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.. _2.2.3_c_pi5:

2.2.3 DHT-11
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はじめに
--------------

デジタル温度湿度センサーDHT11は、温度と湿度のキャリブレートされたデジタル信号出力を含む複合センサーです。専用のデジタルモジュール収集技術と温度湿度検知技術が適用されており、製品が高い信頼性と優れた安定性を持っていることを確保します。

センサーには、湿式抵抗センサーと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ます。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトには、以下のコンポーネントが必要です。

.. image:: ../img/list_2.2.3_dht-11.png

全キットを購入することは確かに便利です。リンクはこちら：

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - 名前	
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから個別に購入することもできます。

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_humiture_sensor`
        - |link_humiture_buy|

回路図
-----------------

.. image:: ../img/image326.png


実験手順
-----------------------

**ステップ1:** 回路を作成します。

.. image:: ../img/image207.png

**ステップ2:** コードのフォルダに移動します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.2.3/

**ステップ3:** コードをコンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.2.3_DHT.c -lwiringPi

**ステップ4:** 実行可能ファイルを実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

コードが実行されると、プログラムはコンピュータの画面にDHT11で検出された温度と湿度を表示します。

.. note::

    実行後に動作しない、またはエラーメッセージが表示される場合「wiringPi.h: No such file or directory」は、 :ref:`install_wiringpi_pi5` を参照してください。

**コード**

.. code-block:: c

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

    #define MAXTIMINGS 85  // Maximum number of timing transitions

    int dht11_dat[5] = {0, 0, 0, 0, 0};  // Data array to hold sensor values

    // Function to read data from DHT11 sensor
    void read_dht11_dat(int GPIOPIN)
    {
        uint8_t currState;
        uint8_t laststate = HIGH;
        uint8_t counter = 0;
        uint8_t j = 0;
        uint8_t i;
        float f; // Temperature in Fahrenheit

        // Reset data array before each read
        dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;

        // Pull pin down for 18 milliseconds to initiate communication
        pinMode(GPIOPIN, OUTPUT);
        digitalWrite(GPIOPIN, LOW);
        delay(18);

        // Then pull it up for 40 microseconds
        digitalWrite(GPIOPIN, HIGH);
        delayMicroseconds(40); 

        // Prepare to read the pin
        pinMode(GPIOPIN, INPUT);

        // Detect change and read data
        for (i = 0; i < MAXTIMINGS; i++) 
        {
            counter = 0;

            // Count how long each state lasts
            while (digitalRead(GPIOPIN) == laststate)
            {
                counter++;
                delayMicroseconds(2);
                if (counter == 255) 
                {
                    break;
                }
            }

            // Save the current state
            laststate = digitalRead(GPIOPIN);

            if (counter == 255) break;

            // Ignore first 3 transitions (DHT11 response signal)
            if ((i >= 4) && (i % 2 == 0)) 
            {
                // Shift bits and store data
                dht11_dat[j/8] <<= 1;
                if (counter > 16)
                {
                    dht11_dat[j/8] |= 1;
                }

                j++;
            }
        }

        // Check if we received 40 bits (5 bytes) and verify checksum
        if ((j >= 40) && (dht11_dat[4] == ((dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF)) ) 
        {
            // Convert temperature to Fahrenheit
            f = dht11_dat[2] * 9.0 / 5.0 + 32;
            printf("Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d °C (%.1f °F)\n",
                   dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], f);
        }
        else
        {
            printf("Data not good, skip\n");
        }
    }

    int main (void)
    {
        printf("Raspberry Pi wiringPi DHT11 Temperature test program\n");

