STM32温湿度测量与显示-单总线协议学习

为了验收个小玩意用一晚上搓了一个，比较氵。 那就氵篇博客算了。

手头正好有个ST的板子，型号是STM32G431KBT6，主频170M。刚好拿过来用了。（真好用啊，就是做这个有点浪费。

温湿度传感器使用 DHT11 （单总线协议），屏幕是个IIC的小OLED，还用到了串口来看数据是否正确。（没了，确实氵。

效果图：

准备

首先去官网下载 STM32G4xx 的包。（Keil.STM32G4xx_DFP.1.5.0.pack）。官网直连下载很慢，很慢……

然后去CubeMX里面新建工程，因为是官方的板子，所以可以直接选择这块板子的模板创建。时钟设置170M（默认的）。选择一个没有中文的路径生成工程。

接下来的流程是：

• 设置串口
• 驱动OLED屏幕
  • 重新配置延时函数
  • 添加软件IIC
  • 添加OLED驱动
• 驱动DHT11温湿度传感器（单总线协议的学习）

因为使用的OLED驱动比较特殊，添加之后无法使用原来的 HAL_Dealy() 函数，需要按照该驱动的要求重新配置延时函数，之后使用其提供的 delay_ms() 和 delay_us() 两个函数代替 HAL_Dealy() 函数，当然实际上是方便不少的，因为 HAL_Dealy() 是毫秒级延时，所以直接使用上面两个函数可以让自己少写一个微秒的延时函数，具体原理可以参考之前的一篇博客。

具体实现

串口设置

串口的具体实现参考我之前的博客步骤：STM32&UART串口通信(使用CubeMX) 。因为这次没有用到收的功能，所以只需要设置好发送功能即可。

本次使用USART1。其实 更推荐 使用USART2的，因为官方的板子上本身就有串口芯片，使用的USART2，这样用一根USB线连电脑上就可以同时供电，下载和查看串口数据了，不用自己再连一个USB转串口的模块了，还能腾出来两个引脚，这STM32G431KBT6的引脚是真的少。 （还是官方板子好用，就是贵

---

）晚上要去重庆，剩下的具体流程就等下周回来再写了。

回来了，发现实习二面寄了，悲）

---

驱动OLED屏幕

这一节可以略过。

本次的驱动选自 LCD wiki 。

因为 LCD wiki 的驱动为gb2312编码，为了以后写的舒服，我先转换为了utf-8，具体可以参考：

批量转换文件编码gb2312转utf-8 。但是注意，代码里有中文的地方，比如 test.c，oledfont.h等文件需要保持原来的gb2312。（看见编译时候的编码报错真是心累呐

LCD wiki 的驱动使用标准库编写，放入HAL库的项目中会狠狠报错，所以要进行修改）我自己修改了一下，以后写一下修改过程emmm（咕咕

重新配置延时函数

添加 sys.h ， sys.c ， delay.h ， delay.c ，注意修改里面包含的头文件为对应的 #include "stm32g4xx.h"

之后在 main.c 里面进行初始化： delay_init(); 初始化完成后以后的延时就用 delay_ms() 和 delay_us() 。

添加软件IIC

添加 iic.c ， iic.h ，注意修改里面 SCL 与 SDA 的引脚。本次分别使用 PA1 ， PA0 。

添加OLED驱动

添加 bmp.h ， gui.h ， gui.c ， oled.c ， oled.h ， oledfont.h ， test.c ， test.h 。

这次所用的汉字取模保存至 oledfont.h 内，注意为gb2312编码。

取模使用 PCtoLCD2002 ，为逐行式，顺向。考虑到屏幕大小，取模的大小为16×16。添加在 const typFNT_GB16 cfont16[] 的后面。如：

"康",0x01,0x00,0x00,0x80,0x3F,0xFE,0x20,0x80,0x2F,0xF8,0x20,0x88,0x3F,0xFE,0x20,0x88,0x2F,0xF8,0x28,0x80,0x24,0xC4,0x22,0xA8,0x44,0x90,0x48,0x88,0x92,0x86,0x01,0x00,/*"康"*/
"师",0x08,0x00,0x0B,0xFE,0x48,0x20,0x48,0x20,0x48,0x20,0x49,0xFC,0x49,0x24,0x49,0x24,0x49,0x24,0x49,0x24,0x49,0x24,0x09,0x34,0x11,0x28,0x10,0x20,0x20,0x20,0x40,0x20,/*"师"*/
"傅",0x08,0x50,0x08,0x48,0x0F,0xFE,0x10,0x40,0x17,0xFC,0x34,0x44,0x37,0xFC,0x54,0x44,0x97,0xFC,0x14,0x44,0x10,0x08,0x1F,0xFE,0x12,0x08,0x11,0x08,0x11,0x28,0x10,0x10,/*"傅"*/

显示汉字使用 GUI_ShowCHinese(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t hsize,uint8_t *str,uint8_t mode) ，使用实例如 GUI_ShowCHinese(40,2,16,"康师傅",1);

