树莓派温湿度传感器器件实验

ID:613705 · 发表于 2020-7-16 11:51

温湿度传感器器件介绍
DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

温湿度传感器模块温湿度传感器器件
引脚说明
VCC 供电3.5V-5.5V DC
DATA 串行数据，单总线，必须接上拉电阻 5.1K左右，这样空闲时 DATA总是为高电平
GND 接地，电源负极
NC    空脚不连接
DHT11的工作原理
DHT11是通过单总线与微处理器通讯，只需要一根线，一次传送40位数据，高位先出。
数据格式
8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 +8bit温度整数数据 + 8bit温度小数数据 + 8bit校验位。
校验算法
将湿度、温度的整数小数累加，只保留低8位。MCU与DHT11通信约定：主从结构，DHT11为从机，MCU作为主机，只有主机呼叫从机，从机才能应答。
详细流程
MCU发送起始信号 -> DHT响应信号 -> DHT通知MCU准备接受信号 ->DHT发送准备好的数据 ->DHT结束信号-> DHT内部重测环境温湿度数据并记录数据等待下一次MCU的起始信号。
由流程可知，每一次MCU获取的数据总是DHT上一次采集的数据，要想得到实时的数据，连续两次获取即可，官方不建议连续多次读取DHT，每次读取的间隔时间大于5秒就足够获取到准确的数据，上电时DHT需要1S的时间稳定。
MCU起始信号
1、设置DATA引脚为输出状态并输出高电平
2、再将DATA输出为低电平，持续时间大于18ms，此时DHT检测到后从低功耗模式->高速模式
3、DATA引脚设置为输入状态，由于上拉电阻的关系，DATA就变为高电平，从而完成一次起始信号。

响应信号、准备信号
（DHT在MCU DATA引脚输出低电平时，从低功耗模式转至高速模式，等待DATA引脚变为高电平）
1、DHT输出 80us低电平作为应答信号
2、DHT输出 80us高电平通知微处理器准备接受数据
3、连续发送 40位数据（上次采集的数据）

DHT数据信号
数据为“0”格式：50us的低电平 +26-28us的高电平
数据为“1”格式：50us的低电平 +70us的高电平

DHT结束信号
DHT的DATA引脚输出40位数据后，继续输出低电平50us后转为输入状态，由于上拉电阻，DATA随之变为高电平。DHT内部开始重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部的起始信号。

实验目的
利用温湿度传感器检测空间内的温度和湿度，传感器将数据收集到以后传到RaspberryPi开发板中，经过处理反映在LCD上，在LCD中第一行显示的是温度，第二行显示的湿度。
组件清单
u  面包板*1
u  DHT11传感器*1
u  串行LCD1602*1
u  导线若干
连接

IO1(wiringPi)/18(BCM)

DATE（OUT）

C++部分代码

#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部分代码

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import LCD1602 as LCD
DHTPIN = 18
LCD.init_lcd()
time.sleep(2)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
MAX_UNCHANGE_COUNT = 100
STATE_INIT_PULL_DOWN = 1
STATE_INIT_PULL_UP = 2
STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN = 3
STATE_DATA_PULL_UP = 4
STATE_DATA_PULL_DOWN = 5
def read_dht11_dat():
GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(DHTPIN, GPIO.HIGH)
time.sleep(0.05)
GPIO.output(DHTPIN, GPIO.LOW)
time.sleep(0.02)
GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.IN, GPIO.PUD_UP)
unchanged_count = 0
last = -1
data = []
while True:
current = GPIO.input(DHTPIN)
data.append(current)
if last != current:
unchanged_count = 0
last = current
else:
unchanged_count += 1
if unchanged_count > MAX_UNCHANGE_COUNT:
break
state = STATE_INIT_PULL_DOWN
lengths = []
current_length = 0
for current in data:
current_length += 1
if state == STATE_INIT_PULL_DOWN:
if current == GPIO.LOW:
state = STATE_INIT_PULL_UP
else:
continue
if state == STATE_INIT_PULL_UP:
if current == GPIO.HIGH:
state = STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN
else:
continue
if state == STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN:
if current == GPIO.LOW:
state = STATE_DATA_PULL_UP
else:
continue
if state == STATE_DATA_PULL_UP:
if current == GPIO.HIGH:
current_length = 0
state = STATE_DATA_PULL_DOWN
else:
continue
if state == STATE_DATA_PULL_DOWN:
if current == GPIO.LOW:
lengths.append(current_length)
state = STATE_DATA_PULL_UP
else:
continue
if len(lengths) != 40:
print ("Data not good, skip")
return False
shortest_pull_up = min(lengths)
longest_pull_up = max(lengths)
halfway = (longest_pull_up + shortest_pull_up) / 2
bits = []
the_bytes = []
byte = 0
for length in lengths:
bit = 0
if length > halfway:
bit = 1
bits.append(bit)
print ("bits: %s, length: %d" % (bits, len(bits)))
for i in range(0, len(bits)):
byte = byte << 1
if (bits[i]):
byte = byte | 1
else:
byte = byte | 0
if ((i + 1) % 8 == 0):
the_bytes.append(byte)
byte = 0
print (the_bytes)
checksum = (the_bytes[0] + the_bytes[1] + the_bytes[2] + the_bytes[3]) & 0xFF
if the_bytes[4] != checksum:
print ("Data not good, skip")
return False
return the_bytes[0], the_bytes[2]
def main():
print ("Raspberry Pi wiringPi DHT11 Temperature test program\n")
while True:
result = read_dht11_dat()
if result:
humidity, temperature = result
print ("humidity: %s %%, Temperature: %s C`" % (humidity, temperature))
LCD.print_lcd(0,0,'HUM: ' + str(humidity) + ' %')
LCD.print_lcd(0,1,'TEM: ' + str(temperature) + ' C')
time.sleep(1)
def destroy():
GPIO.cleanup()
if __name__ == '__main__':
try:
main()
except KeyboardInterrupt:
destroy()

复制代码

实验结论
注意事项：若LCD灯光太暗，可以通过调节LCD背面蓝色的可变电阻（注：接背面的跳线帽）

通过树莓派GPIO口控制DT11温湿度传感器和 LCD1602 ，了解DT11温湿度传感器工作原理和LCD显示方式。

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