一奇徒、介紹
?? 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是一種復(fù)合傳感器干像，包含溫度和濕度的校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出赖歌。采用專(zhuān)用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)构资，確保產(chǎn)品具有高可靠性和優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性割坠。
?? 該傳感器包含一個(gè)電阻濕感元件和一個(gè)NTC溫度測(cè)量設(shè)備齐帚，并與一個(gè)高性能8位微控制器連接。其精度：濕度+-5%RH彼哼， 溫度+-2℃对妄。量程：濕度20-90%RH， 溫度0~50℃敢朱。采樣周期：大于等于1秒/次剪菱。
?? 在我們剛開(kāi)始練習(xí)寫(xiě)傳感器的時(shí)序時(shí)，DHT11非常適合新手入門(mén)練習(xí)如何寫(xiě)時(shí)序拴签。
二孝常、組件
★Raspberry Pi主板*1
★樹(shù)莓派電源*1
★40P軟排線*1
★濕度傳感器DHT11模塊*1
★面包板*1
★跳線若干
三、實(shí)驗(yàn)原理
?? DHT11是一款價(jià)格便宜蚓哩，易于使用的溫度濕度測(cè)量二合一傳感器茫因。它具有超小體積、極低功耗的特點(diǎn)杖剪。它使用單根總線與單片機(jī)進(jìn)行雙向的串行數(shù)據(jù)傳輸冻押，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上。非常適用于對(duì)精度和實(shí)時(shí)性要求不高的溫濕度測(cè)量場(chǎng)合盛嘿。
?? 數(shù)據(jù)總線DATA使用上拉電阻拉高洛巢，因此總線空閑時(shí)為高電平。上拉電阻阻值推薦范圍：4.7K~5.1K次兆。必要時(shí)在VDD和GND之間并一個(gè)100nF的去耦電容稿茉。
1. DHT11的數(shù)據(jù)格式：
??DATA 用于樹(shù)莓派與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右漓库，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分恃慧，具體格式在下面說(shuō)明，操作流程如下:
?? DHT11用的是單總線協(xié)議渺蒿，一次傳送40位的數(shù)據(jù)痢士。 注意了，看到這一句話茂装，也就是說(shuō)我們每次讀取DHT11的數(shù)據(jù)時(shí)怠蹂，都要一次性讀取40次，也就是讀取40位少态。并且數(shù)據(jù)前16位是與濕度相關(guān)的城侧，中間16位是與溫度相關(guān)的，最后八位是用來(lái)校驗(yàn)的彼妻，當(dāng)我們校驗(yàn)成功后嫌佑，證明這一次的溫濕度結(jié)果正確的，我們的樹(shù)莓派就可以使用這個(gè)溫濕度值侨歉；如果校驗(yàn)不通過(guò)歧强，那么就代表我們這次讀取出來(lái)的溫濕度值，是錯(cuò)誤的（也許是我們的時(shí)序錯(cuò)誤了为肮，也許是傳感器的問(wèn)題），我們不進(jìn)行采樣肤京。
2. DHT11的工作原理：
DHT11的總體通信流程：
第一步：主機(jī)（樹(shù)莓派）先發(fā)送開(kāi)始信號(hào)颊艳，從機(jī)（DHT11）會(huì)返回一個(gè)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答。
第二步：主機(jī)信號(hào)線拉高準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)忘分。
第三步：開(kāi)始接收數(shù)據(jù)（一次接收40位）棋枕。
?? DHT11使用單一總線通信，即DATA引腳和單片機(jī)連接的線妒峦≈匕撸總線總是處于空閑狀態(tài)和通信狀態(tài)這個(gè)2個(gè)狀態(tài)之間。當(dāng)樹(shù)莓派沒(méi)有與DHT11交互時(shí)肯骇，總線處于空閑狀態(tài)窥浪，在上拉電阻的作用下，處于高電平狀態(tài)笛丙。
?? 當(dāng)單片機(jī)和DHT11正在通信時(shí)漾脂，總線處于通信狀態(tài)，一次完整的通信過(guò)程如下：
?? 第一步：DHT11 上電后（DHT11 上電后要等待 1秒以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不能發(fā)送任何指令）胚鸯，測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)骨稿，幵記錄數(shù)據(jù)，同時(shí) DHT11 的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電；此時(shí) DHT11 的DATA 引腳處于輸入狀態(tài)坦冠，時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào)形耗。
?? 第二步：微處理器的 I/O 設(shè)置為輸出，同時(shí)輸出低電平辙浑，且低電平保持時(shí)間不能小于 18ms激涤，然后輸出高電平20~40us，再樹(shù)莓派的 I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)例衍，等待 DHT11 作出回答信號(hào)昔期，發(fā)送信號(hào)如圖所示：
?? 第三步：DHT11 的 DATA 引腳檢測(cè)到外部信號(hào)有低電平時(shí)，等待外部信號(hào)低電平結(jié)束佛玄，延遲后 DHT11 的 DATA引腳處于輸出狀態(tài)硼一，輸出 80 微秒的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)梦抢，樹(shù)莓派的 I/O 此時(shí)處于輸入狀態(tài)般贼，檢測(cè)到 I/O 有低電平（DHT11 回應(yīng)信號(hào)）后，等待 80 微秒的高電平后的數(shù)據(jù)接收奥吩，發(fā)送信號(hào)如圖所示：
