將DHT11與PIC16F877A連接進(jìn)行溫度和濕度的測量

溫度和濕度測量通常在家庭自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測、氣象站等許多應(yīng)用中很有用。LM35旁邊最常用的溫度傳感器是 DHT11，我們之前通過與Arduino和Raspberry連接構(gòu)建了許多DHT11 項(xiàng)目Pi和許多其他開發(fā)板。在本文中，我們將學(xué)習(xí)如何將此DHT11 與 PIC16F87A連接，這是一個(gè) 8 位 PIC 微控制器。我們將使用這個(gè)微控制器通過 DHT11 讀取溫度和濕度的值并將其顯示在液晶顯示器上。

DHT11 – 規(guī)范和工作

DHT11 傳感器以模塊形式或傳感器形式提供。在本教程中，我們使用的是傳感器，兩者之間的唯一區(qū)別在于，在模塊形式中，傳感器具有一個(gè)濾波電容和一個(gè)連接到傳感器輸出引腳的上拉電阻。因此，如果您正在使用該模塊，則無需在外部添加它們。傳感器形式的 DHT11 如下所示。

DHT11 傳感器帶有藍(lán)色或白色外殼。 在這個(gè)外殼內(nèi)，我們有兩個(gè)重要的組件 可以幫助我們感知相對(duì)濕度和溫度。 第一個(gè)組件是一對(duì)電極；這兩個(gè)電極之間的電阻由保持水分的基板決定。所以測得的電阻與環(huán)境的相對(duì)濕度成反比。相對(duì)濕度越高，電阻值越低，反之亦然。另外，請(qǐng)注意相對(duì)濕度與實(shí)際濕度不同。相對(duì)濕度測量空氣中相對(duì)于空氣溫度的水含量。

另一個(gè)組件是表面貼裝的 NTC 熱敏電阻。術(shù)語 NTC 代表負(fù)溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，電阻值將減小。傳感器的輸出經(jīng)過工廠校準(zhǔn)，因此作為程序員，我們不必?fù)?dān)心校準(zhǔn)傳感器。1-Wire通信給出的傳感器輸出，我們看一下這個(gè)傳感器的引腳和連接圖。

該產(chǎn)品采用 4pin 單排封裝。第 1 個(gè)引腳跨接 VDD，第 4 個(gè)引腳跨接 GND。第二個(gè)引腳是數(shù)據(jù)引腳，用于通信目的。該數(shù)據(jù)引腳需要一個(gè) 5k 的上拉電阻。但是，也可以使用其他上拉電阻，例如 4.7k 到 10k。第 3 個(gè)引腳沒有連接任何東西。所以它被忽略了。

數(shù)據(jù)表提供了技術(shù)規(guī)格以及可以在下表中看到的接口信息 -

上表顯示了溫度和濕度的測量范圍和精度。它可以測量 0-50 攝氏度的溫度，精度為 +/- 2 攝氏度，測量相對(duì)濕度 20-90%RH，精度為 +/- 5%RH。詳細(xì)規(guī)格見下表。

與 DHT11 傳感器通信

如前所述，為了使用 PIC 從DHT11讀取數(shù)據(jù)，我們必須使用PIC 單線通信協(xié)議。有關(guān)如何執(zhí)行此操作的詳細(xì)信息，可以從其數(shù)據(jù)表中的 DHT 11 的接口圖了解，如下所示。

DHT11 需要來自 MCU 的啟動(dòng)信號(hào)來啟動(dòng)通信。因此，每次 MCU 都需要向 DHT11 Sensor 發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，要求其發(fā)送溫度和濕度值。在完成啟動(dòng)信號(hào)后，DHT11 會(huì)發(fā)送一個(gè) 包含溫度和濕度信息的響應(yīng)信號(hào)。數(shù)據(jù)通信采用單總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。全數(shù)據(jù)長度為 40 位，傳感器先發(fā)送高位數(shù)據(jù)。

由于上拉電阻，數(shù)據(jù)線在空閑模式下始終保持在 VCC 電平。MCU 需要將此電壓從高到低拉低至少 18 毫秒。在此期間，DHT11 傳感器檢測到啟動(dòng)信號(hào)，微控制器將數(shù)據(jù)線拉高 20-40us。這 20-40us 的時(shí)間稱為 DHT11 開始響應(yīng)的等待期。在這個(gè)等待期之后，DHT11 將數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器單元。

DHT11 傳感器數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)由組合在一起的小數(shù)部分和整數(shù)部分組成。傳感器遵循以下數(shù)據(jù)格式 -

8bit 積分 RH 數(shù)據(jù) + 8bit 十進(jìn)制 RH 數(shù)據(jù) + 8bit 積分 T 數(shù)據(jù) + 8bit 十進(jìn)制 T 數(shù)據(jù) + 8bit 校驗(yàn)和。

