AVR单片机操作温湿度传感器AM2301（又名DHT21）

AVR, 单片机, 温湿度, 传感器

AM2301是国产的温湿度传感器，想较瑞士的SHT1X，价格低廉，但性能有所降低，在对性能要求不是很高的情况下，可以考虑用该款温湿度传感器。
   单片机对AM2301的操作非常简单，通过AM2301的数据手册，便可写出访问它的程序，例程如下，期望能达到抛砖引玉的目的，以AVR系列的Mega16为例：
一、头文件
/***********************************************************************************************
文件：am2301.h
作者：wxxujian
用途：温湿度传感器AM2301（又名：DHT21）的驱动程序
MCU： AVR Mega16 晶振：8MHz
编译器：WinAVR2010
版本：1.0（创建日期：2010-7-27）能正常显示湿度，仅能显示正温度
   1.1（修改日期：2010-7-28）能正常显示湿度和温度（正、负温度均可）
日期：2010-7-27
***********************************************************************************************/

#include <avr/io.h>

#ifndef AM2301_H
#define AM2301_H

////////////////////////////// 宏定义（须根据实际情况而修改）  ///////////////////////////////

//功能：定义与AM2301的数据位相连的单片机的端口及数据位
//注意：这些宏须随着实际的硬件电路情况而修改

#define AM2301_DATA_DDR DDRD
#define AM2301_DATA_PORT PORTD
#define AM2301_DATA_PIN PIND
#define AM2301_DATA_BIT PD2

////////////////////////////// 宏定义（结束）  ///////////////////////////////

//////////////////////////////    函数声明 //////////////////////////////////////////////////
//说明：共2个函数，分别是：
// AM2301_CollectCharData(int *pvHumidity,int *pvTemperature)
// AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature)
//详细内容如下：

/********************************************************************************
函数名：AM2301_CollectCharData(int *pvHumidity,int *pvTemperature)
功  能：获得数据（湿度、温度），获得的数据保存于形参所提供的指针所指向的变量中
返回值：
0：数据校验正确；
1：数据校验错误
2：获取数据错误
3: 等待响应信号错误
参  数：
pvHumidity: 湿度变量的指针，用于保存采集到的湿度，数据类型为：signed char，得到的数据仅为湿度的整数部分，小数部分自动舍弃
pvTemperature:温度变量的指针，用于保存采集到的温度，数据类型为：signed char，得到的数据仅为温度的整数部分，小数部分自动舍弃

说  明：建议执行此函数的间隔为2秒，绝不能小1秒。若间隔时间很长，建议采集2次，以2次为准
当发生错误，即返回值为1、2或3时，应间隔2秒后重新读取数据
注  意：因为：WinAVR默认将char 视为unsigned char
所以：参数必须定义为signed char，-128<signed char<127，足以保存所得到的数据
原  理：详见AM2301的数据手册
*********************************************************************************/
unsigned char AM2301_CollectCharData(signed char *pvHumidity,signed char *pvTemperature);

/********************************************************************************
函数名：AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature)
功  能：获得数据（湿度、温度），获得的数据保存于形参所提供的指针所指向的变量中
返回值：
0：数据校验正确；
1：数据校验错误
2：获取数据错误
3: 等待响应信号错误
参  数：
pvHumidity: 湿度变量的指针，用于保存采集到的湿度，数据类型为：float，得到的数据为完整的数据，但不要用此float数据去比较
pvTemperature:温度变量的指针，用于保存采集到的温度，数据类型为：float，得到的数据为完整的数据，但不要用此float数据去比较

说  明：建议执行此函数的间隔为2秒，绝不能小1秒。若间隔时间很长，建议采集2次，以2次为准
当发生错误，即返回值为1、2或3时，应间隔2秒后重新读取数据
原  理：详见AM2301的数据手册
*********************************************************************************/
unsigned char AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature);

//////////////////////////////    函数声明（结束） //////////////////////////////////////////////////

