【STM32/HAL】嵌入式课程设计：简单的温室环境监测系统|DS18B20 、DHT11

2024-07-10 13:18:03
开发
9

前言

板子上的外设有限，加上想法也很局限，就用几个传感器实现了非常简单的监测，显示和效应也没用太复杂的效果。虽说很简单，但传感器驱动还是琢磨了不久，加上串口线坏了，调试了半天才发现不是代码错了而是线有问题，总而言之，课设不复杂，难度不高，凑合看吧。

电路图

系统的需求描述

温室环境监测系统的功能性需求描述如下：

1.光照监测与响应

系统对光敏电阻进行 AD 采样获取环境光照强度。当环境光照减弱至预设阈值以下时，系统会自动点亮绿灯以提供照明。同时，LED 灯闪烁报警，蜂鸣器需发出报警声。

2.温度监测与响应

系统通过 DS18B20 数字温度传感器和 DHT11 数字湿温度传感器获取温室环境温度，以两者平均值作为测量的温度。当温度低于预设的下限阈值时，系统自动启动加热装置进行加热（开发板并无加热设备，这里使用点亮红灯来模拟），直到温度上升至正常水平。当温度高于预设的上限阈值时，系统需驱动电机旋转（风扇）以进行散热。并且，温度异常（过高或过低）时，LED 灯闪烁报警，蜂鸣器需发出报警声。

3.湿度监测与响应

系统通过 DHT11 数字湿温度传感器获取环境湿度。当湿度超出预设的正常范围时， LED 灯闪烁报警，蜂鸣器需发出报警声。湿度太高时，还会亮起蓝灯。湿度太低时，会驱动电机模拟启动灌溉设备。

4.数据显示

LCD 屏幕会实时显示光照、温度和湿度的数据信息。显示要做到清楚、直观，更新频率适中。

5.串口通信

上位机和系统能通过串口进行通信，系统能够将光照、温度和湿度的采样数据实时发送给上位机，上位机可以将数据存储到本地文件或上传到云服务器，实现了环境数据的采集、传输、存储，可以为后续大数据处理提供数据支持。数据传输需稳定可靠，数据格式要遵守通信协议。

6.按键控制

管理员可以通过按键开关报警功能和手动开关全彩灯。按键操作简单直观，响应时间快，如果系统自动化调整功能失效，还可以通过手动方式调整设备。

结构图

详细设计

只说明传感器的部分

DS18B20 模块：

用于环境温度的数据采集。

DS18B20 是常用的数字温度传感器，单总线结构。该传感器体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、误差小。一般在启动传感器并与之通信前，需要先经过 ROM 检测，但是开发板上只挂载了一个 DS18B20 设备，可以在初始化总线之后直接发送 0xcc 跳过 ROM 检查。使用 Convert T 开始温度转化命令（0x44）开始温度转化之后，经过一定时间，DS18B20 会将温度转化之后的数据存储到暂存器内。通过 Read Scratchpad 读取命令(0xBE) 可以从暂存器读数据。只采集温度数据所以只用接受前两个字节，高八位的高五位是符号位，高八位的低三位和低八位的高四位表示温度的整数位，低八位的低四位表示小数位。在本系统中温度数据保留一位小数。该模块对应文件为"ds18b20.h"和"ds18b20.c"。

相关的讲解可看（这两篇文章并不是使用的stm32，主要看模块的时序）：

蓝桥杯电子类单片机学习二——DS18B20温度传感器（onewire驱动）_蓝桥杯板子用ds18b20-CSDN博客

51单片机-18B20温度传感器-CSDN博客

参考代码：

适配stm32板子、hal库

#include "ds18b20.h"
#include "tim.h"


void DS18B20_IO_IN(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_2;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
}

void DS18B20_IO_OUT(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_2;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
}

void DS18B20_Rst(void)
{
	DS18B20_IO_OUT();
	DS18B20_DQ_OUT_LOW;
	delay_us_by_Tim(750);
	DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
	delay_us_by_Tim(15);
}
	
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
	uint8_t retry = 0;
	DS18B20_IO_IN();
	while(DS18B20_DQ_IN && retry < 200)
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	}
	
	if(retry >= 200)
		return 1;
	else
		retry = 0;
	
	while(!DS18B20_DQ_IN && retry < 240)
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	}
	
	if(retry >= 240)
		return 1;
	
	return 0;
}

uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
	uint8_t data;
	DS18B20_IO_OUT();
	DS18B20_DQ_OUT_LOW;
	delay_us_by_Tim(2);
	DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
	DS18B20_IO_IN();
	delay_us_by_Tim(12);
	
	if(DS18B20_DQ_IN)
		data = 1;
	else
		data = 0;
	
	delay_us_by_Tim(50);
	return data;
}

uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
	uint8_t i,j,data;
	data = 0;
	for(i=1;i<=8;i++)
	{
		j = DS18B20_Read_Bit();
		data = (j<<7)|(data>>1);
	}
	return data;
}

void DS18B20_Write_Byte(uint8_t data)
{
	uint8_t j;
	uint8_t testb;
	DS18B20_IO_OUT();
	for(j=1;j<=8;j++)
	{
		testb=data&0x01;
		data=data>>1;
		if(testb)
		{
			DS18B20_DQ_OUT_LOW;
			delay_us_by_Tim(2);
			DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
			delay_us_by_Tim(60);
		}
		else
		{
			DS18B20_DQ_OUT_LOW;
			delay_us_by_Tim(60);
			DS18B20_DQ_OUT_HIGH;
			delay_us_by_Tim(2);
		}
	}
}

void DS18B20_Start(void)
{
	DS18B20_Rst();
	DS18B20_Check();
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);
	DS18B20_Write_Byte(0x44);
}

uint8_t DS18B20_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_2;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
	