        // Initialize wiringPi using BCM GPIO pin numbering
        if (wiringPiSetupGpio() == -1)
        {
            exit(1);
        }

        while(1) 
        {
            // Read data from DHT11 connected to GPIO pin 17
            read_dht11_dat(17);
            delay(1000); // Wait 1 second before next read
        }

        return 0;
    }


**コード説明**

#. ヘッダーのインクルード: コードには、wiringPi関数と標準入出力に必要なヘッダーが含まれています。

   .. code-block:: C

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

#. 定義：

   * ``MAXTIMINGS``： DHT11 センサーから予期される最大タイミング遷移数（85）。
   
   .. code-block:: C

        #define MAXTIMINGS 85  // Maximum number of timing transitions

#. グローバルデータ配列：

   * ``dht11_dat[5]``： DHT11 センサーから受信した 5 バイトのデータを格納する配列。
   
   .. code-block:: C

        int dht11_dat[5] = {0, 0, 0, 0, 0};  // Data array to hold sensor values

#. 関数 ``read_dht11_dat(int GPIOPIN)``： 指定した GPIO ピンに接続された DHT11 センサーからデータを読み取ります。
   
   * 初期化： 各読み取り前に ``dht11_dat`` 配列をゼロにリセットします。
   
     .. code-block:: C

        dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;

   * スタート信号： DHT11 にデータ送信を開始するように信号を送るために、GPIO ピンを少なくとも 18 ミリ秒間低にします。
   
     .. code-block:: C

        pinMode(GPIOPIN, OUTPUT);
        digitalWrite(GPIOPIN, LOW);
        delay(18);  // 18 milliseconds

   * GPIO ピンを 40 マイクロ秒間高にします。
   
     .. code-block:: C

        digitalWrite(GPIOPIN, HIGH);
        delayMicroseconds(40);  // 40 microseconds

   * センサーからのデータを読み取るために GPIO ピンを入力モードに設定します。
   
     .. code-block:: C

        pinMode(GPIOPIN, INPUT);

   * データ読み取りループ： ``MAXTIMINGS`` 回までループしてデータビットを読み取ります。

     各遷移（高から低、または低から高）に対して、ピンが各状態に滞在する時間を測定します。

     .. code-block:: C

        for (i = 0; i < MAXTIMINGS; i++) 
        {
            counter = 0;
            while (digitalRead(GPIOPIN) == laststate)
            {
                counter++;
                delayMicroseconds(2);
                if (counter == 255) 
                {
                    break;
                }
            }
            laststate = digitalRead(GPIOPIN);
            // ... rest of the loop
        }

   * データビット抽出： 最初の 3 つの遷移は、DHT11 の初期応答の一部であるため無視されます。

     各データビットについて、ピンが高状態に滞在する期間に基づいてビットが 0 か 1 かを判定します。

     .. code-block:: C

        if ((i >= 4) && (i % 2 == 0)) 
        {
            dht11_dat[j/8] <<= 1;
            if (counter > 16)
            {
                dht11_dat[j/8] |= 1;
            }
            j++;
        }

   * チェックサム検証： すべてのビットを受信後、データの整合性を保証するためにチェックサムを検証します。
   
     .. code-block:: C

        if ((j >= 40) && (dht11_dat[4] == ((dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF)) )

   * チェックサムが正しい場合、湿度および温度の値を出力します。
   
     .. code-block:: C

        f = dht11_dat[2] * 9.0 / 5.0 + 32;
        printf("Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d °C (%.1f °F)\n",
               dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], f);

   * チェックサムが一致しない場合、エラーメッセージを出力します。
   
     .. code-block:: C

        else
        {
            printf("Data not good, skip\n");
        }

#. メイン関数：

   * スタートメッセージを出力します。

   .. code-block:: C

        printf("Raspberry Pi wiringPi DHT11 Temperature test program\n");

   * BCM GPIO ピン番号を使用して WiringPi を初期化します。
   
   .. code-block:: C

        if (wiringPiSetupGpio() == -1)
        {
            exit(1);
        }

   * DHT11 センサーから毎秒データを読み取る無限ループに入ります。
     
     .. code-block:: C

        while(1) 
        {
            read_dht11_dat(17);
            delay(1000); // wait 1 second
        }


現象の画像
------------------

.. image:: ../img/image209.jpeg