2.2.3 DHT-11

前書き

デジタル温湿度センサーDHT11は、温度と湿度の校正済みデジタル信号出力を含む複合センサーである。専用のデジタルモジュールコレクションの技術と温湿度検知の技術を適用して、製品の高い信頼性と優れた安定性を確保している。

センサーには、湿式素子抵抗センサーとNTC温度センサーが含まれており、高性能の8ビットマイクロコントローラーに接続されている。

部品

_images/list_2.2.3_dht-11.png

原理

DHT11は基本的な超低コストのデジタル温湿度センサーである。容量性湿度センサーとサーミスタを使用して周囲の空気を測定し、データピンにデジタル信号を出力する(アナログ入力ピンは不要)。

_images/image205.png

VCC、GND、とDATAの三つのピンのみが利用できる。通信プロセスは開始信号をDHT11に送信するDATAラインから始まり、DHT11は信号を受信して応答信号を返す。次に、ホストは応答信号を受信し、40ビットの湿度データ(8ビット湿度整数+ 8ビット湿度10進数+ 8ビット温度整数+ 8ビット温度10進数+ 8ビットチェックサム)の受信を開始する。詳細については、DHT11データシートを参照してください。

回路図

_images/image326.png

実験手順

ステップ1: 回路を作る。

_images/image207.png

C言語ユーザー向け

ステップ2: コードのフォルダーに入る。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.2.3/

ステップ3: コードをコンパイルする。

gcc 2.2.3_DHT.c -lwiringPi

ステップ4: EXEファイルを実行する。

sudo ./a.out

コードの実行後、プログラムはDHT11によって検出された温度と湿度をコンピューター画面にプリントする。

注釈

If it does not work after running, or there is an error prompt: "wiringPi.h: No such file or directory", please refer to Cコードが機能していませんか?.

コード

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>

#define maxTim 85
#define dhtPin 0

int dht11_dat[5] = {0,0,0,0,0};

void readDht11() {
    uint8_t laststate = HIGH;
    uint8_t counter = 0;
    uint8_t j = 0, i;
    float Fah; // fahrenheit
    dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;
    // pull pin down for 18 milliseconds
    pinMode(dhtPin, OUTPUT);
    digitalWrite(dhtPin, LOW);
    delay(18);
    // then pull it up for 40 microseconds
    digitalWrite(dhtPin, HIGH);
    delayMicroseconds(40);
    // prepare to read the pin
    pinMode(dhtPin, INPUT);

    // detect change and read data
    for ( i=0; i< maxTim; i++) {
        counter = 0;
        while (digitalRead(dhtPin) == laststate) {
            counter++;
            delayMicroseconds(1);
            if (counter == 255) {
                break;
            }
        }
        laststate = digitalRead(dhtPin);

        if (counter == 255) break;
        // ignore first 3 transitions
        if ((i >= 4) && (i%2 == 0)) {
            // shove each bit into the storage bytes
            dht11_dat[j/8] <<= 1;
            if (counter > 50)
                dht11_dat[j/8] |= 1;
            j++;
        }
    }
    // check we read 40 bits (8bit x 5 ) + verify checksum in the last byte
    // print it out if data is good
    if ((j >= 40) &&
            (dht11_dat[4] == ((dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF)) ) {
        Fah = dht11_dat[2] * 9. / 5. + 32;
        printf("Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d *C (%.1f *F)\n",
                dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], Fah);
    }
}

int main (void) {
    if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed, print messageto screen
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }
    while (1) {
        readDht11();
        delay(500); // wait 1sec to refresh
    }
    return 0 ;
}

コードの説明

void readDht11() {
    uint8_t laststate = HIGH;
    uint8_t counter = 0;
    uint8_t j = 0, i;
    float Fah; // fahrenheit
    dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;
    // ...
}

この機能はDHT11の機能を実現するために使用される。

通常、次の3つの部分に分けることができる:

  1. ピンを読む準備ができた:

// pull pin down for 18 milliseconds
pinMode(dhtPin, OUTPUT);
digitalWrite(dhtPin, LOW);
delay(18);
// then pull it up for 40 microseconds
digitalWrite(dhtPin, HIGH);
delayMicroseconds(40);
// prepare to read the pin
pinMode(dhtPin, INPUT);

