查看“实验九：DHT11温湿度传感器实验”的源代码

*[[Basic Experiment Kits For Arduino]]
*[[Basic Experiment Kits For Raspberry Pi]]
== 数据结构 == 
DHT11数字温湿度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。一次通讯时间大约为4ms左右，一次完整的数据包是由5Byte（40Bit）组成。其中数据分小数部分和整数部分,按照高位在前，低位在后的传输顺序。具体格式如下：
:'''数据格式为：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 校验和'''
其中由于DHT11分辨率只能精确到个位，所以小数部分是数据全为0。校验和为前4个字节数据相加，校验的目的是为了保证数据传输的准确性。

另因为传感器输出的数据是未编码的二进制数据，因此在进行数据处理时，温度、湿度、整数、小数部分应分开处理。

 例如：当某次传感器传出的40bit数据为
 [[File:DHT11 Temperature And Humidity Sensor_数据结构.png|800px]]
 由上述数值可以得出：
 湿度 = byte1.byte2 = 00111101.00000000 = 61.0%RH
 温度 = byte3.byte4 = 00011110.00000000 = 30.0℃
 校验和 = 01011011 = byte1+byte2+byte3+byte4+byte5 = 00111101+00000000+00011110+00000000（取相加结果的末8位，若相等，则校验正确）

=== 控制时序 ===
*DHT11采用单总线协议与单片机通信，主机发送一次复位信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机复位结束后，DHT11发送响应信号，并拉高总线准备传输数据，用户可选择读取部分数据。DHT11只有在接收到复位信号后才触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送复位信号，DHT11不主动进行温湿度采集。当数据采集完毕且无开始信号后，DHT11自动切换到低速模式。
*整个通讯过程可分为一下几步：
:1、DHT11初始化—触发DHT11采集数据
:*主机发送复位信号
:*DHT11发送响应信号
:2、DHT11发送采集数据

==== DHT11初始化 ==== 
:[[File:DHT11 Temperature And Humidity Sensor_初始化.jpg|600px]]

* '''主机发送复位信号''' 
**总线空闲状态为高电平,主机将总线拉低等待DHT11响应，拉低时间必须大于18ms，保证DHT11能检测到复位信号。
**主机在发送复位信号结束后，将总线拉高或切换为输入模式，延时时间为20~40us，此时复位信号发送完毕，主机等待接收DHT11的响应信号。

* '''DHT11发送响应信号''' 
**DHT11检测到复位信号后，触发一次采样，并拉低总线80us表示响应信号，告诉主机数据已经准备好了。
**DHT11发送80us响应信号后会拉高总线80us，之后开始传输数据。

==== 数据传输 ====
DHT11在拉高总线80us后开始传输数据。每1bit数据都以50us低电平时隙开始，告诉主机开始传输一位数据了。以高电平的长短定义数据位是0还是1，如果检测到响应信号为高电平，则DHT11初始化失败，请检查线路是否连接正常。当最后1bit数据传送完毕后，DHT11 拉低总线 50us，表示数据传输完毕，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。

*数据‘0’时序
**当DHT11发送50us低电平时隙过后拉高总线，高电平持续26~28us，则表示数据“0”。
:[[File:DHT11 Temperature And Humidity Sensor_控制时序0.jpg|600px]]
*数据‘1’时序
**当DHT11发送50us低电平时隙过后拉高总线，高电平持续70us，则表示数据“1”。
:[[File:DHT11 Temperature And Humidity Sensor_控制时序1.jpg|600px]]