?? 第四步：由 DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)哼蛆，樹(shù)莓派根據(jù) I/O 電平的變化接收 40 位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0”的格式為： 50 微秒的低電平和 26-28 微秒的高電平霞赫；位數(shù)據(jù)“1”的格式為： 50 微秒的低電平加 70微秒的高電平腮介。位數(shù)據(jù)“0”、“1”格式信號(hào)如圖所示：
?? 我們可以把這一段的時(shí)序理解為叠洗，DHT11先把數(shù)據(jù)線拉低50us，然后我們?cè)偃?duì)比高電平持續(xù)的時(shí)間旅东，如果持續(xù)時(shí)間較短灭抑，則為位“0”；如果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)抵代，則為位“1”腾节。
?? 結(jié)束信號(hào)：DHT11 的 DATA 引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平 50 微秒后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)荤牍，由于上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖桨赶佟５?DHT11 內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，幵記錄數(shù)據(jù)康吵，等待外部信號(hào)的到來(lái)救湖。
注意事項(xiàng)：
1、DHT11上電后涎才，要等待 1秒 以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)鞋既，在此期間不能發(fā)送任何指令力九。
2、DHT11屬于低速傳感器邑闺，兩次通信請(qǐng)求之間的間隔時(shí)間不能太短跌前，一般來(lái)說(shuō)要不能低于1秒。
對(duì)DHT11的時(shí)序做一個(gè)總結(jié)：
一. 主機(jī)（單片機(jī)）發(fā)送起始信號(hào)：
??1.主機(jī)先拉高data陡舅。
??2.拉低data延遲18ms抵乓。
??3.拉高data（單片機(jī)引腳設(shè)置為輸入）。
二. 從機(jī)（DHT11）收到起始信號(hào)后進(jìn)行應(yīng)答：
??從機(jī)拉低data靶衍，主機(jī)讀取到data線被拉低持續(xù)80us后從機(jī)拉高data線灾炭， 持續(xù)80us，直到高電平結(jié)束颅眶，意味著主機(jī)可以開(kāi)始接受數(shù)據(jù)蜈出。
三. 主機(jī)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)：
??1.主機(jī)先把data線拉高（io設(shè)置為輸入）。
??2.從機(jī)把data線拉低涛酗，主機(jī)讀取data線電平续滋，直到低電平結(jié)束（大約50us）從機(jī)拉高data線后肃续，對(duì)比高電平持續(xù)的時(shí)間捆愁，如果持續(xù)時(shí)間較短饿凛，則為位“0”；如果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)剖笙，則為位“1”卵洗。
??3.繼續(xù)重復(fù)上述1,2步驟累計(jì)40次。
四. data線拉低50us代表讀取結(jié)束
五. 校驗(yàn)數(shù)據(jù)
更多資料請(qǐng)參考DHT11 官方手冊(cè)：
https://www.dfrobot.com.cn/image/data/DFR0067/DFR0067_DS_10.pdf
四弥咪、實(shí)驗(yàn)步驟
??第1步：連接電路过蹂。
| 樹(shù)莓派 | T型轉(zhuǎn)接板 | 溫濕度傳感器 |
|---|---|---|
| GPIO0 | G17 | OUT（DATA） |
| 5V | 5V | VCC |
| GND | GND | GND |
??第2步：編寫(xiě)控制程序。將提取的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)據(jù)酪夷，校驗(yàn)后打印出來(lái)。
??本次編程中將用到NumPy(Numerical Python)擴(kuò)展程序庫(kù)孽惰，支持大量的維度數(shù)組與矩陣運(yùn)算晚岭，此外也針對(duì)數(shù)組運(yùn)算提供大量的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)。詳情參考NumPy 教程：
??https://www.runoob.com/numpy/numpy-tutorial.html
??為便于對(duì)比DHT11高電平持續(xù)的時(shí)間勋功，我們?cè)O(shè)置了一個(gè)計(jì)數(shù)器參數(shù)k坦报，如果持續(xù)時(shí)間較短，則k值較锌裥片择；如果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，則k值較大骚揍。當(dāng)然字管，也可以使用時(shí)間函數(shù)直接對(duì)比時(shí)間長(zhǎng)短啰挪，但是程序相對(duì)要復(fù)雜一些。比如使用GPIO.add_event_detect()和time.time()函數(shù)嘲叔。
??從上面的截圖中可以看出亡呵，高電平持續(xù)的時(shí)間較短，26-28 微秒時(shí)硫戈，參數(shù)k等于5或6锰什；高電平持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，70 微秒時(shí)丁逝，參數(shù)k等于17或18汁胆。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import numpy as np
import time
