1. 概述

DHT11 是奥松电子（Aosong）推出的数字温湿度传感器，采用单总线（Single-Wire）协议通信，数据线仅需一根 GPIO + 一个上拉电阻。Zephyr RTOS 在 drivers/sensor/aosong/dht/ 中内置了完整驱动，兼容 DHT11 和 DHT22。

本次基于 NXP FRDM-MCXW71 开发板（SoC: MCXW716C, Cortex-M33F），将 Zephyr 原厂 DHT 驱动集成到 blinky 工程中，实现每 2 秒读取一次温湿度数据并通过串口打印。

2. 硬件接线

⚠️ 注意：PTA19 在开发板默认配置中与 TPM0_CH2（PWM 输出）复用，必须通过 device tree overlay 禁用 TPM0，否则引脚无法工作在 GPIO 模式。

3. Device Tree Overlay

文件路径：blinky/boards/frdm_mcxw71.overlay

/ {
    aliases {
        dht0 = &dht11;
    };

    dht11: dht11 {
        compatible = "aosong,dht";          /* 绑定到 DHT 驱动 */
        dio-gpios = <&gpioa 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        status = "okay";
    };
};

&gpioa {
    status = "okay";                         /* 启用 GPIOA 端口 */
};

&tpm0 {
    status = "disabled";                     /* 释放 PTA19 的 PWM 复用 */
};

关键点：

• compatible = "aosong,dht" — 匹配驱动中的 DT_DRV_COMPAT aosong_dht

• GPIO_ACTIVE_LOW — DHT 驱动通过逻辑电平反相来适配单总线协议

• 禁用 &tpm0 解决引脚复用冲突

4. Kconfig 配置

文件路径：blinky/prj.conf

CONFIG_GPIO=y         # GPIO 子系统
CONFIG_SENSOR=y       # Zephyr 传感器框架
CONFIG_DHT=y          # DHT 驱动（依赖 DT_HAS_AOSONG_DHT_ENABLED）
CONFIG_PRINTK=y       # 内核日志输出

驱动本身的 Kconfig 层级：

CONFIG_DHT (menuconfig)
  ├── depends on DT_HAS_AOSONG_DHT_ENABLED  ← 由 overlay 中的 compatible 自动满足
  ├── depends on GPIO
  └── CONFIG_DHT_LOCK_IRQS (可选)
        └── 读取时锁中断，提高成功率，但影响蓝牙等实时任务

5. 驱动分层架构

• 应用层通过 Zephyr Sensor 框架统一接口访问，无需关心单总线协议细节

• 驱动底层用 k_cycle_get_32() 硬件 Cycle 计数器实现微秒级脉冲测量

6. DHT11 单总线通信协议

DHT11 采用单总线协议，MCU 作为主机发起通信，传感器应答后返回 40 位数据。

校验：(Byte0+Byte1+Byte2+Byte3) & 0xFF == Byte4。DHT11 小数位恒为 0。

7. 核心流程详解

7.1 驱动初始化流程

初始化仅做 GPIO 上电准备，不主动与传感器通信。真正的通信在 sensor_sample_fetch() 时按需触发。

7.2 数据采集流程 — dht_sample_fetch()

自适应阈值：从 40 个脉冲中动态计算 (max_duration + min_duration) / 2，避免硬编码时序阈值，跨 MCU 兼容性好。

8. 应用层 main.c

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>
#include <zephyr/drivers/sensor.h>

#define SLEEP_TIME_MS   2000

int main(void)
{
    /* 1. 获取 DHT11 设备句柄 */
    const struct device *const dht = DEVICE_DT_GET_OR_NULL(DT_ALIAS(dht0));

    if (!device_is_ready(dht)) {
        printk("DHT11: device not readyn");
        return 0;
    }

    while (1) {
        /* 2. 触发一次采样（阻塞，约 25ms） */
        int ret = sensor_sample_fetch(dht);
        if (ret != 0) {
            printk("DHT11: fetch failed: %dn", ret);
        } else {
            struct sensor_value temp, humidity;

            /* 3. 从驱动缓存读取解析后的值 */
            sensor_channel_get(dht, SENSOR_CHAN_AMBIENT_TEMP, &temp);
            sensor_channel_get(dht, SENSOR_CHAN_HUMIDITY, &humidity);

            printk("DHT11: Temperature: %d.%d C, Humidity: %d.%d %%RHn",
                   temp.val1, temp.val2 / 100000,
                   humidity.val1, humidity.val2 / 100000);
        }

        k_msleep(SLEEP_TIME_MS);   /* DHT11 要求 ≥1s 采样间隔 */
    }
    return 0;
}

应用层调用链路（非 RTIO 路径）：

main() 
  → sensor_sample_fetch(dht)     // Zephyr sensor 框架
    → dht_sample_fetch()         // DHT 驱动实现，bit-bang 单总线通信
  → sensor_channel_get(dht, ...) // Zephyr sensor 框架  
    → dht_channel_get()          // 解析 sample[] 为 sensor_value

9. 结果展示

10. 总结

Zephyr 的 DHT 驱动设计精巧：

• 自适应阈值替代硬编码时序判断，跨 MCU 兼容性好

• 单 GPIO + Cycle 计数器实现微秒级测量，无需专用定时器

• Sensor 框架统一接口，应用层无需关心底层协议

• Device Tree 与 Kconfig 解耦硬件描述与编译配置

集成到 FRDM-MCXW71 时，唯一需注意的硬件细节是 PTA19 引脚复用冲突（与 TPM0 PWM），通过 overlay 禁用 TPM0 即可解决。