基于STM32与DHT20通过I2C接口实现温湿度采集

1. 适用场景

基于STM32与DHT20传感器的温湿度采集方案适用于多种物联网和嵌入式应用场景。该方案特别适合需要精确环境监测的场合，如智能家居系统中的室内环境监控、农业温室大棚的温湿度控制、工业自动化中的环境参数监测、以及医疗设备中的环境条件保障等。

DHT20传感器作为DHT11的升级版本，具有更高的测量精度和更广的测量范围，通过I2C接口与STM32微控制器通信，简化了硬件连接和软件开发流程。这种组合为开发者提供了一个稳定可靠、成本效益高的温湿度监测解决方案。

2. 适配系统与环境配置要求

硬件要求

• 主控制器：STM32系列微控制器（如STM32F103、STM32F407等）
• 传感器：DHT20温湿度传感器模块
• 电源：3.3V-5.5V直流电源
• 连接线：4线连接（VCC、GND、SDA、SCL）

软件要求

• 开发环境：STM32CubeIDE或Keil MDK
• 库文件：STM32 HAL库
• 通信协议：I2C协议支持

电气特性

• 工作电压：3.3V-5.5V DC
• 工作电流：<1mA（测量时）
• 待机电流：40-50μA
• I2C地址：0x38（固定不可更改）
• 通信速率：最高400kHz

3. 资源使用教程

硬件连接

将DHT20传感器与STM32按照以下方式连接：

• VCC引脚连接到STM32的3.3V电源
• GND引脚连接到STM32的地线
• SDA引脚连接到STM32的I2C数据线（如PB7）
• SCL引脚连接到STM32的I2C时钟线（如PB6）

STM32CubeMX配置

1. 打开STM32CubeMX并选择目标STM32型号
2. 在Pinout视图中启用I2C外设
3. 配置I2C参数：
   • 模式：I2C
   • 时钟速度：100kHz（标准模式）
   • 地址位：7位
4. 生成初始化代码

软件实现

#include "main.h"
#include "dht20.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void DHT20_Init(void)
{
    uint8_t init_cmd[3] = {0xAC, 0x33, 0x00};
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DHT20_ADDRESS << 1, init_cmd, 3, 100);
    HAL_Delay(10);
}

void DHT20_ReadData(float *temperature, float *humidity)
{
    uint8_t data[6];
    uint8_t read_cmd = 0x71;
    
    // 发送读取命令
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DHT20_ADDRESS << 1, &read_cmd, 1, 100);
    HAL_Delay(80);
    
    // 读取6字节数据
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, DHT20_ADDRESS << 1, data, 6, 100);
    
    // 数据处理
    uint32_t hum_raw = ((data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4));
    uint32_t temp_raw = (((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5]);
    
    *humidity = (hum_raw * 100.0) / 1048576.0;
    *temperature = (temp_raw * 200.0) / 1048576.0 - 50.0;
}

主程序调用

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_I2C1_Init();
    
    DHT20_Init();
    
    while (1)
    {
        float temp, hum;
        DHT20_ReadData(&temp, &hum);
        
        printf("Temperature: %.1f°C, Humidity: %.1f%%\r\n", temp, hum);
        HAL_Delay(2000);
    }
}

4. 常见问题及解决办法

问题1：传感器无法初始化

症状：读取数据始终为0或错误值 解决方法：

• 检查电源电压是否在3.3V-5.5V范围内
• 确认I2C线路连接正确，SDA和SCL线没有接反
• 检查上拉电阻，DHT20模块通常内置4.7kΩ上拉电阻
• 确保I2C地址设置为0x38

问题2：数据读取不稳定

症状：温湿度值跳动较大或出现异常值 解决方法：

• 增加读取后的数据校验，检查状态位
• 在两次读取之间增加适当延时（建议至少2秒）
• 检查电源稳定性，避免电压波动
• 确保传感器远离热源和潮湿环境

问题3：I2C通信失败

症状：HAL_I2C函数返回错误 解决方法：

• 检查I2C时钟配置是否正确
• 确认GPIO引脚模式设置为开漏输出
• 使用I2C扫描工具检测设备是否在线
• 检查线路长度，过长可能导致信号衰减

问题4：精度偏差

症状：测量值与实际环境有较大偏差 解决方法：

• 让传感器在测量环境中稳定运行一段时间
• 避免将传感器放置在通风口或阳光直射位置
• 定期进行传感器校准（如需高精度应用）

性能优化建议

• 使用DMA模式进行I2C数据传输以提高效率
• 实现错误重试机制，提高通信可靠性
• 添加数据滤波算法，平滑测量结果
• 采用低功耗模式，延长电池供电设备的使用时间

通过遵循上述指南，开发者可以快速实现基于STM32和DHT20的温湿度采集系统，获得稳定可靠的环境监测数据。