DHTPIN = 17 #引腳號(hào)17
GPIO.setmode(GPIO.BCM) #以BCM編碼格式
def read_dht11_dat():
GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(DHTPIN, GPIO.LOW)
#給信號(hào)提示傳感器開(kāi)始工作,并保持低電平18ms以上
time.sleep(0.02) #這里保持20ms
GPIO.output(DHTPIN, GPIO.HIGH) #然后輸出高電平
GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.IN)
# 發(fā)送完開(kāi)始信號(hào)后得把輸出模式換成輸入模式，不然信號(hào)線上電平始終被拉高
while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.LOW:
continue
#DHT11發(fā)出應(yīng)答信號(hào)霜幼，輸出 80 微秒的低電平
while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.HIGH:
continue
#緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)
#開(kāi)始接收數(shù)據(jù)
j = 0 #計(jì)數(shù)器
data = [] #收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)
kk=[] #存放每次高電平結(jié)束后的k值的列表
while j < 40:
k = 0
while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.LOW: # 先是 50 微秒的低電平
continue
while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.HIGH: # 接著是26-28微秒的高電平嫩码，或者 70 微秒的高電平
k += 1
if k > 100:
break
kk.append(k)
if k < 8: #26-28 微秒時(shí)高電平時(shí)通常k等于5或6
data.append(0) #在數(shù)據(jù)列表后面添加一位新的二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”
else: #70 微秒時(shí)高電平時(shí)通常k等于17或18
data.append(1) #在數(shù)據(jù)列表后面添加一位新的二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”
j += 1
print("sensor is working.")
print '初始數(shù)據(jù)高低電平:\n',data #輸出初始數(shù)據(jù)高低電平
print '參數(shù)k的列表內(nèi)容：\n',kk #輸出高電平結(jié)束后的k值
m = np.logspace(7,0,8,base=2,dtype=int) #logspace()函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)于等比數(shù)列的數(shù)組
#即[128 64 32 16 8 4 2 1]，8位二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)值
data_array = np.array(data) #將data列表轉(zhuǎn)換為數(shù)組
#dot()函數(shù)對(duì)于兩個(gè)一維的數(shù)組辛掠，計(jì)算的是這兩個(gè)數(shù)組對(duì)應(yīng)下標(biāo)元素的乘積和(數(shù)學(xué)上稱(chēng)之為內(nèi)積)
humidity = m.dot(data_array[0:8]) #用前8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)計(jì)算濕度的十進(jìn)制值
humidity_point = m.dot(data_array[8:16])
temperature = m.dot(data_array[16:24])
temperature_point = m.dot(data_array[24:32])
check = m.dot(data_array[32:40])
print humidity,humidity_point,temperature,temperature_point,check
tmp = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point
#十進(jìn)制的數(shù)據(jù)相加
if check == tmp: #數(shù)據(jù)校驗(yàn)谢谦，相等則輸出
return humidity, temperature
else: #錯(cuò)誤輸出錯(cuò)誤信息
return False
def main():
print "Raspberry Pi DHT11 Temperature test program\n"
time.sleep(1) #通電后前一秒狀態(tài)不穩(wěn)定，時(shí)延一秒
while True:
result = read_dht11_dat()
if result:
humidity, temperature = result
print "humidity: %s %%, Temperature: %s ℃" % \
(humidity, temperature)
print '\n'
time.sleep(1)
if result == False:
print "Data are wrong,skip\n"
time.sleep(1)
def destroy():
GPIO.cleanup()
if __name__ == '__main__':
try:
main()
except KeyboardInterrupt:
destroy()
??
