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樹莓派溫濕度傳感器器件實驗

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溫濕度傳感器器件介紹
DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。

溫濕度傳感器模塊溫濕度傳感器器件
引腳說明
VCC    供電3.5V-5.5V DC
DATA 串行數據，單總線，必須接上拉電阻 5.1K左右，這樣空閑時 DATA總是為高電平
GND   接地，電源負極
NC     空腳不連接
DHT11的工作原理
DHT11是通過單總線與微處理器通訊，只需要一根線，一次傳送40位數據，高位先出。
數據格式
8bit濕度整數數據 + 8bit濕度小數數據 +8bit溫度整數數據 + 8bit溫度小數數據 + 8bit校驗位。
校驗算法
將濕度、溫度的整數小數累加，只保留低8位。MCU與DHT11通信約定：主從結構，DHT11為從機，MCU作為主機，只有主機呼叫從機，從機才能應答。
詳細流程
MCU發送起始信號 -> DHT響應信號 -> DHT通知MCU準備接受信號 ->DHT發送準備好的數據 ->DHT結束信號-> DHT內部重測環境溫濕度數據并記錄數據等待下一次MCU的起始信號。
由流程可知，每一次MCU獲取的數據總是DHT上一次采集的數據，要想得到實時的數據，連續兩次獲取即可，官方不建議連續多次讀取DHT，每次讀取的間隔時間大于5秒就足夠獲取到準確的數據，上電時DHT需要1S的時間穩定。
MCU起始信號
1、設置DATA引腳為輸出狀態并輸出高電平
2、再將DATA輸出為低電平，持續時間大于18ms，此時DHT檢測到后從低功耗模式->高速模式
3、DATA引腳設置為輸入狀態，由于上拉電阻的關系，DATA就變為高電平，從而完成一次起始信號。

響應信號、準備信號
（DHT在MCU DATA引腳輸出低電平時，從低功耗模式轉至高速模式，等待DATA引腳變為高電平）
1、DHT輸出 80us低電平 作為應答信號
2、DHT輸出 80us高電平 通知微處理器準備接受數據
3、連續發送 40位數據（上次采集的數據）

DHT數據信號
數據為“0”格式：50us的低電平 +26-28us的高電平
數據為“1”格式：50us的低電平 +70us的高電平


DHT結束信號
DHT的DATA引腳輸出40位數據后，繼續輸出低電平50us后轉為輸入狀態，由于上拉電阻，DATA隨之變為高電平。DHT內部開始重測環境溫濕度數據，并記錄數據，等待外部的起始信號。

實驗目的
利用溫濕度傳感器檢測空間內的溫度和濕度，傳感器將數據收集到以后傳到RaspberryPi開發板中，經過處理反映在LCD上，在LCD中第一行顯示的是溫度，第二行顯示的濕度。
組件清單
u  面包板*1
u  DHT11傳感器*1
u  串行LCD1602*1
u  導線若干
連接
  

  
IO1(wiringPi)/18(BCM)
        
DATE（OUT）
  
C++部分代碼      
        
#include    <stdio.h>
   
#include    <wiringPi.h>
   
#include    <wiringPiI2C.h>
   
#include    <string.h>
   
#include    <stdlib.h>
   
#include    "LiquidCrystal_I2C.h"
   
#include    "dht11.h"
   
int main()
   
{
   
    char val1[3],val2[3],val3[3],val4[3];
   
    init();
   
    delay(100);
   
wiringPiSetup();
   
  while(1)
   
    {
   
       pinMode(1,OUTPUT); // set mode to output
   
       digitalWrite(1, 1); // output a high level   
   
       delay(100);
   
        if(readSensorData())
   
        {
   
               printf("RH:%d.%d\n",(int)(databuf>>24)&0xff,(int)(databuf>>16)&0xff);
   
               printf("TMP:%d.%d\n",(int)(databuf>>8)&0xff,(int)databuf&0xff);
   
               int2str((int)(databuf>>24)&0xff,val1);
   
               int2str((int)(databuf>>16)&0xff,val2);
   
               int2str((int)(databuf>>8)&0xff,val3);
   
               int2str((int)(databuf)&0xff,val4);
   
               write(0, 0,"RH: ");
   
               write(5, 0,val1);
   
                write(7, 0,".");
   
               write(8, 0,val2);
   
               write(0, 1,"TMP: ");
   
               write(5, 1,val3);
   
   
   
   
                                 


  
           write(7, 1,".");
  
            write(8, 1,val4);
  
            databuf=0;
  
            delay(1000);
  
