由于DHT11单总线传输数据，因此，除了设计接收好字节数据的处理之外，更重要的是依据其时序图，设计基本的字节传送驱动函数。

在传输过程中，首先由STM32发起开始信号，开始信号发送完成后，STM32延时等待20us～40us，再读取DH11T的DATA单总线的回应信号，如果读取的值为0，即说明DHT11发送了回应信号，否则就判定没有接收到DHT11的响应信号，需重由STM32重新对DHT11发送开始信号。下面就传送过程中的起始信号、响应信号、位“0”，位“1”进行阐述。

3.1起始信号、响应信号

结合STM32程序设计来讲起始信号的过程，首先将STM32对应的端口配置为推挽输出模式，然后将DATA端口置0，即PE0输出0，输出0的时间至少要为18ms以上，程序中设计选择为20ms；延时20ms时间到了之后，将数据端口DATA置1，再延时30us，至此由STM32发出的起始信号完成，系统进去等待DHT11响应阶段。

在響应过程阶段，STM32首先应该将DATA端口PE0的端口方向改为浮空输入，然后再去读取端口PE0的值。DHT11正常响应会将DATA端口数据先拉低40～80us，然后再拉高40～80us，设计STM32程序，如果检测上上述过程，则认为响应信号正常，进入信号传输阶段，否则就认为无响应，返回响应失败标志。

当由STM32发出的起始信号得到DHT11正确的响应信号后，系统即进入读取数据阶段。在此阶段主要是由DHT11发出的高电平脉冲时间来判定就是总线传输数据是0还是1，如图5所示，如果传送的是0，那么其高电平时间将在其高电平时间将在28us以下，如果传送的是1，那么其高电平时间在70us左右。因此，在程序设计中，当检测到DATA信号为1开始计时，40us延时以后，再去读取DATA的值，如果此时读取的值为0，那么说明传送的值为0，否则为1。

这样的操作将会连续进行40次，将其存储到bufer寄存器里边，当40次完成后，即可利用前述字节出来方法进行数据处理，得到温度与湿度。

由于系统的设计目的是采集温湿度信息，为空调开启提供依据，因此，并不需要很高的精度，从化简程序出发，我们只保留了温湿度的整数信息，即buffer[0]表示湿度，buffer[1]表示温度。

采集到的信号通过STM32的USART1发送给PC机，USART1配置成波特率为9600，数据长8bit，停止位为1bit，无校验位的格式。

4系统调试

系统设计完成后，我们利用单片机小系统板、DHT11传感器模块和PC进行了调试，实验证明，可以在PC机上正确显示出数据。

5结语

本文利用温湿度传感器DHT11，STM32小系统板实现了温湿度数据的测量，并利用PC串口助手进行的温湿度信息显示，经过测试，达到了设计要求。

参考文献：

[1]王志宏，白翠珍.基于DHT11的实验室多点温湿度报警系统设计[J].山西电子技术，2011（04）.

[2]张卫星，张桂香，谭成午.基于STM32的环境多点监测系统设计[J].计算机测量与控制，2014（10）.

作者简介：

蔡明（1977—），男，汉族，宜宾，宜宾市骨干教师，中教一级，长期从事中学教学与管理工作，参与多项教学改革课题。