【mcuclub】DHT11温湿度传感器实战：从原理到代码实现-育师

1. DHT11温湿度传感器初探

第一次拿到DHT11这个小家伙时，我差点被它朴素的外表给骗了。这个比指甲盖大不了多少的传感器，居然能同时测量温度和湿度！它采用单总线通信协议，只需要一个GPIO引脚就能完成数据交互，特别适合那些IO资源紧张的嵌入式项目。

DHT11内部结构其实挺有意思，拆开外壳能看到两个关键元件：一个是电阻式感湿元件，负责检测环境湿度；另一个是NTC测温元件，用来测量温度。这两个元件的数据由一个8位单片机采集处理，最终输出校准后的数字信号。实测下来，它的温度测量范围是0~50℃，精度±2℃；湿度测量范围20%~90%RH，精度±5%RH。虽然比不上实验室级传感器的精度，但对于大多数智能家居、农业大棚这类应用场景完全够用。

这里有个实际使用中的小技巧：由于DHT11每次测量后都会自动进入低功耗模式，连续读取时需要间隔至少1秒，否则容易读取失败。我曾经在一个智能花盆项目里连续读取数据，就是因为没加延时导致传感器"罢工"，排查了半天才发现这个问题。

2. 硬件连接与电路设计

给DHT11设计电路时，最容易被忽略的就是那个上拉电阻。因为它的数据口采用漏极开路输出，如果不接上拉电阻，信号线就只能输出低电平或高阻态，永远没法输出高电平。根据我的经验，当供电电压为5V时，接4.7KΩ的上拉电阻最稳定。如果传输距离超过20米，可以适当减小阻值。

具体接线非常简单，DHT11只有三个有效引脚（有的版本是4个引脚，但第3脚悬空）：

VCC接3.3V-5V电源
GND接地
DATA接MCU的GPIO

这里有个硬件设计上的坑要特别注意：如果传感器距离MCU较远，建议在VCC和GND之间加个100nF的去耦电容。有次我在工业现场部署时，因为电源干扰导致数据异常，就是靠这个电容解决的。完整的参考电路如下：

[VCC 3.3V-5V] │ ┌┴┐ │ │ 4.7KΩ └┬┘ │ ├───── DATA │ === 100nF │ [GND]

3. 单总线通信协议详解

DHT11的通信协议看似简单，但时序要求非常严格。整个通信过程可以分为三个阶段：

首先是主机发送开始信号：把数据线拉低至少18ms，然后拉高20-40μs。这个阶段相当于"敲门"，告诉DHT11该干活了。这里容易出错的是延时精度，普通延时函数可能不够准确，最好用定时器实现微秒级延时。

接着是传感器响应：DHT11会先拉低80μs，再拉高80μs，然后才开始传输数据。很多初学者容易在这里翻车，看到第一个低电平就急着读取数据，结果读到一堆乱码。我的经验是用中断或轮询方式严格检测这个响应信号。

最后是数据传输阶段：每个bit都以50μs低电平开始，然后高电平的持续时间决定数据是0还是1（26-28μs表示0，70μs表示1）。40bit数据包含：

湿度整数(8bit) + 湿度小数(8bit)
温度整数(8bit) + 温度小数(8bit)
校验和(8bit)

校验和是前四个字节的和，用于验证数据正确性。我曾经遇到过校验失败的情况，后来发现是导线太长导致信号畸变，换成屏蔽线就解决了。

4. STM32驱动代码实现

下面以STM32 HAL库为例，分享一个经过实战检验的驱动代码。首先在CubeMX中配置一个GPIO引脚(如PA0)和定时器(TIM5)：

// dht11.h typedef struct { uint8_t humi_int; // 湿度整数 uint8_t humi_dec; // 湿度小数 uint8_t temp_int; // 温度整数 uint8_t temp_dec; // 温度小数 uint8_t checksum; // 校验和 } DHT11_Data; uint8_t DHT11_Read(DHT11_Data *data);

// dht11.c #include "dht11.h" #include "tim.h" #define DHT11_PORT GPIOA #define DHT11_PIN GPIO_PIN_0 // 微秒级延时函数 void delay_us(uint32_t us) { __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim5, 0); HAL_TIM_Base_Start(&htim5); while(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim5) < us); HAL_TIM_Base_Stop(&htim5); } uint8_t DHT11_Read(DHT11_Data *data) { uint8_t buf[5] = {0}; GPIO_InitTypeDef GPIO_Init = {0}; // 主机拉低18ms HAL_GPIO_WritePin(DHT11_PORT, DHT11_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(18000); HAL_GPIO_WritePin(DHT11_PORT, DHT11_PIN, GPIO_PIN_SET); // 切换输入模式 GPIO_Init.Pin = DHT11_PIN; GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_Init.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_Init); // 等待传感器响应 while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); while(!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); // 读取40bit数据 for(int i=0; i<5; i++) { for(int j=0; j<8; j++) { while(!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); delay_us(40); buf[i] <<= 1; if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)) { buf[i] |= 1; while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_PORT, DHT11_PIN)); } } } // 校验数据 if(buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4]) { >DHT11_Data data; if(DHT11_Read(&data)) { printf("温度: %d℃, 湿度: %d%%\n", data.temp_int, data.humi_int); }

5. 常见问题与优化技巧

在实际项目中，DHT11最常遇到三类问题：

读取失败：多数是因为时序不准确。建议用逻辑分析仪抓取波形，检查开始信号和响应信号的持续时间是否达标。有个取巧的办法是把延时时间适当加长，比如开始信号用20ms代替18ms。
数据跳变：环境变化时数据可能突变。我的解决方案是采用滑动窗口滤波：保存最近5次读数，去掉最高最低值后取平均。代码实现如下：

#define SAMPLE_SIZE 5 int filter(int new_val) { static int buf[SAMPLE_SIZE] = {0}; static int index = 0; buf[index++] = new_val; if(index >= SAMPLE_SIZE) index = 0; // 排序找最大值和最小值 int min = buf[0], max = buf[0], sum = 0; for(int i=0; i<SAMPLE_SIZE; i++) { if(buf[i] < min) min = buf[i]; if(buf[i] > max) max = buf[i]; sum += buf[i]; } return (sum - min - max) / (SAMPLE_SIZE - 2); }