DHT11温湿度传感器驱动开发全解析
文章目录
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- 概要
- DHT11原理
- 节点添加与驱动编写
- 测试程序编写（test）
- 实验测试
参考文章： https://blog.csdn.net/qq_37858386/article/details/115573565
【IMX6ULL驱动开发学习】05.IMX6ULL驱动开发_编写第一个hello驱动【熬夜肝】_imx6ull怎样开发驱动程序-CSDN博客
概要
本文介绍一下在imx6ull开发板上dht11驱动开发思路，以及对应的设备树节点与驱动代码，最后使用应用测试程序，打印出温湿度数据，驱动会写整体流程图方便读者观看，NXP官方其实已经写好了该驱动，但是作为初学者还是有必要动手写一下，了解整个设计思路，笔者发一个开源项目（多气体传感器检测，具体设计蓝牙，ADC的俩通道，LED灯与蜂鸣器，QT开发，部署，可视化动态波形图表，下面就是链接）
imx6ull项目：气体传感器检测-CSDN博客
DHT11原理介绍
下图为一次完整的传输示例，其中深黑色信号表示由主机驱动，即主机向DHT11发信号，浅灰色信号表 示DHT11驱动，即DHT11发向主机发信号。
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主机准备发送信号
主机将连接 DHT11 的 GPIO 管脚配置为输出模式，为发送开始信号做准备。 -
主机发送开始信号
开始信号由 “低脉冲 + 高脉冲” 组成：- 低脉冲：持续时间至少 18ms；
- 高脉冲：持续 20~40μs。
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主机切换为接收模式
发送开始信号后，主机将 GPIO 管脚切换为输入模式，准备接收 DHT11 的响应。此时总线由上拉电阻拉高，等待 DHT11 回应。 -
DHT11 发送响应信号
接收到开始信号后，DHT11 返回响应信号，同样由 “低脉冲 + 高脉冲” 组成：- 低脉冲：持续 80μs；
- 高脉冲：持续 80μs。
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DHT11 发送数据信号
响应信号结束后，DHT11 开始传输数据，每一位数据均以 “低脉冲 + 高脉冲” 的形式表示：- 数据 0：低脉冲持续 50μs，高脉冲持续 26~28μs；
- 数据 1：低脉冲持续 50μs，高脉冲持续 70μs。
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DHT11 发送结束信号
最后一位数据传输完成后，DHT11 将总线拉低 50μs，随后释放总线。总线在了你上拉电阻的作用下拉高，回到空闲状态，本次通信结束。
节点添加与驱动编写
1、节点添加：将上面俩段代码复制到设备树.dts中，这里自定义dht11节点，pintrl_dht11是引脚复用信息，注意如果在设备树中有其它MX6ULL_PAD_GPIO1_IO02有复用为其它功能引脚的话，最好将其屏蔽掉或者“disable”，pintrl_dht11里面意思就是复用为普通引脚GPIO1_IO02，当然使用其他引脚也可以，因为dht11为单总线型，普通引脚即可,添加节点完成后重新编译make dtbs生成设备树.dtb。
dht11 {
compatible = \"hc-dht11\";
pinctrl-name = \"default\";
pinctrl-0 = ;
gpios = ;
my_name = \"dht11\";
status = \"okay\";
};
pinctrl_dht11: dht11grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02 0x000010B0 /* dht11 00111000010110000 70b0 */
>;
};
2、驱动代码编写
代码主要包含以下几个部分，代码部分我都加了注释，编写的是.c文件，之后读者需要用交叉编译器后形成.ko文件：
1. 头文件
2. 全局变量定义
3. 平台设备驱动相关：probe、remove、设备树匹配表、平台驱动结构体
4. 字符设备操作：open、read、release
5. DHT11数据读取函数：read_dht11_data
6. 模块初始化和退出函数
2.1代码部分dh11_drv_dtb.c：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// 全局变量定义
static int major; // 字符设备主设备号
static struct class *class; // 设备类指针
static struct gpio_desc *dht11_desc; // GPIO描述符（用于操作GPIO）
static int dht11_gpio; // DHT11连接的GPIO编号
static int DHT11_PIN; // DHT11连接的GPIO管脚（实际使用的编号）
static u8 data[5] = {0}; // 存储DHT11读取的5字节数据（湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数、校验和）
// 函数声明
static int read_dht11_data(void); // 读取DHT11传感器数据的核心函数
static int dht11_probe(struct platform_device *pdev)
{
/* 从设备树中获取GPIO管脚编号 */
struct device_node *node = pdev->dev.of_node; // 获取设备节点
dht11_gpio = of_get_gpio(node, 0); // 从设备树读取GPIO编号（第0个属性）
dht11_desc = gpio_to_desc(dht11_gpio); // 将GPIO编号转换为GPIO描述符
DHT11_PIN = dht11_gpio; // 保存实际使用的GPIO管脚