#endif

二、实现文件
/***********************************************************************************************
文件：am2301.c
作者：wxxujian
用途：温湿度传感器AM2301（又名：DHT21）的驱动程序
MCU： AVR Mega16 晶振：8MHz
编译器：WinAVR2010
版本：1.0（创建日期：2010-7-27）能正常显示湿度，仅能显示正温度
  1.1（修改日期：2010-7-28）能正常显示湿度和温度（正、负温度均可）
日期：2010-7-27
***********************************************************************************************/

#include "am2301.h"
#include <util/delay.h>
#include "common.h"
#include "display.h"

////////////////////////////// 宏定义（函数样式） ///////////////////////////////////////////

//功能：操作与am2301的数据位相连的单片机端口与相应位，包括：输入、输出、置1和清0
//注意：这些宏只供此文件使用
#define SetDataBitOutput() SetBit(AM2301_DATA_DDR,AM2301_DATA_BIT)
#define SetDataBitInput() ClearBit(AM2301_DATA_DDR,AM2301_DATA_BIT)
#define SetDataBit() SetBit(AM2301_DATA_PORT,AM2301_DATA_BIT)
#define ClearDataBit() ClearBit(AM2301_DATA_PORT,AM2301_DATA_BIT)
#define TestDataBit() TestBit(AM2301_DATA_PIN,AM2301_DATA_BIT)

////////////////////////////// 宏定义（结束） ///////////////////////////////////////////

//////////////////////////////    函数实现 //////////////////////////////////////////////////
//说明：共3个函数，分别是：
// AM2301_ReadByte(unsigned char *pvData)
// AM2301_CollectCharData(int *pvHumidity,int *pvTemperature)
// AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature)
//详细内容如下：

/********************************************************************************
函数名：AM2301_ReadByte(unsigned char *pvData)
功  能：读取1个字节的数据
返回值：0：成功；2：读数据错误
参  数：pvData:所读取的数据
条  件：与am2301的数据位相连的单片机端口为“输入模式”
注  意:此函数为辅助函数，仅供本文件使用，外部无法访问
原  理：数据是从高位往低位依次读取，读得数据的顺序为：湿度高位+湿度低位+温度高位+温度低位+校验位
*********************************************************************************/
unsigned char AM2301_ReadByte(unsigned char *pvData)
{
unsigned char lvReturn=0,lvI,lvCount,lvBit;

for(lvI=0;lvI<8;lvI++) //循环8次，得到1个字节（含8个数据位）的数据
{
lvCount=1;
while( ! TestDataBit()  && lvCount>0 ) //判断丛机是否发来50us的低电平信号，若超时返回2
lvCount++;
if(lvCount==0)
{
lvReturn=2;
break;
}

_delay_us(35); //延时35us

//判断数据是0或1
lvBit=0;
if(TestDataBit())
lvBit=1;

lvCount=1;
while( TestDataBit()  && lvCount>0 ) //判断丛机是否发来26-28us的高电平信号，若超时返回2
lvCount++;
if(lvCount==0)
{
lvReturn=2;
break;
}

//把得到的每一位数据保存于pvData中
if(lvBit)
*pvData |= 1<<(7-lvI);
else
*pvData &= ~1<<(7-lvI);

}

return lvReturn;
}

/********************************************************************************
函数名：AM2301_CollectCharData(int *pvHumidity,int *pvTemperature)
功  能：获得数据（湿度、温度），获得的数据保存于形参所提供的指针所指向的变量中
返回值：
0：数据校验正确；
1：数据校验错误
2：获取数据错误
3: 等待响应信号错误
参  数：
pvHumidity: 湿度变量的指针，用于保存采集到的湿度，数据类型为：signed char，得到的数据仅为湿度的整数部分，小数部分自动舍弃
pvTemperature:温度变量的指针，用于保存采集到的温度，数据类型为：signed char，得到的数据仅为温度的整数部分，小数部分自动舍弃

