将DHT11与PIC16F877A连接进行温度和湿度的测量

　　温度和湿度测量通常在家庭自动化、环境监测、气象站等许多应用中很有用。LM35旁边最常用的温度传感器是 DHT11，我们之前通过与Arduino和Raspberry连接构建了许多DHT11 项目Pi和许多其他开发板。在本文中，我们将学习如何将此DHT11 与 PIC16F87A连接，这是一个 8 位 PIC 微控制器。我们将使用这个微控制器通过 DHT11 读取温度和湿度的值并将其显示在液晶显示器上。

　　DHT11 – 规范和工作

　　DHT11 传感器以模块形式或传感器形式提供。在本教程中，我们使用的是传感器，两者之间的唯一区别在于，在模块形式中，传感器具有一个滤波电容和一个连接到传感器输出引脚的上拉电阻。因此，如果您正在使用该模块，则无需在外部添加它们。传感器形式的 DHT11 如下所示。

　　DHT11 传感器带有蓝色或白色外壳。 在这个外壳内，我们有两个重要的组件 可以帮助我们感知相对湿度和温度。 第一个组件是一对电极；这两个电极之间的电阻由保持水分的基板决定。所以测得的电阻与环境的相对湿度成反比。相对湿度越高，电阻值越低，反之亦然。另外，请注意相对湿度与实际湿度不同。相对湿度测量空气中相对于空气温度的水含量。

　　另一个组件是表面贴装的 NTC 热敏电阻。术语 NTC 代表负温度系数，随着温度的升高，电阻值将减小。传感器的输出经过工厂校准，因此作为程序员，我们不必担心校准传感器。1-Wire通信给出的传感器输出，我们看一下这个传感器的引脚和连接图。

　　该产品采用 4pin 单排封装。第 1 个引脚跨接 VDD，第 4 个引脚跨接 GND。第二个引脚是数据引脚，用于通信目的。该数据引脚需要一个 5k 的上拉电阻。但是，也可以使用其他上拉电阻，例如 4.7k 到 10k。第 3 个引脚没有连接任何东西。所以它被忽略了。

　　数据表提供了技术规格以及可以在下表中看到的接口信息 -

　　上表显示了温度和湿度的测量范围和精度。它可以测量 0-50 摄氏度的温度，精度为 +/- 2 摄氏度，测量相对湿度 20-90%RH，精度为 +/- 5%RH。详细规格见下表。

　　与 DHT11 传感器通信

　　如前所述，为了使用 PIC 从DHT11读取数据，我们必须使用PIC 单线通信协议。有关如何执行此操作的详细信息，可以从其数据表中的 DHT 11 的接口图了解，如下所示。

　　DHT11 需要来自 MCU 的启动信号来启动通信。因此，每次 MCU 都需要向 DHT11 Sensor 发送启动信号，要求其发送温度和湿度值。在完成启动信号后，DHT11 会发送一个 包含温度和湿度信息的响应信号。数据通信采用单总线数据通信协议。全数据长度为 40 位，传感器先发送高位数据。

　　由于上拉电阻，数据线在空闲模式下始终保持在 VCC 电平。MCU 需要将此电压从高到低拉低至少 18 毫秒。在此期间，DHT11 传感器检测到启动信号，微控制器将数据线拉高 20-40us。这 20-40us 的时间称为 DHT11 开始响应的等待期。在这个等待期之后，DHT11 将数据发送到微控制器单元。

　　DHT11 传感器数据格式

　　数据由组合在一起的小数部分和整数部分组成。传感器遵循以下数据格式 -

　　8bit 积分 RH 数据 + 8bit 十进制 RH 数据 + 8bit 积分 T 数据 + 8bit 十进制 T 数据 + 8bit 校验和。

　　可以通过使用接收到的数据检查校验和值来验证数据。可以这样做是因为，如果一切正常，并且传感器已经传输了正确的数据，那么校验和应该是“8 位 RH 积分数据+8 位十进制 RH 数据+8 位积分 T 数据+8 位十进制 T 数据”之和。

　　所需组件

　　对于这个项目，需要以下内容 -

　　PIC单片机（8位）编程设置。

　　面包板

　　5V 500mA 电源装置。

　　4.7k电阻2个

　　1k电阻

　　PIC16F877A

　　20mHz晶体

　　33pF电容2个

　　16x2 字符 LCD

　　DHT11传感器

　　跳线

　　示意图

　　将DHT11 与 PIC16F877A连接的电路图如下所示。

　　我们使用16x2 LCD来显示我们从 DHT11 测量的温度和湿度值。LCD 采用4 线模式连接，传感器和 LCD 均由 5V 外部电源供电。我使用面包板进行所有必需的连接，并使用了外部 5V 适配器。您还可以使用此面包板电源板为您的电路板供电 5V。