==== 总时序 ====
:[[File:DHT11 Temperature And Humidity Sensor_总时序.jpg|800px]]
*主机把总线拉低大于18ms,保证DHT11能检测到起始信号；
*主机发送复位信号结束后,将总线拉高或改为输入模式，延时等待20-40us后，读取DHT11的响应信号；
*主机检测到总线被拉低时（DHT11发送的起始信号），每隔1us计数一次，直至总线拉高，计算低电平时间是否为80us。若读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常；
*主机检测总线被拉高后，重新计数检测高电平时间，如果检测到响应信号之后的高电平时间为80us，则准备开始接收数据。
*主机接收的每一bit数据都是以50us低电平时隙开始的,高电平的长短定了数据位是0还是1。
*当主机接收完最后一bit数据后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
*'''注意：'''
**实际上DHT11的响应时间并不是标准的80us，往往存在误差，当响应时间处于 20~100us 之间时就可以认定响应成功。
**由于 DHT11 时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断，操作完毕后再打开总中断。
**DHT11只有在接收到复位信号后才触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送复位信号，DHT11不主动进行温湿度采集。

=== 0/1时序区分 ===
*DHT11发送数据数据“0”和数据‘1’主要是通过高电平的时间区分的，数据‘0’的高电平持续 26~28us，数据“1”的高电平持续70us，每一位数据前都有50us的起始时隙。
*如果取一个中间值40us来区分数据“0”和数据“1”。当数据位之前的50us低电平时隙过后，总线会被拉高，此时延时40us后检测总线状态，如果为高，说明此时处于70us的时隙，则数据为“1”；如果为低，说明此时处于下一位数据50us的开始时隙，那么上一位数据肯定是“0”。
*由于误差的原因，数据“0”时隙并不是准确26~28us，可能比这短，也可能比这长。当数据“0”时隙大于26~28us时，如果延时太短，无法判断当前处于数据“0”的时隙还是数据“1”的时隙；如果延时太长，则会错过下一位数据前的开始时隙，导致检测不到后面的数据。

== Arduino ==
=== 实验现象 ===
* 串口输出DHT11传感器的测量数据

=== 电路连接 ===
*[[File:实验九：温湿度传感器实验.png|400px]]

=== 主要程序 ===
<pre>
#include <Arduino.h>
#include "DHT11.h"

DHT11 myDHT11(2);

void setup()      //Arduino程序初始化程序放在这里，只在开机时候运行一次
{             
  Serial.begin(9600); //设置通讯的波特率为9600
  Serial.println("Welcome to use!");  //发送的内容
  Serial.println("I love DIUSTOU");  //发送的内容
}

void loop()     //Arduino程序的主程序部分，循环运行内部程序
{
  myDHT11.DHT11_Read();               //读取温湿度值
  Serial.print("HUMI = ");
  Serial.print(myDHT11.HUMI_Buffer_Int);
  Serial.println(" %RH");

  Serial.print("TMEP = ");
  Serial.print(myDHT11.TEM_Buffer_Int);
  Serial.println(" C");
  delay(1000);        //延时1s
}
</pre>

== 树莓派 ==
=== 电路连接 ===
*[[File:实验九：温湿度传感器实验_接线1.png|400px]]

=== 程序运行 ===
==== Python ====
* 安装gpiozero库
**可以使下面命令来安装该库
<pre>
sudo apt update
sudo apt install python3-gpiozero
</pre>
:*其它树莓派上的系统可以使下面命令来安装该库：
<pre>
sudo pip3 install gpiozero
</pre>
:*运行以下语句可以查看树莓派GPIO口定义
<pre>
pinout
</pre>
* 安装adafruit-circuitpython-dht库
<pre>
sudo pip3 install adafruit-circuitpython-dht
sudo apt-get install libgpiod2
</pre>
*下载树莓派参考例程，将文件解压后拷贝放在用户名目录下，运行
<pre>
cd raspberrypi/9/python_gpiozero
python sensor.py
</pre>
*此时可看见树莓派在正确运行DHT11程序，打印检测到的温度和湿度值。若想退出，按ctrl+C即可
*更多指令请查看[https://gpiozero.readthedocs.io/en/latest/installing.html gpiozero文档]

== 例程下载 ==
*[[:File:Basic Experiment Kits For Arduino.zip|Arduino例程]]
* [[:File:Basic Experiment Kits For Raspberry Pi.zip|树莓派5例程 python]]

== 相关例程 ==
{{Arduino and Raspberry Pi Case}}