DHT11温湿度传感器Linux驱动开发完整流程

一、DHT11传感器概述

基本特性

类型：温湿度复合传感器
通信协议：单总线异步半双工通信
引脚配置：VCC、DATA、GND三线制
通信方式 ：单总线（Single Bus）------仅需1根数据线（除VCC、GND外）
精度指标：
- 温度精度：±2℃
- 湿度精度：±5%RH
- 分辨率：1

硬件连接要求

上拉电阻：DATA线需外接4.7K上拉电阻
作用：确保DATA线在空闲状态保持高电平

二、DHT11通信协议详解

数据格式
- 40位数据 = 5字节
- 字节1：湿度整数部分
- 字节2：湿度小数部分（通常为0）
- 字节3：温度整数部分
- 字节4：温度小数部分（通常为0）
- 字节5：校验和（前4字节和）

数据传输时序

传输bit 1：从机将引脚先拉低50us左右，再拉高70us左右，代表dht11发送了一个****bit1

注意：通过测量高电平持续时间判断 bit 值，而非电压高低。

三、Linux驱动开发核心实现

1. 设备树配置

dts文件

cs 复制代码

mydht11 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "mydht11";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_mydht11>;
    gpio-dht11 = <&gpio1 1 1>;  // 使用 GPIO1_1 引脚
    status = "okay";
};

操作命令

cs 复制代码

vim arch/arm/boot/dts/pt.dts        # 编辑设备树
make pt.dtb                         # 编译设备树
cp arch/arm/boot/dts/pt.dtb ~/tftpboot  # 拷贝到TFTP目录

2. 关键驱动函数

起始信号发送

cs 复制代码

static void dht11_start(void)
{
    gpio_direction_output(gpio_dht11, 1);
    msleep(10);
    gpio_set_value(gpio_dht11, 0);
    msleep(20);        // ≥18ms
    gpio_set_value(gpio_dht11, 1);
    udelay(40);        // 20-40μs
    gpio_direction_input(gpio_dht11);
}

响应检测（含超时保护）

cs 复制代码

static int dht11_wait_respon(void)
{
    // 三阶段检测：初始高→80μs低→80μs高
    // 每阶段设置超时，返回对应错误码
}

数据位读取

cs 复制代码

static inline char dht11_get_bit(void)
{
    // 等待50μs低电平结束
    // 延时35μs后采样电平
    // 低电平→bit=0，高电平→bit=1
}

3. 驱动架构设计

文件操作接口

cs 复制代码

static struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = open,
    .read = read,
    .write = write,
    .release = close
};

平台驱动注册

cs 复制代码

static struct platform_driver drv = {
    .probe = probe,
    .remove = remove,
    .driver = {
        .name = DEV_NAME,
        .of_match_table = dht11_table
    }
};

四、用户空间测试程序

cs 复制代码

int main(void)
{
    int fd = open("/dev/dht11", O_RDWR);
    unsigned char data[5];
    
    while(1) {
        read(fd, data, sizeof(data));
        // 解析数据：data[0]-湿度，data[2]-温度
        // 校验：data[4] == data[0]+data[1]+data[2]+data[3]
        sleep(2);  // 采样间隔≥1秒
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

五、关键注意事项

时序要求

采样间隔：≥1秒（建议2秒）
起始信号：低电平≥18ms，高电平20-40μs
响应超时：每阶段设置合理超时防止死锁

GPIO模式管理

发送阶段：输出模式
接收阶段：输入模式
必须正确切换，否则无法接收数据

错误处理机制

响应超时：返回错误码(-1/-2/-3)
位读取失败：返回错误码(-4/-5/-6)
用户层校验：必须验证校验字节

上下文安全

进程上下文：可使用msleep/udelay/copy_to_user
避免在中断上下文使用可能引起休眠的函数

六、调试与问题排查

常见问题

返回错误码：检查GPIO连接和上拉电阻
数据全零：确认GPIO模式正确切换
校验失败：检查电源稳定性和读取间隔

编译部署流程

复制代码

# 编译设备树
make pt.dtb

# 编译驱动模块
make modules

# 目标板加载
insmod dht11_1.ko
./dht11_app

七、核心技术要点总结

协议理解：严格遵循DHT11单总线时序规范
驱动架构：采用platform_driver + miscdevice标准框架
资源管理：通过设备树获取GPIO，确保可移植性
鲁棒性设计：超时机制+错误码返回+用户层校验
性能考虑：最小化内核态操作，数据快速传递到用户空间