printk(\"DHT11_PIN = %d\\n\", DHT11_PIN ); // 打印GPIO编号，用于调试
// 初始化GPIO为输出模式，默认输出高电平（总线空闲状态）
gpiod_direction_output(dht11_desc, 1);
printk(\"dht11 probe run\\n\"); // 提示probe函数执行完成
return 0;
}
static int dht11_remove(struct platform_device *dev)
{
return 0;
}
// 设备树匹配表（用于驱动与设备的匹配）
static const struct of_device_id dht11_of_match[] = {
{ .compatible = \"hc-dht11\" }, // 匹配设备树中compatible属性为\"hc-dht11\"的设备
{ } // 终止符
};
// 平台驱动结构体（定义驱动的核心信息）
static struct platform_driver dht11_platform_driver = {
.driver = {
.name = \"my_dht11\", // 驱动名称
.of_match_table = dht11_of_match, // 设备树匹配表
},
.probe = dht11_probe, // 探测函数
.remove = dht11_remove, // 移除函数
};
static int dht11_open (struct inode *node, struct file *filp)
{
return 0; // 直接返回成功
}
/**
* read_dht11_data - 读取DHT11传感器数据
*
* 功能：实现主机与DHT11的通信时序，读取40位数据（5字节），并验证校验和。
* 步骤：1. 发送开始信号；2. 等待DHT11响应；3. 读取40位数据；4. 校验和验证。
* 返回：0-读取成功；1-读取失败（响应超时或校验和错误）。
*/
static int read_dht11_data(void)
{
u8 checksum = 0; // 校验和
int i, j; // 循环变量（i：5字节数据；j：每字节的8位）
// 1. 主机发送开始信号
gpio_direction_output(DHT11_PIN, 0); // GPIO切换为输出，拉低总线
mdelay(18); // 低脉冲持续18ms（满足DHT11时序要求）
gpio_set_value(DHT11_PIN, 1); // 拉高总线
udelay(40); // 高脉冲持续40us（满足20-40us要求）
// 2. 主机切换为输入模式，准备接收DHT11响应
gpio_direction_input(DHT11_PIN);
// 3. 等待DHT11的响应信号（第一步：低脉冲80us）
if (gpio_get_value(DHT11_PIN)) { // 若总线仍为高电平，说明DHT11无响应
printk(KERN_ERR \"DHT11 sensor not responding\\n\");
return 1;
}
udelay(80); // 等待响应信号的低脉冲结束（80us）
// 4. 等待DHT11的响应信号（第二步：高脉冲80us）
if (!gpio_get_value(DHT11_PIN)) { // 若总线仍为低电平，说明DHT11响应异常
printk(KERN_ERR \"DHT11 sensor not responding\\n\");
return 1;
}
udelay(80); // 等待响应信号的高脉冲结束（80us）
// 5. 读取40位数据（5字节，每字节8位）
for (i = 0; i < 5; i++) { // 循环读取5字节
data[i] = 0; // 初始化当前字节
for (j = 7; j >= 0; j--) { // 循环读取8位（从高位到低位）
u32 bit; // 存储当前位的值（0或1）
// 等待当前位的低脉冲结束（DHT11会先拉低总线50us）
while (!gpio_get_value(DHT11_PIN));
// 低脉冲结束后，等待50us（此时高脉冲开始）
udelay(50);
// 读取高脉冲电平：若为高，说明当前位是1；否则是0
bit = gpio_get_value(DHT11_PIN);
if (bit) { // 高脉冲持续时间>50us（实际70us），判定为1
data[i] |= (1 << j); // 将当前位设置为1
udelay(70); // 等待高脉冲结束（70us - 已等待的50us = 20us，实际按需调整）
}
// 若bit为0，高脉冲持续26-28us（已在udelay(50)中覆盖，无需额外等待）
}
}
// 6. 校验和验证（前4字节之和应等于第5字节）
checksum = data[0] + data[1] + data[2] + data[3];
if (checksum != data[4]) { // 校验和不匹配，数据无效
return 1;
}
return 0; // 数据读取成功
}
static ssize_t dht11_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int res; // 临时变量
unsigned long flags; // 用于保存中断状态
/* DHT11时序敏感，需进入临界区（关闭中断）防止内核调度干扰 */
local_irq_save(flags); // 保存中断状态并关闭中断
res = read_dht11_data(); // 读取DHT11数据
local_irq_restore(flags); // 恢复中断状态
// 若读取成功，将数据复制到用户空间
if (res == 0) {
res = copy_to_user(buf, data, size); // 复制数据到用户空间（返回0表示成功）
return size; // 返回实际读取的字节数（5字节）
}
return -EIO; // 读取失败，返回I/O错误
}
static int dht11_release (struct inode *node, struct file *filp)
