Openwrt开发指南 第28章 DHT11 温湿度传感器

开发环境：

主机：Ubuntu12.04

开发板：RT5350

Openwrt：Openwrt15.05

1 硬件原理

下图是我们温度传感器的接入引脚，3.3V 供电，io 口接 P13 的 GP0( GPIO0 的简称 )。DHT11数字温湿度传感器 是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。

2 DHT11 相关时序

• 初始化(复位)时序图

1. 控制器首先至少拉低 18ms，然后拉高 20-40us 后等待 DHT11 的应答
2. 当 DHT11 检测到信号后，首先将总线拉低约 80us 然后在拉高 80us 作为应答信号。

• 读取数据时序图

• 表示 0 的时序如下

• 表示 1 的时序如下

1. DHT11 以低电平应答主机，然后拉高总线准备输出。输出 0 信号和 1 信号都是以低电平开始高电平结束。
2. DHT11 输出 0、 1 信号的低电平时间相同，而高电平的时间不同，输出 0 信号时高电平约 26-28us,而当输出 1 信号时高电平约为 70us。

3 驱动程序

关于字符设备驱动程序的使用，我们可以参照点亮 led 灯的那个实验，这里只给出跟DHT11 密切相关的驱动程序，详细的程序请查看我们的驱动文件！

//配置连接温度传感器的引脚
#define DHT11_L	   	        *GPIO21_0_DATA &= ~(1< < 0)  //低电平	
#define DHT11_H		        *GPIO21_0_DATA |=  (1< < 0)  //高电平
#define DHT11_OUT	        *GPIO21_0_DIR  |=  (1< < 0)  //输出	
#define DHT11_IN		*GPIO21_0_DIR  &= ~(1< < 0)  //输入	
#define DHT11_STA		*GPIO21_0_DATA & 0x01	

//寄存器定义
volatile unsigned long *GPIO21_0_DIR;
volatile unsigned long *GPIO21_0_DATA;	


/****************  基本定义 **********************/
//初始化函数必要资源定义
//用于初始化函数当中
//device number;
	dev_t dev_num;
//struct dev
	struct cdev dht11_cdev;
//auto "mknode /dev/dht11 c dev_num minor_num"
struct class *dht11_class = NULL;
struct device *dht11_device = NULL;

/********************  dht11有关的函数   ****************************/
//从dht11中读取一个字节
static unsigned char read_byte(void)
{
	unsigned char r_val = 0; 
	unsigned char t_count = 0; //计时器，防止超时；
        unsigned char i;

	for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
	{
		t_count = 0;
		
		while(!DHT11_STA)
		{
			udelay(1);
			t_count++;
			if(t_count >250)
			{
				printk("read_byte error1n");
				return 100;
			}
		}
		t_count = 0;

		udelay(32);

		if(DHT11_STA == 1)
		{
			r_val < <= 1;
			r_val |= 1;
		}
		else
		{
			r_val < <= 1;
			continue;
		}

		while( DHT11_STA == 1 )
		{
			udelay(2);
			t_count++;
			if(t_count >250)
			{
				printk("read_byte error2n");
				return 100;
			}
	 	 }
	}

	return r_val;
}

//从dht11中读出数据
static unsigned int read_dht11(void)
{
	 unsigned char t_count = 0; //计时器；
	 unsigned int  dht11 = 0;
	 unsigned char h_i = 0 , h_f = 0;
	 unsigned char t_i = 0 , t_f = 0;
	 unsigned char check_sum = 0;

	 DHT11_OUT;

	 DHT11_L;
	 mdelay(30); // >18ms;
	 DHT11_H;

	 udelay(30);

	 DHT11_IN;
	 while(DHT11_STA == 1)
	 {
	 	udelay(1);
		t_count++;

		if(t_count > 50)
		{
	 		printk("device error: dht11!n");
			return 0;
		}
	 }
	 t_count = 0;

 	 while(!DHT11_STA)
	 {
		udelay(1);
		t_count++;

		if(t_count > 250)
		{
			printk("read_dht11 error1n");
			return 0;
		}
	 }

	 t_count = 0;

	 udelay(50);

	 while(DHT11_STA)
	 {
		udelay(1);
		t_count++;
		if(t_count > 250)
		{
			printk("read_dht11 error2n");
			return 0;
		}
	 }

	 h_i = read_byte();
	 h_f = read_byte();
	 t_i = read_byte();
	 t_f = read_byte();
	 check_sum = read_byte();

	 if(check_sum == (h_i+h_f+t_i+t_f) || (h_i!=100 && t_i != 100))
	 {
		dht11 = t_i;
		dht11 < <= 8;
		dht11 += h_i;
	 }
	 else
	 {
		dht11 = 0;
		printk("read_dht11 error3n");
	 }

	 return dht11;
}


/**********************************************************************/

/**************** 结构体 file_operations 成员函数 *****************/
//open
static int dht11_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("dht11 drive open...n");