　　电路准备好后，我们要做的就是上传本页底部给出的代码，我们可以开始读取温度和湿度，如下所示。如果您想知道代码是如何编写的以及它是如何工作的，请进一步阅读。您还可以在本页底部的视频中找到该项目的完整工作。

DHT11 with PIC MPLABX 代码说明

代码使用 MPLABX IDE 编写，并使用 XC8 编译器编译，两者均由 Microchip 提供，可免费下载和使用。请参考基础教程了解编程基础知识，下面只讨论与 DHT11 传感器通信所需的三个重要功能。功能是 -

 

无效 dht11_init(); 
无效查找响应（）；
char read_dht11();

 

第一个函数用于dht11 的启动信号。如前所述，与 DHT11 的每次通信都以启动信号开始，这里首先更改引脚方向以将数据引脚配置为微控制器的输出。然后数据线被拉低，一直等待18mS。之后，微控制器再次将线路设为高电平，并一直等待长达 30us。等待时间过后，数据引脚设置为微控制器的输入以接收数据。

 

无效 dht11_init(){ 
DHT11_Data_Pin_Direction= 0; //配置RD0为输出
DHT11_Data_Pin = 0; //RD0向传感器发送0 
__delay_ms(18); 
DHT11_Data_Pin = 1；//RD0向传感器发送1 
__delay_us(30); 
DHT11_Data_Pin_Direction = 1；//配置RD0为输入
}

 

下一个函数用于根据数据引脚状态设置校验位。它用于检测 DHT11 传感器的响应。

 

无效 find_response(){ 
Check_bit = 0; 
__delay_us(40); 
if (DHT11_Data_Pin == 0){ 
__delay_us(80); 
if (DHT11_Data_Pin == 1){ 
            Check_bit = 1; 
}           
__delay_us(50);} 
}

 

最后是dht11读取函数；此处数据被读取为 8 位格式，其中数据通过位移操作返回，具体取决于数据引脚状态。

 

char read_dht11(){ 
char 数据，for_count; 
for(for_count = 0; for_count < 8; for_count++){ 
            while(!DHT11_Data_Pin); 
            __delay_us(30); 
            if(DHT11_Data_Pin == 0){ 
            data&= ~(1<<(7 - for_count)); //清除位 (7-b) 
            } 
            else{ 
            data|= (1 << (7 - for_count)); //设置位 (7-b) 
            while(DHT11_Data_Pin); 
            } 
            }
返回数据；
}

 

​​​

之后，一切都在 main 函数中完成。首先，系统初始化在 LCD 被初始化并将 LCD 引脚端口方向设置为输出的地方完成。应用程序在主函数内部运行

 

无效 main() { 
system_init(); 
while(1){ 
            __delay_ms(800); 
            dht11_init(); 
            查找响应（）；
            if(Check_bit == 1){ 
            RH_byte_1 = read_dht11(); 
            RH_byte_2 = read_dht11(); 
            Temp_byte_1 = read_dht11(); 
            Temp_byte_2 = read_dht11(); 
            求和 = read_dht11(); 
            if(Summation == ((RH_byte_1+RH_byte_2+Temp_byte_1+Temp_byte_2) & 0XFF)){
            湿度 = Temp_byte_1; 
            RH = RH_byte_1；                                
            lcd_com (0x80);                       
            lcd_puts("温度：");
            //lcd_puts(""); 
            lcd_data(48 + ((湿度/10) % 10)); 
            lcd_data(48 + (湿度 % 10)); 
            液晶数据（0xDF）；
            lcd_puts("C"); 
            lcd_com (0xC0);          
            lcd_puts("湿度："); 
            //lcd_puts(""); 
            lcd_data(48 + ((RH / 10) % 10)); 
            lcd_data(48 + (RH % 10)); 
            lcd_puts("%"); 
            } 
            else{ 
            lcd_puts("校验和错误"); 
            } 
            }
            其他 { 
            clear_screen(); 
            lcd_com (0x80);
            lcd_puts("错误！！！"); 
            lcd_com (0xC0); 
            lcd_puts("没有反应。"); 
            } 
            __delay_ms(1000); 
} 
}

 

　　与 DHT11 传感器的通信是在while循环中完成的，在该循环中将启动信号提交给传感器。之后，触发find_response函数。如果Check_bit为 1，则进行进一步的通信，否则 LCD 将显示错误对话框。

　　根据 40 位数据，read_dht11被调用 5 次（5 次 x 8 位），并按照数据表中提供的数据格式存储数据。校验和状态也被检查，如果发现错误，它也会在 LCD 中通知。最后，数据被转换并传输到 16x2 字符 LCD。