{
return 0;
}
// 文件操作结构体（定义设备的操作接口）
static struct file_operations dht11_ops = {
.owner = THIS_MODULE, // 模块所有者
.open = dht11_open, // 打开设备
.read = dht11_read, // 读取设备
.release = dht11_release, // 关闭设备
};
static int dht11_init(void)
{
// 1. 注册字符设备（动态分配主设备号，设备名为\"dht11\"）
major = register_chrdev(0 , \"dht11\", &dht11_ops);
// 2. 创建设备类（用于在/sys/class下生成目录）
class = class_create(THIS_MODULE, \"dht11_class\");
// 3. 在/dev下创建设备文件（设备名为\"dht11\"）
device_create(class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, \"dht11\");
// 4. 注册平台驱动（用于与设备树中的设备匹配）
platform_driver_register(&dht11_platform_driver);
return 0;
}
static void dht11_exit(void)
{
// 1. 注销平台驱动
platform_driver_unregister(&dht11_platform_driver);
// 2. 删除/dev下的设备文件
device_destroy(class, MKDEV(major, 0));
// 3. 删除设备类
class_destroy(class);
// 4. 注销字符设备
unregister_chrdev(major, \"dht11\");
}
// 模块加载和卸载函数指定
module_init(dht11_init);
module_exit(dht11_exit);
MODULE_LICENSE(\"GPL\"); // 模块许可证（GPL兼容）
2.2 以下是DHT11驱动代码的大致流程图及关键步骤说明（以文本形式描述）：
1. 模块初始化流程 (dht11_init)
start│├─ 注册字符设备 → register_chrdev()│ ││ └─ 动态分配主设备号│├─ 创建设备类 → class_create()│ ││ └─ 生成 /sys/class/dht11_class│├─ 创建设备文件 → device_create()│ ││ └─ 生成 /dev/dht11│└─ 注册平台驱动 → platform_driver_register()│└─ 等待设备树匹配 (compatible = \"hc-dht11\")end2. 平台设备匹配流程 (dht11_probe)
start (设备树匹配成功)│├─ 获取GPIO编号 → of_get_gpio()│├─ 转换为GPIO描述符 → gpio_to_desc()│└─ 初始化GPIO为输出高电平 → gpiod_direction_output()│└─ 总线空闲状态end3. 用户读取数据流程 (dht11_read)
start (用户调用 read())│├─ 进入临界区 → local_irq_save()│ ││ └─ 禁止中断（确保时序严格）│├─ 读取DHT11数据 → read_dht11_data()│ ││ ├─ 发送开始信号（拉低18ms → 拉高40μs）│ ││ ├─ 切换为输入模式，等待DHT11响应（低80μs → 高80μs）│ ││ ├─ 循环读取5字节数据（每位：低50μs + 高26-70μs）│ ││ └─ 校验和验证（前4字节之和 = 第5字节）│├─ 退出临界区 → local_irq_restore()│└─ 复制数据到用户空间 → copy_to_user()│└─ 成功返回5字节，失败返回-EIOend4. 模块卸载流程 (dht11_exit)
start│├─ 注销平台驱动 → platform_driver_unregister()│├─ 删除设备文件 → device_destroy()│├─ 删除设备类 → class_destroy()│└─ 注销字符设备 → unregister_chrdev()end关键时序图（read_dht11_data 内部）
主机操作:拉低18ms → 拉高40μs → 切换为输入 → 等待DHT11响应│ │ │└─ 开始信号 └─ 主机准备接收 └─ DHT11响应:低80μs → 高80μs数据读取（每位）:等待低电平结束 → 等待50μs → 检测高电平持续时间:│ │ │└─ 位起始信号 └─ 判断位值 │ 高>50μs → 1高<50μs → 0测试程序编写（test.c）
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int res;
char buf[5];
fd = open(\"/dev/dht11\", O_RDONLY);
if(fd < 0)
{
printf(\"dht11 open failed\\n\");
return 0;
}
/* DHT11上电后，要等待1秒以越过不稳定状态，在此期间不能发送任何指令。 */
sleep(1);
while(1){
/* DHT11属于低速传感器，两次通信请求之间的间隔时间不能太短，一般不低于1秒。 */
res = read(fd, buf, 5);
if(res == 0)
{
printf(\"read success\\n\");
printf(\"DHT11 Temperature: %d°C, Humidity: %d%%\\n\", buf[2], buf[0]);
}
else
{
printf(\"read failed\\n\");
}
sleep(3);
}
close(fd);
return 0;
}
实验测试
最后加载驱动程序.ko文件，执行测试程序./test（这里的test也是test.c用编译器编译后形成的test），可以看到温度28，湿度25