可以通過使用接收到的數(shù)據(jù)檢查校驗(yàn)和值來驗(yàn)證數(shù)據(jù)。可以這樣做是因?yàn)?，如果一切正常，并且傳感器已?jīng)傳輸了正確的數(shù)據(jù)，那么校驗(yàn)和應(yīng)該是“8 位 RH 積分?jǐn)?shù)據(jù)+8 位十進(jìn)制 RH 數(shù)據(jù)+8 位積分 T 數(shù)據(jù)+8 位十進(jìn)制 T 數(shù)據(jù)”之和。

所需組件

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，需要以下內(nèi)容 -

PIC單片機(jī)（8位）編程設(shè)置。

面包板

5V 500mA 電源裝置。

4.7k電阻2個(gè)

1k電阻

PIC16F877A

20mHz晶體

33pF電容2個(gè)

16x2 字符 LCD

DHT11傳感器

跳線

示意圖

將DHT11 與 PIC16F877A連接的電路圖如下所示。

我們使用16x2 LCD來顯示我們從 DHT11 測量的溫度和濕度值。LCD 采用4 線模式連接，傳感器和 LCD 均由 5V 外部電源供電。我使用面包板進(jìn)行所有必需的連接，并使用了外部 5V 適配器。您還可以使用此面包板電源板為您的電路板供電 5V。

電路準(zhǔn)備好后，我們要做的就是上傳本頁底部給出的代碼，我們可以開始讀取溫度和濕度，如下所示。如果您想知道代碼是如何編寫的以及它是如何工作的，請(qǐng)進(jìn)一步閱讀。您還可以在本頁底部的視頻中找到該項(xiàng)目的完整工作。

DHT11 with PIC MPLABX 代碼說明

代碼使用 MPLABX IDE 編寫，并使用 XC8 編譯器編譯，兩者均由 Microchip 提供，可免費(fèi)下載和使用。請(qǐng)參考基礎(chǔ)教程了解編程基礎(chǔ)知識(shí)，下面只討論與 DHT11 傳感器通信所需的三個(gè)重要功能。功能是 -

無效 dht11_init(); 
無效查找響應(yīng)（）；
char read_dht11();

第一個(gè)函數(shù)用于dht11 的啟動(dòng)信號(hào)。如前所述，與 DHT11 的每次通信都以啟動(dòng)信號(hào)開始，這里首先更改引腳方向以將數(shù)據(jù)引腳配置為微控制器的輸出。然后數(shù)據(jù)線被拉低，一直等待18mS。之后，微控制器再次將線路設(shè)為高電平，并一直等待長達(dá) 30us。等待時(shí)間過后，數(shù)據(jù)引腳設(shè)置為微控制器的輸入以接收數(shù)據(jù)。

無效 dht11_init(){ 
DHT11_Data_Pin_Direction= 0; //配置RD0為輸出
DHT11_Data_Pin = 0; //RD0向傳感器發(fā)送0 
__delay_ms(18); 
DHT11_Data_Pin = 1；//RD0向傳感器發(fā)送1 
__delay_us(30); 
DHT11_Data_Pin_Direction = 1；//配置RD0為輸入
}

下一個(gè)函數(shù)用于根據(jù)數(shù)據(jù)引腳狀態(tài)設(shè)置校驗(yàn)位。它用于檢測 DHT11 傳感器的響應(yīng)。

無效 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讀取函數(shù)；此處數(shù)據(jù)被讀取為 8 位格式，其中數(shù)據(jù)通過位移操作返回，具體取決于數(shù)據(jù)引腳狀態(tài)。

char read_dht11(){ 
char 數(shù)據(jù)，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)); //設(shè)置位 (7-b) 
            while(DHT11_Data_Pin); 
            } 
            }
返回?cái)?shù)據(jù)；
}

???

之后，一切都在 main 函數(shù)中完成。首先，系統(tǒng)初始化在 LCD 被初始化并將 LCD 引腳端口方向設(shè)置為輸出的地方完成。應(yīng)用程序在主函數(shù)內(nèi)部運(yùn)行

無效 main() { 
system_init(); 
while(1){ 
            __delay_ms(800); 
            dht11_init(); 
            查找響應(yīng)（）；
            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)){
            濕度 = Temp_byte_1; 
            RH = RH_byte_1；                                
            lcd_com (0x80);                       
            lcd_puts("溫度：");
            //lcd_puts(""); 
            lcd_data(48 + ((濕度/10) % 10)); 
            lcd_data(48 + (濕度 % 10)); 
            液晶數(shù)據(jù)（0xDF）；
            lcd_puts("C"); 
            lcd_com (0xC0);          
            lcd_puts("濕度："); 
            //lcd_puts(""); 
            lcd_data(48 + ((RH / 10) % 10)); 
            lcd_data(48 + (RH % 10)); 
            lcd_puts("%"); 
            } 
            else{ 
            lcd_puts("校驗(yàn)和錯(cuò)誤"); 
            } 
            }
            其他 { 
            clear_screen(); 
            lcd_com (0x80);
            lcd_puts("錯(cuò)誤！?。?); 
            lcd_com (0xC0); 
            lcd_puts("沒有反應(yīng)。"); 
            } 
            __delay_ms(1000); 
} 
}

