3、湿度传感器集成：DHT11/DHT22温湿度传感器原理、时序分析与数据读取、代码实现与校准

好，咱们进入第三章。这一章聊湿度传感器，具体点说，就是DHT11和DHT22这两兄弟。

说实话，温湿度测量在嵌入式里太常见了。智能药盒要是不知道环境湿度，药品受潮了都不知道。我自己做过一个项目，药盒放在浴室旁边，用户洗完澡湿度飙到90%，里面的胶囊全黏在一起了。从那以后，我对湿度采集就特别上心。

3.1 DHT11与DHT22：选谁更合适？

先看个对比表，心里有个底：

参数	DHT11	DHT22（AM2302）
湿度范围	20% ~ 90% RH	0% ~ 100% RH
湿度精度	±5% RH	±2% RH
温度范围	0°C ~ 50°C	-40°C ~ 80°C
温度精度	±2°C	±0.5°C
采样周期	1秒	2秒
价格	便宜	稍贵

我个人习惯：如果只是做室内环境监测，DHT11够用。但智能药盒嘛，我建议上DHT22。为什么？药盒里可能存放胰岛素或者某些对湿度敏感的抗生素，±5%的误差有时候会误判。你想想看，明明湿度已经超标了，DHT11还报个55%，你就错过了预警时机。

3.2 单总线协议：一根线搞定通信

DHT系列用的是一根数据线完成双向通信，叫单总线协议。说白了，就是主机和从机共用一根线，靠时序来区分谁在说话。

嗯，这里要注意：单总线对时序要求比较严格。我刚开始玩的时候，直接用delay_ms()去读，结果数据全是0xFF。后来用逻辑分析仪一看，原来是延时不够准。

3.2.1 通信流程

1. 主机发起信号：拉低总线至少18ms，然后释放（拉高）20~40μs。
2. 从机响应：DHT拉低总线80μs，再拉高80μs，表示“我准备好了”。
3. 数据传输：每1位数据，先拉低50μs，然后拉高。拉高时间长短决定是0还是1。

为什么会这样设计？因为单总线没有时钟线，只能靠脉冲宽度来编码。0的拉高时间是26~28μs，1的拉高时间是70μs左右。你只要在拉高后等40μs采样，电平高就是1，低就是0。

3.3 代码实现：手写单总线驱动

我不喜欢用现成的库。自己写驱动，出了问题才知道怎么调。下面是我在STM32上写的DHT22读取代码，核心部分就这些：

// 宏定义
#define DHT_GPIO_PORT   GPIOB
#define DHT_PIN         GPIO_PIN_0

// 拉低总线
void DHT_Start(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 配置为输出
    GPIO_InitStruct.Pin = DHT_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(DHT_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    // 拉低至少18ms
    HAL_GPIO_WritePin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    delay_ms(20);
    
    // 拉高20~40μs
    HAL_GPIO_WritePin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN, GPIO_PIN_SET);
    delay_us(30);
}

// 读取1位数据
uint8_t DHT_ReadBit(void) {
    // 等待低电平结束（50μs）
    while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
    
    // 延时40μs后采样
    delay_us(40);
    
    if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_SET) {
        // 等待高电平结束
        while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_SET);
        return 1;
    } else {
        return 0;
    }
}

// 读取1字节
uint8_t DHT_ReadByte(void) {
    uint8_t data = 0;
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        data <<= 1;
        data |= DHT_ReadBit();
    }
    return data;
}

// 读取温湿度
uint8_t DHT_ReadData(float *temp, float *humi) {
    uint8_t data[5] = {0};
    
    DHT_Start();
    
    // 等待从机响应
    if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
        // 等待80μs低电平结束
        while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
        // 等待80μs高电平结束
        while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT_GPIO_PORT, DHT_PIN) == GPIO_PIN_SET);
        
        // 读取40位数据
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            data[i] = DHT_ReadByte();
        }
        
        // 校验和
        if((data[0] + data[1] + data[2] + data[3]) == data[4]) {
            // DHT22: 湿度高8位+低8位，除以10
            *humi = ((uint16_t)data[0] << 8 | data[1]) / 10.0;
            *temp = ((uint16_t)data[2] << 8 | data[3]) / 10.0;
            return 1; // 成功
        }
    }
    return 0; // 失败
}

3.4 数据校准：别信出厂值

DHT系列出厂前做过校准，但说实话，那个校准系数是批量做的，个体差异还是有的。我曾经拿10个DHT22放在同一个恒温恒湿箱里，读数最大差了1.5°C和3% RH。

所以，我建议做两点校准：

1. 单点偏移校准：在25°C、50% RH的标准环境下，记录偏差值，软件里减掉。
2. 线性度修正：如果要求高，做两点校准。比如在20%和80% RH下分别记录，算出斜率。

代码里加个校准函数就行：

// 校准参数（示例值，实际需标定）
#define TEMP_OFFSET  -0.3   // 温度偏移
#define HUMI_OFFSET   1.2   // 湿度偏移
#define HUMI_SLOPE    0.98  // 湿度斜率

void DHT_Calibrate(float *temp, float *humi) {
    *temp += TEMP_OFFSET;
    *humi = (*humi - HUMI_OFFSET) * HUMI_SLOPE;
    
    // 限幅
    if(*humi < 0) *humi = 0;
    if(*humi > 100) *humi = 100;
}

3.5 实际项目中的注意事项

• 上拉电阻：数据线必须接4.7kΩ~10kΩ上拉到VCC。我见过有人忘了接，通信时好时坏。
• 电源去耦：DHT对电源噪声敏感，靠近传感器放一个100nF电容。
• 采样间隔：DHT11至少1秒，DHT22至少2秒。读太频繁会出错。
• 错误重试：如果校验和失败，等1秒再读。我一般重试3次，还失败就报错。

嗯，这一章就到这里。DHT系列虽然简单，但想读得稳、读得准，还是得下点功夫。下一章咱们聊气压传感器，那个更有意思——BMP280的I2C通信和高度计算，到时候见。