       }
  
    }   
  
}
  
  
Python部分代碼
  1. import RPi.GPIO as GPIO
  2.   
  3. import time
  4.   
  5. import LCD1602 as LCD
  6.   
  7.   
  8.   
  9. DHTPIN = 18
  10.   
  11. LCD.init_lcd()
  12.   
  13. time.sleep(2)
  14.   
  15. GPIO.setmode(GPIO.BCM)
  16.   
  17.   
  18. MAX_UNCHANGE_COUNT = 100
  19.   
  20.   
  21. STATE_INIT_PULL_DOWN = 1
  22.   
  23. STATE_INIT_PULL_UP = 2
  24.   
  25. STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN = 3
  26.   
  27. STATE_DATA_PULL_UP = 4
  28.   
  29. STATE_DATA_PULL_DOWN = 5
  30.   
  31.   
  32. def read_dht11_dat():
  33.   
  34. GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.OUT)
  35.   
  36. GPIO.output(DHTPIN, GPIO.HIGH)
  37.   
  38. time.sleep(0.05)
  39.   
  40. GPIO.output(DHTPIN, GPIO.LOW)
  41.   
  42. time.sleep(0.02)
  43.   
  44. GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.IN, GPIO.PUD_UP)
  45.   
  46.   
  47. unchanged_count = 0
  48.   
  49. last = -1
  50.   
  51. data = []
  52.   
  53. while True:
  54.   
  55.   current = GPIO.input(DHTPIN)
  56.   
  57.   data.append(current)
  58.   
  59.   if last != current:
  60.   
  61.     unchanged_count = 0
  62.   
  63.    last = current
  64.   
  65.   else:
  66.   
  67.     unchanged_count += 1
  68.   
  69.    if unchanged_count > MAX_UNCHANGE_COUNT:
  70.   
  71.     break
  72.   
  73.   
  74. state = STATE_INIT_PULL_DOWN
  75.   
  76.   
  77. lengths = []
  78.   
  79. current_length = 0
  80.   
  81.   
  82. for current in data:
  83.   
  84.    current_length += 1
  85.   
  86.   
  87.   if state == STATE_INIT_PULL_DOWN:
  88.   
  89.    if current == GPIO.LOW:
  90.   
  91.     state = STATE_INIT_PULL_UP
  92.   
  93.    else:
  94.   
  95.     continue
  96.   
  97.   if state == STATE_INIT_PULL_UP:
  98.   
  99.    if current == GPIO.HIGH:
  100.   
  101.     state =  STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN
  102.   
  103.    else:
  104.   
  105.     continue
  106.   
  107.   if state ==  STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN:
  108.   
  109.    if current == GPIO.LOW:
  110.   
  111.     state = STATE_DATA_PULL_UP
  112.   
  113.    else:
  114.   
  115.     continue
  116.   
  117.   if state == STATE_DATA_PULL_UP:
  118.   
  119.    if current == GPIO.HIGH:
  120.   
  121.      current_length = 0
  122.   
  123.     state = STATE_DATA_PULL_DOWN
  124.   
  125.    else:
  126.   
  127.     continue
  128.   
  129.   if state == STATE_DATA_PULL_DOWN:
  130.   
  131.    if current == GPIO.LOW:
  132.   
  133.     lengths.append(current_length)
  134.   
  135.     state = STATE_DATA_PULL_UP
  136.   
  137.    else:
  138.   
  139.     continue
  140.   
  141. if len(lengths) != 40:
  142.   
  143.   print ("Data not good,  skip")
  144.   
  145.   return False
  146.   
  147.   
  148. shortest_pull_up = min(lengths)
  149.   
  150. longest_pull_up = max(lengths)
  151.   
  152. halfway = (longest_pull_up + shortest_pull_up) / 2
  153.   
  154. bits = []
  155.   
  156. the_bytes = []
  157.   
  158. byte = 0
  159.   
  160.   
  161. for length in lengths:
  162.   
  163.   bit = 0
  164.   
  165.   if length > halfway:
  166.   
  167.    bit = 1
  168.   
  169.   bits.append(bit)
  170.   
  171. print ("bits: %s, length:  %d"  % (bits, len(bits)))
  172.   
  173. for i in range(0, len(bits)):
  174.   
  175.   byte = byte << 1
  176.   
  177.   if (bits[i]):
  178.   
  179.    byte = byte | 1
  180.   
  181.   else:
  182.   
  183.    byte = byte | 0
  184.   
  185.   if ((i + 1) % 8 == 0):
  186.   
  187.    the_bytes.append(byte)
  188.   
  189.    byte = 0
  190.   
  191. print (the_bytes)
  192.   
  193. checksum = (the_bytes[0] + the_bytes[1] + the_bytes[2] + the_bytes[3]) & 0xFF
  194.   
  195. if the_bytes[4] != checksum:
  196.   
  197.   print ("Data not good,  skip")
  198.   
  199.   return False
  200.   
  201.   
  202. return the_bytes[0], the_bytes[2]
  203.   
  204.   
  205. def main():
  206.   
  207. print ("Raspberry Pi  wiringPi DHT11 Temperature test program\n")
  208.   
  209. while True:
  210.   
  211.   result = read_dht11_dat()
  212.   
  213.   if result:
  214.   
  215.    humidity, temperature = result
  216.   
  217.    print ("humidity: %s  %%,  Temperature: %s C`" % (humidity, temperature))
  218.   
  219.    LCD.print_lcd(0,0,'HUM: ' + str(humidity) + ' %')
  220.   
  221.    LCD.print_lcd(0,1,'TEM: ' + str(temperature) + ' C')
  222.   
  223.   time.sleep(1)
  224.   
  225.   
  226. def destroy():
  227.   
  228. GPIO.cleanup()
  229.   
  230.   
  231. if __name__ == '__main__':
  232.   
  233. try:
  234.   
  235.   main()
  236.   
  237. except  KeyboardInterrupt:
  238.   
  239.   destroy()
復制代碼

   
實驗結論
注意事項：若LCD燈光太暗，可以通過調節LCD背面藍色的可變電阻（注：接背面的跳線帽）


通過樹莓派GPIO口控制DT11溫濕度傳感器 和 LCD1602 ，了解DT11溫濕度傳感器工作原理和LCD顯示方式。

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