原標題：基于STM32F103ZET6采集DHT11溫濕度串口顯示設計方案

基于STM32F103ZET6和DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度串口顯示設計方案

一、引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家居的不斷發(fā)展，溫濕度檢測作為環(huán)境監(jiān)測的核心組成部分，已在各個領(lǐng)域得到了廣泛應用。溫濕度傳感器常被用于農(nóng)業(yè)、氣象、工業(yè)控制等場景中，幫助實現(xiàn)精準的環(huán)境調(diào)控。本文將介紹基于STM32F103ZET6微控制器和DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實現(xiàn)溫濕度串口顯示的設計方案。

二、系統(tǒng)設計方案概述

本設計方案基于STM32F103ZET6微控制器，通過串口與溫濕度傳感器DHT11進行通信，讀取溫濕度數(shù)據(jù)并通過串口輸出到外部顯示設備。整個系統(tǒng)包括溫濕度采集、數(shù)據(jù)處理、串口通信以及數(shù)據(jù)顯示等模塊。設計主要涵蓋硬件電路設計、軟件實現(xiàn)及其相關(guān)功能模塊的設計與實現(xiàn)。

三、硬件設計

1. 主控芯片

STM32F103ZET6是本設計方案中的主控芯片，屬于STMicroelectronics生產(chǎn)的STM32系列微控制器。STM32F103ZET6基于ARM Cortex-M3架構(gòu)，具備強大的處理能力和豐富的外設資源，非常適合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。其主要特點包括：

• 處理能力：具有72 MHz的主頻，能夠滿足溫濕度采集和數(shù)據(jù)處理的需求。

• 存儲資源：具有512KB的閃存和64KB的RAM，足以存儲程序代碼及數(shù)據(jù)。

• 外設支持：提供多個USART串口、I2C、SPI等外設接口，可以與DHT11傳感器通過單總線協(xié)議進行通信。

• 低功耗設計：內(nèi)置多種低功耗模式，適合電池供電的應用。

在本設計中，STM32F103ZET6主要負責以下任務：

• 初始化和配置DHT11傳感器；

• 處理從DHT11傳感器接收到的數(shù)據(jù)；

• 通過串口（USART）將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部顯示設備。

2. 溫濕度傳感器——DHT11

DHT11是一款數(shù)字溫濕度傳感器，廣泛應用于家庭和工業(yè)環(huán)境的溫濕度監(jiān)測。其主要特性包括：

• 工作電壓：3.5V-5.5V，適配STM32F103ZET6的工作電壓范圍。

• 工作溫度范圍：0°C~50°C，適用于普通環(huán)境監(jiān)測。

• 工作濕度范圍：20%~90% RH，相對濕度范圍廣泛，適應不同應用場景。

• 輸出格式：通過單總線協(xié)議輸出數(shù)字信號，便于與STM32F103ZET6進行通信。

DHT11傳感器通過單線協(xié)議與STM32F103ZET6進行數(shù)據(jù)傳輸，每次采樣可以獲得溫度和濕度的數(shù)值，數(shù)據(jù)格式為32位數(shù)字信號，其中包含16位濕度數(shù)據(jù)和16位溫度數(shù)據(jù)。

3. 串口通信

在本設計中，使用USART串口作為通信接口，將處理后的溫濕度數(shù)據(jù)輸出到外部設備。STM32F103ZET6內(nèi)置多個USART接口，其中一個可以配置為與顯示設備進行串口通信。

• USART配置：通過配置STM32F103ZET6的USART外設，設定波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準確性。

四、軟件設計

1. 系統(tǒng)初始化

在軟件設計中，首先需要對STM32F103ZET6進行初始化配置，主要包括時鐘配置、外設初始化和中斷設置。STM32F103ZET6的工作時鐘為72 MHz，通過STM32的固件庫進行配置。

• 時鐘配置：設置系統(tǒng)時鐘為72 MHz，確保MCU的工作效率。

• GPIO配置：配置用于與DHT11通信的GPIO引腳為輸入輸出模式，確保數(shù)據(jù)能夠正常讀寫。

• USART配置：設置串口的波特率為9600，確保數(shù)據(jù)能夠以合理的速率傳輸?shù)斤@示設備。

2. DHT11數(shù)據(jù)讀取

DHT11傳感器使用單總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。為確保STM32F103ZET6與DHT11的正確通信，必須在程序中實現(xiàn)單總線協(xié)議的操作。

• 發(fā)送起始信號：STM32F103ZET6通過GPIO引腳發(fā)送起始信號，啟動DHT11的測量過程。

• 接收數(shù)據(jù)：DHT11傳感器每次返回40位數(shù)據(jù)，其中包含濕度和溫度的數(shù)值，STM32F103ZET6需按協(xié)議逐位讀取并解析這些數(shù)據(jù)。

3. 數(shù)據(jù)處理

在接收到DHT11傳感器的數(shù)據(jù)后，STM32F103ZET6需要對數(shù)據(jù)進行校驗和處理。DHT11的數(shù)據(jù)格式為：前16位為濕度數(shù)據(jù)，后16位為溫度數(shù)據(jù)。通過解析這些數(shù)據(jù)，可以獲得具體的溫度和濕度值。

• 校驗：DHT11傳感器返回的數(shù)據(jù)包含一個校驗位，STM32F103ZET6需要根據(jù)校驗位驗證數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

• 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：濕度和溫度數(shù)據(jù)需要根據(jù)DHT11的數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，以獲得最終的溫濕度值。

4. 串口輸出

數(shù)據(jù)處理完成后，STM32F103ZET6通過USART串口將溫濕度數(shù)據(jù)輸出到外部顯示設備。通過串口發(fā)送字符串，可以將溫度和濕度值以“溫度：XX°C，濕度：XX%”的格式輸出。

• 字符串拼接：將溫度和濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串格式，并通過串口發(fā)送。

• 串口發(fā)送：使用HAL庫函數(shù)HAL_UART_Transmit將字符串通過串口發(fā)送到外部設備。

五、系統(tǒng)功能模塊

1. 主控芯片模塊

STM32F103ZET6作為整個系統(tǒng)的核心，負責系統(tǒng)初始化、外設配置、數(shù)據(jù)讀取與處理、串口通信等任務。其強大的處理能力和豐富的外設支持，使得系統(tǒng)能夠高效地完成溫濕度數(shù)據(jù)采集與輸出。

2. 溫濕度采集模塊

該模塊由DHT11傳感器和STM32F103ZET6組成。DHT11負責環(huán)境溫濕度的實時采集，STM32F103ZET6負責數(shù)據(jù)的讀取和校驗處理。通過GPIO引腳進行單總線協(xié)議通信，實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的準確采集。

3. 串口通信模塊

該模塊負責將溫濕度數(shù)據(jù)通過USART串口發(fā)送到外部設備。STM32F103ZET6通過配置USART接口，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。外部設備可以是PC、串口調(diào)試工具或嵌入式顯示屏。

六、總結(jié)

本文設計了一種基于STM32F103ZET6和DHT11數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度串口顯示系統(tǒng)。通過對STM32F103ZET6的硬件設計和軟件實現(xiàn)進行詳細介紹，展示了如何通過串口實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的實時顯示。在系統(tǒng)設計中，STM32F103ZET6作為核心微控制器，通過GPIO、USART等外設實現(xiàn)了溫濕度數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示，滿足了溫濕度檢測的需求。該設計具有較高的穩(wěn)定性和擴展性，可用于多種環(huán)境監(jiān)測應用。