说  明：建议执行此函数的间隔为2秒，绝不能小1秒。若间隔时间很长，建议采集2次，以2次为准
当发生错误，即返回值为1、2或3时，应间隔2秒后重新读取数据
注  意：因为：WinAVR默认将char 视为unsigned char
所以：参数必须定义为signed char，-128<signed char<127，足以保存所得到的数据
原  理：详见AM2301的数据手册
*********************************************************************************/
unsigned char AM2301_CollectCharData(signed char *pvHumidity,signed char *pvTemperature)
{
unsigned char lvReturn=3,lvCount;
unsigned int  lvTemp16;
int lvTemp;

unsigned char lvHumidityHigh; //湿度高位
unsigned char lvHumidityLow;       //湿度低位
unsigned char lvTemperatureHigh; //温度高位
unsigned char lvTemperatureLow; //温度低位
unsigned char lvCheck; //校验位

//主机的操作
SetDataBitOutput();
ClearDataBit(); //拉低总线
_delay_us(500); //持续500us
SetDataBit(); //释放总线

//主机检测丛机
SetDataBitInput();
_delay_us(40);

if(! TestDataBit())
{
lvCount=1;
while( ! TestDataBit() && lvCount >0)  //判断丛机是否发送了80us的高电平信号
lvCount++;
if(lvCount==0)
return 3;

lvCount=1;
while( TestDataBit() && lvCount >0)  //判断丛机是否发送了80us的高电平信号
lvCount++;
if(lvCount==0)return 3;

if(AM2301_ReadByte(&lvHumidityHigh)) //获得湿度高位
return 2;

if(AM2301_ReadByte(&lvHumidityLow)) //获得湿度高位
return 2;

if(AM2301_ReadByte(&lvTemperatureHigh)) //获得湿度高位
return 2;

if(AM2301_ReadByte(&lvTemperatureLow)) //获得湿度高位
return 2;

if(AM2301_ReadByte(&lvCheck)) //获得湿度高位
return 2;

lvCount=lvHumidityHigh+lvHumidityLow+lvTemperatureHigh+lvTemperatureLow;//计算湿度高位+湿度低位+温度高位+温度低位的和

if(lvCount==lvCheck) //数据校验，若正确则获得正确的湿度和温度，并返回1
{
//lvTemperatureHigh |=0x80;

//把湿度的高位和地位组合，得到完整的湿度
lvTemp16=lvHumidityHigh;
lvTemp16 <<=8;
lvTemp16 |= lvHumidityLow;
*pvHumidity=lvTemp16/10;

//把温度的高位和地位组合，得到完整的温度
lvTemp16=lvTemperatureHigh;
lvTemp16 <<=8;
lvTemp16 |= lvTemperatureLow;

if(lvTemp16 & 0x8000) //如果温度是负值，则转化
{
lvTemp16 &=0x7FFF;
lvTemp=0-lvTemp16;
}
*pvTemperature=lvTemp /10 ;

lvReturn=0;
}
else //数据校验，若错误，则返回1
lvReturn=1;

}
return lvReturn;

}
/********************************************************************************
函数名：AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature)
功  能：获得数据（湿度、温度），获得的数据保存于形参所提供的指针所指向的变量中
返回值：
0：数据校验正确；
1：数据校验错误
2：获取数据错误
3: 等待响应信号错误
参  数：
pvHumidity: 湿度变量的指针，用于保存采集到的湿度，数据类型为：float，得到的数据为完整的数据，但不要用此float数据去比较
pvTemperature:温度变量的指针，用于保存采集到的温度，数据类型为：float，得到的数据为完整的数据，但不要用此float数据去比较

说  明：建议执行此函数的间隔为2秒，绝不能小1秒。若间隔时间很长，建议采集2次，以2次为准
当发生错误，即返回值为1、2或3时，应间隔2秒后重新读取数据
原  理：详见AM2301的数据手册
*********************************************************************************/
unsigned char AM2301_CollectFloatData(float *pvHumidity,float *pvTemperature)
{
unsigned char lvReturn=0;
signed char lvHumidity; //湿度
signed char lvTemperature; //温度

lvReturn=AM2301_CollectCharData(&lvHumidity,&lvTemperature);
if(lvReturn) //若出错，则直接返回
return lvReturn;

//若正确读取了数据，则转化为float型数据
*pvHumidity=lvHumidity/10;
*pvTemperature=lvTemperature/10;

return lvReturn;
}

//////////////////////////////    函数实现（结束） //////////////////////////////////////////////////