#include

#include


#include "supporting_cfile/lcd.h"


#pragma config FOSC = HS // 振荡器选择位（HS 振荡器）

#pragma config WDTE = OFF // 看门狗定时器使能位（WDT 禁用）

#pragma config PWRTE = ON // 上电定时器使能位（PWRT 使能）

# pragma config BOREN = ON // 欠压复位使能位（BOR 使能）

#pragma config LVP = OFF // 低电压（单电源）在线串行编程使能位（RB3 为数字 I/O，HV 开启MCLR 必须用于编程）

#pragma config CPD = OFF // 数据 EEPROM 存储器代码保护位（数据 EEPROM 代码保护关闭）

#pragma config WRT = OFF // 闪存程序存储器写使能位（写保护关闭；所有程序存储器可由 EECON 控制写入）

#pragma config CP = OFF // Flash 程序存储器代码保护位（代码保护关闭）



/*

程序流程相关定义

*/

#define DHT11_Data_Pin PORTDbits.RD5

#define DHT11_Data_Pin_Direction TRISDbits.TRISD5

#define FIRST_LINE 0x80

#define SECOND_LINE 0xC0



#define _XTAL_FREQ 20000000 //20 Mhz


unsigned char Check_bit, Temp_byte_1, Temp_byte_2, RH_byte_1, RH_byte_2;

unsigned char Himudity, RH, Sumation ;


//dht11相关定义


无效 dht11_init();

无效查找响应（）；

char read_dht11();


// 系统相关定义


无效系统初始化（无效）；

无效介绍屏幕（无效）；

无效清除屏幕（无效）；


无效 main() {

system_init();



while(1){

__delay_ms(800);

dht11_init();

查找响应（）；

if(Check_bit == 1){

RH_byte_1 = read_dht11();

RH_byte_2 = read_dht11();

Temp_byte_1 = read_dht11();

Temp_byte_2 = read_dht11();

求和 = read_dht11();

if(Sumation == ((RH_byte_1+RH_byte_2+Temp_byte_1+Temp_byte_2) & 0XFF)){

Himudity = Temp_byte_1;

RH = RH_byte_1；

lcd_com (0x80);

lcd_puts("温度：");

//lcd_puts("");

lcd_data(48 + ((Himudity / 10) % 10));

lcd_data(48 + (湿度 % 10));

液晶数据（0xDF）；

lcd_puts("C");

lcd_com (0xC0);

lcd_puts("湿度：");

//lcd_puts("");

lcd_data(48 + ((RH / 10) % 10));

lcd_data(48 + (RH % 10));

lcd_puts("%");

}

else{

lcd_puts("校验和错误");

}

}

其他 {

clear_screen();

lcd_com (0x80);

lcd_puts("错误！！！");


lcd_puts("没有反应。");

}

__delay_ms(1000);

}

}


/*

* 这将初始化 dht22 传感器。

*/


无效 dht11_init(){

DHT11_Data_Pin_Direction= 0; //配置RD0为输出

DHT11_Data_Pin = 0; //RD0向传感器发送0

__delay_ms(18);

DHT11_Data_Pin = 1；//RD0向传感器发送1

__delay_us(30);

DHT11_Data_Pin_Direction = 1；//配置RD0为输入

}


/*

* 这将发现 dht22 传感器是否工作。

*/


无效 find_response(){

Check_bit = 0;

__delay_us(40);

if (DHT11_Data_Pin == 0){

__delay_us(80);

if (DHT11_Data_Pin == 1){

Check_bit = 1;

}

__delay_us(50);}

}



/*

此函数用于读取 dht22。

*/



char read_dht11(){

char data, for_count;

for(for_count = 0; for_count < 8; for_count++){

while(!DHT11_Data_Pin);

__delay_us(30);

if(DHT11_Data_Pin == 0){

data&= ~(1<<(7 - for_count)); //清除位 (7-b)

}

else{

data|= (1 << (7 - for_count)); //设置位 (7-b)

while(DHT11_Data_Pin);

} //等到 PORTD.F0 变低

}

返回数据；

}



void system_init(){

TRISB = 0; // LCD 引脚设置为输出。

液晶初始化（）；

介绍屏幕（）；

//dht11_init();

}



/*

这个函数是为了在没有命令的情况下清除屏幕。

*/


void clear_screen(void){

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("");

}




/*

此函数用于播放介绍。

*/


void Introduction_screen(void){

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("欢迎来到");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("电路文摘");

__delay_ms(1000);

__delay_ms(1000);

清除屏幕（）；

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("DHT11 传感器");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("用 PIC16F877A");

__delay_ms(1000);

__delay_ms(1000);

}