	DHT11_OUT;
	DHT11_H;

	return 0;
}

//close
static int dht11_close(struct inode *inode , struct file *file)
{
	return 0;
}

//read
static ssize_t dht11_read(struct file *file, char __user *buffer,
			size_t len, loff_t *pos)
{
	unsigned int dht11; 
	printk("dht11 drive read...n");

	dht11 = read_dht11();
	copy_to_user(buffer, &dht11, 4);

	return 4;
}



/***************** 结构体： file_operations ************************/
//struct
static const struct file_operations dht11_fops = {
	.owner   = THIS_MODULE,
	.open	 = dht11_open,
	.release = dht11_close,	
	.read	 = dht11_read,
};


/*************  functions: init , exit*******************/
//条件值变量，用于指示资源是否正常使用
unsigned char init_flag = 0;
unsigned char add_code_flag = 0;

//init
static __init int dht11_init(void)
{
	int ret_v = 0;
	printk("dht11 drive init...n");

	//函数alloc_chrdev_region主要参数说明：
	//参数2： 次设备号
	//参数3： 创建多少个设备
	if( ( ret_v = alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"dht11") ) < 0 )
	{
		goto dev_reg_error;
	}
	init_flag = 1; //标示设备创建成功；

	printk("The drive info of dht11:nmajor: %dnminor: %dn",
		MAJOR(dev_num),MINOR(dev_num));

	cdev_init(&dht11_cdev,&dht11_fops);
	if( (ret_v = cdev_add(&dht11_cdev,dev_num,1)) != 0 )
	{
		goto cdev_add_error;
	}

	dht11_class = class_create(THIS_MODULE,"dht11");
	if( IS_ERR(dht11_class) )
	{
		goto class_c_error;
	}

	dht11_device = device_create(dht11_class,NULL,dev_num,NULL,"dht11");
	if( IS_ERR(dht11_device) )
	{
		goto device_c_error;
	}
	printk("auto mknod success!n");

	//------------   请在此添加您的初始化程序  --------------//
       

	GPIO21_0_DATA = (volatile unsigned long *)ioremap(0x10000620, 4);
	GPIO21_0_DIR =  (volatile unsigned long *)ioremap(0x10000624, 4);

        //如果需要做错误处理，请：goto dht11_error;	

	 add_code_flag = 1;
	//----------------------  END  ---------------------------// 

	goto init_success;

dev_reg_error:
	printk("alloc_chrdev_region failedn");	
	return ret_v;

cdev_add_error:
	printk("cdev_add failedn");
 	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	init_flag = 0;
	return ret_v;

class_c_error:
	printk("class_create failedn");
	cdev_del(&dht11_cdev);
 	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	init_flag = 0;
	return PTR_ERR(dht11_class);

device_c_error:
	printk("device_create failedn");
	cdev_del(&dht11_cdev);
 	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	class_destroy(dht11_class);
	init_flag = 0;
	return PTR_ERR(dht11_device);

//------------------ 请在此添加您的错误处理内容 ----------------//
dht11_error:
	add_code_flag = 0;
	return -1;
//--------------------          END         -------------------//
    
init_success:
	printk("dht11 init success!n");
	return 0;
}

//exit
static __exit void dht11_exit(void)
{
	printk("dht11 drive exit...n");	

	if(add_code_flag == 1)
 	{   
           //----------   请在这里释放您的程序占有的资源   ---------//
	    printk("free your resources...n");	               

		iounmap(GPIO21_0_DATA);
		iounmap(GPIO21_0_DIR);

	    printk("free finishn");		               
	    //----------------------     END      -------------------//
	}					            

	if(init_flag == 1)
	{
		//释放初始化使用到的资源;
		cdev_del(&dht11_cdev);
 		unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
		device_unregister(dht11_device);
		class_destroy(dht11_class);
	}
}

/**************** module operations**********************/
//module loading
module_init(dht11_init);
module_exit(dht11_exit);

//some infomation
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("from Jafy");
MODULE_DESCRIPTION("dht11 drive");
/*********************  The End ***************************/

4 应用程序

int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	unsigned int dht11 = 0;
	unsigned int humi,temp;

	//打开温度传感器驱动模块
	fd = open("/dev/dht11", O_RDWR | O_NONBLOCK);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can't open /dev/dht11n");
		return -1;
	}

	read(fd, &dht11, sizeof(dht11));

	temp = dht11 >>8;
	humi = dht11 &0x000000ff;
	printf("the current temperature is: %dn",temp);
	printf("the current humidity is:    %dn",humi);

	close(fd);
	
	return 0;
}

5 实验结果

审核编辑：汤梓红