	DS18B20_Rst();
	return DS18B20_Check();
}

short DS18B20_Get_Temperature(void)
{
	//uint8_t temp;
	uint8_t TL,TH;
	short temperature;
	
	DS18B20_Start();
	DS18B20_Rst();
	DS18B20_Check();
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);
	DS18B20_Write_Byte(0xbe);
	TL = DS18B20_Read_Byte();
	TH = DS18B20_Read_Byte();
	
	if(TH>7)
	{
		TH = ~TH;
		TL = ~TL;
	//	temp = 0;
	}
//	else
//		temp = 1;
	
	temperature = TH;
	temperature <<= 8;
	temperature += TL;
	temperature = (float)temperature*0.625;//0.0625*10,保留小数一位,后面处理的时候要除以10
	
	if(temperature)
		return temperature;
	else
		return -temperature;
}

DHT11 模块：

用于环境温度和湿度的数据采集。

DHT11 数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。一次完整的数据传输为 40bit，高位先出，数据格式为：8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和，校验和数据为前四个字节相加。

DHT11 传输时序为：总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待 DHT11 响应（总线拉低必须大于 18 毫秒，保证 DHT11 能检测到起始信号），主机发送开始信号结束后，延时等待 20-40us，DHT11 接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送 80us（一般存在误差，20-100us 都可以认为是正常响应时间）低电平响应信号。如果读取总线为低电平,说明 DHT11 发送响应信号，如果读取总线为高电平,则 DHT11 没有响应。DHT11 发送响应信号后，再把总线拉高，准备发送数据，每 1bit 数据都以 50us 低电平时隙开始，告诉主机开始传输一位数据了。当 50us 低电平时隙过后拉高总线，高电平持续 26~28us 表示数据“0”；持续 70us 表示数据“1”。由于存在误差，程序中在延时 40us 后检测总线状态，为高说明该位数据为“1”，为低说明该位数据为“0”。当最后 1bit 数据传送完毕后，

DHT11 拉低总线 50us，表示数据传输完毕，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。该模块对应文件为"dht11.h"和"dht11.c"。

该模块可从下面博客移植：

HAL库：

STM32F103ZET6——DHT11温湿度传感器（hal库）_dht11stm32f103-CSDN博客

标准库（主要参考其的时序讲解）：

DHT11详细介绍（内含51和STM32代码）-CSDN博客

基于STM32的温湿度传感器（DHT11）+OLED屏显示(超详细)_stm32控制dht11-CSDN博客

参考代码

（注意这里的延时函数命名成了delay_us_by_Tim()）：

#include "dht11.h"
#include "tim.h"
 
void DHT11_IO_IN(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_3;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
}
 
void DHT11_IO_OUT(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_3;
	GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
}
 
 
//复位DHT11
void DHT11_Rst(void)	   
{                 
	DHT11_IO_OUT(); 	//设置为输出
	DHT11_DQ_OUT_LOW; 	//拉低DQ
	HAL_Delay(20);    	//拉低至少18ms
	DHT11_DQ_OUT_HIGH; 	//DQ=1 
	delay_us_by_Tim(30);     	//主机拉高20~40us
}
 
//等待DHT11的回应
//返回1:未检测到DHT11的存在
//返回0:存在
uint8_t DHT11_Check(void) 	   
{   
	uint8_t retry=0;
	DHT11_IO_IN();      //设置为输出	 
	while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11会拉低40~80us
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	};	 
	if(retry>=100)return 1;
	else retry=0;
	while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	};
	if(retry>=100)return 1;	    
	return 0;
}
 
//从DHT11读取一个位
//返回值：1/0
uint8_t DHT11_Read_Bit(void) 			 
{
 	uint8_t retry=0;
	while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变为低电平
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	}
	retry=0;
	while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待变高电平
	{
		retry++;
		delay_us_by_Tim(1);
	}
	delay_us_by_Tim(40);//等待40us
	if(DHT11_DQ_IN)return 1;
	else return 0;		   
}
 
//从DHT11读取一个字节
//返回值：读到的数据
uint8_t DHT11_Read_Byte(void)    
{        
	uint8_t i,dat;
	dat=0;
	for (i=0;i<8;i++) 
	{
   		dat<<=1; 
	    dat|=DHT11_Read_Bit();
    }						    
    return dat;
}
 
//从DHT11读取一次数据
//temp:温度值(范围:0~50°)
//humi:湿度值(范围:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,读取失败
uint8_t DHT11_Read_Data(uint16_t *temp,uint16_t *humi)    
{        
 	uint8_t buf[5];
	uint8_t i;
	DHT11_Rst();
	if(DHT11_Check()==0)
	{
		for(i=0;i<5;i++)//读取40位数据
		{
			buf[i]=DHT11_Read_Byte();
		}
		if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
		{
			*humi=(buf[0]<<8) + buf[1];
			*temp=(buf[2]<<8) + buf[3];
		}
	}else return 1;
	return 0;	    
}
 
//初始化DHT11的IO口 DQ 同时检测DHT11的存在
//返回1:不存在
//返回0:存在     	 
uint8_t DHT11_Init(void)
{ 
  DHT11_Rst();
	return DHT11_Check();
}

报告与源文件下载：

原文地址:https://blog.csdn.net/qq_61814350/article/details/140307207 本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：https://www.suanlizi.com/kf/1810906307146944512.html 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系《酸梨子》网邮箱：1419361763@qq.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

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