與 DHT11 傳感器的通信是在while循環(huán)中完成的，在該循環(huán)中將啟動(dòng)信號(hào)提交給傳感器。之后，觸發(fā)find_response函數(shù)。如果Check_bit為 1，則進(jìn)行進(jìn)一步的通信，否則 LCD 將顯示錯(cuò)誤對(duì)話框。

根據(jù) 40 位數(shù)據(jù)，read_dht11被調(diào)用 5 次（5 次 x 8 位），并按照數(shù)據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。校驗(yàn)和狀態(tài)也被檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，它也會(huì)在 LCD 中通知。最后，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)?16x2 字符 LCD。

#include

#include


#include "supporting_cfile/lcd.h"


#pragma config FOSC = HS // 振蕩器選擇位（HS 振蕩器）

#pragma config WDTE = OFF // 看門狗定時(shí)器使能位（WDT 禁用）

#pragma config PWRTE = ON // 上電定時(shí)器使能位（PWRT 使能）

# pragma config BOREN = ON // 欠壓復(fù)位使能位（BOR 使能）

#pragma config LVP = OFF // 低電壓（單電源）在線串行編程使能位（RB3 為數(shù)字 I/O，HV 開啟MCLR 必須用于編程）

#pragma config CPD = OFF // 數(shù)據(jù) EEPROM 存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（數(shù)據(jù) EEPROM 代碼保護(hù)關(guān)閉）

#pragma config WRT = OFF // 閃存程序存儲(chǔ)器寫使能位（寫保護(hù)關(guān)閉；所有程序存儲(chǔ)器可由 EECON 控制寫入）

#pragma config CP = OFF // Flash 程序存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（代碼保護(hù)關(guān)閉）



/*

程序流程相關(guān)定義

*/

#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相關(guān)定義


無效 dht11_init();

無效查找響應(yīng)（）；

char read_dht11();


// 系統(tǒng)相關(guān)定義


無效系統(tǒng)初始化（無效）；

無效介紹屏幕（無效）；

無效清除屏幕（無效）；


無效 main() {

system_init();



while(1){

__delay_ms(800);

dht11_init();

查找響應(yīng)（）；

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("溫度：");

//lcd_puts("");

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

lcd_data(48 + (濕度 % 10));

液晶數(shù)據(jù)（0xDF）；

lcd_puts("C");

lcd_com (0xC0);

lcd_puts("濕度：");

//lcd_puts("");

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

lcd_data(48 + (RH % 10));

lcd_puts("%");

}

else{

lcd_puts("校驗(yàn)和錯(cuò)誤");

}

}

其他 {

clear_screen();

lcd_com (0x80);

lcd_puts("錯(cuò)誤?。?！");


lcd_puts("沒有反應(yīng)。");

}

__delay_ms(1000);

}

}


/*

* 這將初始化 dht22 傳感器。

*/


無效 dht11_init(){

DHT11_Data_Pin_Direction= 0; //配置RD0為輸出

DHT11_Data_Pin = 0; //RD0向傳感器發(fā)送0

__delay_ms(18);

DHT11_Data_Pin = 1；//RD0向傳感器發(fā)送1

__delay_us(30);

DHT11_Data_Pin_Direction = 1；//配置RD0為輸入

}


/*

* 這將發(fā)現(xiàn) dht22 傳感器是否工作。

*/


無效 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);}

}



/*

此函數(shù)用于讀取 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)); //設(shè)置位 (7-b)

while(DHT11_Data_Pin);

} //等到 PORTD.F0 變低

}

返回?cái)?shù)據(jù)；

}



void system_init(){

TRISB = 0; // LCD 引腳設(shè)置為輸出。

液晶初始化（）；

介紹屏幕（）；

//dht11_init();

}



/*

這個(gè)函數(shù)是為了在沒有命令的情況下清除屏幕。

*/


void clear_screen(void){

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("");

}




/*

此函數(shù)用于播放介紹。

*/


void Introduction_screen(void){

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("歡迎來到");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("電路文摘");

__delay_ms(1000);

__delay_ms(1000);

清除屏幕（）；

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("DHT11 傳感器");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("用 PIC16F877A");

__delay_ms(1000);

__delay_ms(1000);

}