该函数说明：

/*****************************************************************************
 * @name       :void GUI_ShowCHinese(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t hsize,uint8_t *str,uint8_t mode)
 * @date       :2018-08-27 
 * @function   :Display Chinese strings
 * @parameters :x:the bebinning x coordinate of the Chinese strings
                y:the bebinning y coordinate of the Chinese strings
								size:the size of Chinese strings
								str:the start address of the Chinese strings
								mode:0-white background and black character
								     1-black background and white character
 * @retvalue   :None
******************************************************************************/

显示其他内容可以 结合test.c 中的实例与 gui.c 里的函数说明学习。

为了分开gb2312与utf-8，我将显示中文的地方全部写在了一个文件里，我在 main.c 用到的时候直接调用。

驱动DHT11温湿度传感器（单总线协议的学习）

）当时大二赶广和通项目的时候用的是 DS18B20 来着，是个单总线协议的温度传感器，网上找了段代码糊了一个，这次用 DHT11 学习学习单总线协议。

DHT11 是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC
测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够
实时的采集本地湿度和温度。DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一
个 I/O 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式
进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大
电流 0.5mA。DHT11 的技术参数：工作电压范围：3.3V-5.5V；工作电流 ：平均 0.5mA；输出：单总线数字信号；测量范围：湿度 2090％RH，温度 050℃；精度 ：湿度±5%，温度±2℃；分辨率 ：湿度 1%，温度 1℃；

DHT11 数据传输格式

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。其数据包由 40Bit 组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。

DHT11 的数据格式为：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。其中校验和数据为前四个字节相加。
传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、温度、整数、小数)之间应该分开处理。例如，某次从 DHT11 读到的数据如下表所示：

byte4	byte3	byte2	byte1	byte0
0010 1101	0000 0000	0001 1100	0000 0000	0100 1001
湿度 整数 部分	湿度 小数 部分	温度 整数 部分	温度 小数 部分	校验和

由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法：

湿度= byte4 . byte3=45.0 (％RH)
温度= byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
校验= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=湿度+温度)(校验正确)

DHT11 的数据格式是十分简单，DHT11 和 MCU 的一次通信最大为 3ms 左右，建议主机连续读取时间间隔不要小于 100ms。 下面，我们介绍一下 DHT11 的传输时序。

提前准备

本次使用数据传输脚：

// 数据传输脚 PA12
#define DHT11_DQ_OUT GPIO_PIN_12

设置数据传输脚为输出：

void DHT11_IO_OUT(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DQ_OUT;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); 
}

设置数据传输脚为输入：

void DHT11_IO_IN(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_DQ_OUT;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); 
}

DHT11 的数据发送流程

DHT11 的数据发送流程如下图所示：

开始信号

首先主机发送 开始信号，即：拉低数据线，保持 t1（至少 18ms）时间，然后 拉高数据线 t2（20~ 40us）时间，然后读取 DHT11 的响应。

复位DHT11 :

void DHT11_Rst(void) {                
	DHT11_IO_OUT(); //SET OUTPUT
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT, GPIO_PIN_RESET);
    delay_ms(20); //拉低至少18ms
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT, GPIO_PIN_SET); 
	delay_us(30); //主机拉高20~40us
}

响应信号

DHT11的 响应 ：正常的话，DHT11 会 拉低 数据线，保持 t3（40~50us）时间，作为响应信号，然后 DHT11 拉高 数据线，保持 t4（40 ~50us）时间后，开始输出数据。

检测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(); //SET INPUT
    //DHT11会拉低40~80us
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT) && retry<100)
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	};	 
	if(retry>=100) return 1;
	else retry=0;
    //DHT11拉低后会再次拉高40~80us
    while (!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT)&&retry<100)
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	};
	if(retry>=100) return 1;	    
	return 0;
}

DHT11 发送数据

总线为低电平，说明DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉高80us，准备发送数据。

每一bit数据都以50us低电平时隙 开始 ，高电平的长短 定了数据位是0还是1。

如果读取响应信号为高电平，则DHT11没有响应，请检查线路是否连接正常。当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。

DHT11 发送 0

高电平是26-28us就表示0。

DHT11 发送1

高电平是70us表示1。

接收数据

主机只要读取等待50us低电平过去，然后再判断高电平长短就能收集数据了。

从DHT11读取一个位：

//返回值：1/0
uint8_t DHT11_Read_Bit(void) 			 
{
 	uint8_t retry=0;
	while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT)&&retry<100)//等待变为低电平
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	}
	retry=0;
	while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT)&&retry<100)//等待变高电平
	{
		retry++;
		delay_us(1);
	}
	delay_us(40);//等待40us
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, DHT11_DQ_OUT)) return 1;
	else return 0;		   
}

读取8次为一个字节：

//返回值：读到的数据
uint8_t DHT11_Read_Byte(void)    
{        
    uint8_t i = 0,dat = 0;
	for (i=0;i<8;i++) 
	{
		dat = dat<<1; 
		dat = dat | DHT11_Read_Bit();
    }						    
    return dat;
}

一共5个字节：

//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
void DHT11_Read_Data(uint8_t *temp, uint8_t *humi)    
{        
 	uint8_t i, buf[5];
	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];
			*temp=buf[2];
		}
	}
	else return 1;
    return 0;
}

）不过为了显示的更精确可以小数位也传过去。

完成

到此，完成了串口通信，OLED屏幕驱动，温湿度数据的获取。之后在OLED屏幕上的显示布局可以自己设计~