その通信フローは、作業のタイミングによって決まる。

_images/image208.png

DHT11が起動すると、MCUは低レベルの信号を送信し、40usの間信号を高レベルに保つ。その後、外部環境の状態の検出が開始される。

  1. データの読み取り:

// detect change and read data
for ( i=0; i< maxTim; i++) {
        counter = 0;
        while (digitalRead(dhtPin) == laststate) {
            counter++;
            delayMicroseconds(1);
            if (counter == 255) {
                break;
            }
        }
        laststate = digitalRead(dhtPin);
        if (counter == 255) break;
        // ignore first 3 transitions
        if ((i >= 4) && (i%2 == 0)) {
            // shove each bit into the storage bytes
            dht11_dat[j/8] <<= 1;
            if (counter > 50)
                dht11_dat[j/8] |= 1;
            j++;
        }
    }

ループは検出されたデータをdht11_dat []配列に保存する。DHT11は一度に40ビットのデータを転送する。最初の16ビットは湿度に関連し、中央の16ビットは温度に関連し、最後の8ビットは検証に使用される。データ形式は次のとおりである:

8ビット湿度整数データ + 8ビット湿度10進データ + 8ビット温度整数データ + 8ビット温度10進データ + 8ビットチェックビット

  1. 湿度と温度をプリントする。

// check we read 40 bits (8bit x 5 ) + verify checksum in the last byte
// print it out if data is good
if ((j >= 40) &&
        (dht11_dat[4] == ((dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF)) ) {
    Fah = dht11_dat[2] * 9. / 5. + 32;
    printf("Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d *C (%.1f *F)\n",
            dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], Fah);
}

データストレージが最大40ビットの場合、 check bit (dht11_dat[4]) を通じてデータの有効性をチェックし、温度と湿度をプリントする。

たとえば、受信データが00101011(湿度整数の8ビット値)00000000(湿度10進数の8ビット値)00111100(温度整数の8ビット値)00000000(温度10進数の8ビット値)01100111(チェックビット)の場合、

計算:

00101011+00000000+00111100+00000000=01100111.

最終結果はチェックビットデータに等しく、受信データは正しいである:

湿度= 43%、温度= 60 * C。

チェックビットデータと等しくない場合、データ送信は正常ではなく、データが再度受信される。

Python言語ユーザー向け

ステップ2: コードのフォルダーに入る。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

ステップ3: EXEファイルを実行する。

sudo python3 2.2.3_DHT.py

コードの実行後、プログラムはDHT11によって検出された温度と湿度をコンピューター画面にプリントする。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 できます。 ただし、その前に、 davinci-kit-for-raspberry-pi/python のようなソースコードパスに移動する必要があります。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

dhtPin = 17

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 readDht11():
    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():

    while True:
        result = readDht11()
        if result:
            humidity, temperature = result
            print ("humidity: %s %%,  Temperature: %s C`" % (humidity, temperature))
        time.sleep(1)

def destroy():
    GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        destroy()

コードの説明

def readDht11():
    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 = []
    #...

この関数はDHT11の関数を実装するために使用される。それは検出されたデータをthe_bytes []配列に保存する。DHT11は一度に40ビットのデータを点灯する。最初の16ビットは湿度に関連し、中央の16ビットは温度に関連し、最後の8ビットは検証に使用される。データ形式は次のとおりである:

8ビット湿度整数データ +8ビット湿度10進データ +8ビット温度整数データ + 8ビット温度10進データ + 8ビットチェックビット

チェックビットを介して有効性が検出されると、関数は2つの結果を返す:1. エラー; 2.湿度と温度。

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]

たとえば、受信した日付が00101011(湿度整数の8ビット値)00000000(湿度10進数の8ビット値)00111100(温度整数の8ビット値)00000000(温度10進数の8ビット値)01100111(チェックビット)の場合、

計算:

00101011+00000000+00111100+00000000=01100111.

最終結果がチェックビットデータと等しい場合、データ送信は異常である:Falseを返す。

最終結果がチェックビットデータと等しく、受信データは正しい場合、the_bytes [0]とthe_bytes [2]が返され、「Humidity = 43%、Temperature= 60C」が出力される。

現象画像

_images/image209.jpeg