湿度传感器引脚 ESP8266-玩转DHT11温湿度和DS18B20温度模块
ESP8266-玩转DHT11温湿度和DS18B20温度模块
DHT11温湿度模块
模块概述
DHT11数字温湿度传感器是一款温湿度复合传感器。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，校准系数储存在OTP内存中，传感器在检测信号时会调用这些校准系数。采用单总线接口使系统集成变得简易快捷，信号传输距离可达20米以上。
从DHT11的规格书可以看到，模块的温、湿度分辨率都是1，所以DHT11获取数值的小数部分都为0（规格书上说当前小数部分用于以后扩展，现读出为零）。据说新版本DHT11温度分辨率是0.1度，有小数部分。笔者购买的DHT11模块是没有小数部分的。
笔者使用的DHT11模块：
数据通信格式
模块的DATA引脚用于和微控制器通信，通过单总线协议，每次通讯时间4ms左右，具体数据格式如下：
一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
数据格式：
8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bi温度整数数据 + 8bit温度小数数据+ 8bit校验和若想了解单总线通信过程中信号的电平状态，详见DHT11规格书，这里就不再叙述了，网上也有很多讲解单总线协议的文章。
注： 在编程时，采样周期间隔不得低于1秒钟。
模块编程示例
DHT模块接口介绍
先让NodeMCU固件开启对DHT模块的支持，具体操作见 ESP8266之NodeMCU固件编译 篇。
#define LUA_USE_MODULES_DHT // 启用DHT模块
启用该模块后，我们就可以直接使用DHT的相关接口调用，完成对模块的操作。
查看NodeMCU的官方文档，找到DHT模块部分，如下图：
这里笔者使用dht.read11() 来获取DHT11模块的数据。
dht.read11() 接口详解
语法： dht.read11(pin)
参数： DHT11传感器的引脚号（不能为0），类型为数字。
返回：
status 返回操作的状态信息temp 温度humi 湿度temp_dec 温度小数部分humi_dec 湿度小数部分注： 如果使用浮点固件，则temp和humi是浮点数。若果使用的是整数固件，则最终值必须从temp和temp_dec / humi和hum_dec连接在一起。
程序示例
如何获取DHT温湿度数据
将以下代码保存为dht11.lua文件（文件名也可以是其他，后缀一定要是.lua）。
--[[-------------------------------------NodeMCU | ESP8266 | NodeMCU | ESP8266 Pin | Pin | Pin | Pin------------------------------------- D0 | GPIO16 | D7 | GPIO13 D1 | GPIO5 | D8 | GPIO15 D2 | GPIO4 | D9 | GPIO3 D3 | GPIO0 | D10 | GPIO1 D4 | GPIO2 | D11 | GPIO9 D5 | GPIO14 | D12 | GPIO10 D6 | GPIO12 | |---------------------------------------]]-- 定义DHT11模块通信引脚为D4，对应ESP8266的GPIO2pin = 4-- 函数：DHT11模块获取数据function mydht11() -- 获取DHT数据 status, temp, humi, temp_dec, humi_dec = dht.read11(pin) -- 判断状态 if status == dht.OK then -- 整型固件示例 print(string.format("FW:Integer, DHT Temperature:%d.%03d; Humidity:%d.%03d", math.floor(temp), temp_dec, math.floor(humi), humi_dec )) -- 浮点型固件示例 print("FW:Float, DHT Temperature:"..temp.."; ".."Humidity:"..humi.."\n\r") -- checksum错误 elseif status == dht.ERROR_CHECKSUM then print( "DHT Checksum error." ) -- 数据读取超时错误 elseif status == dht.ERROR_TIMEOUT then print( "DHT timed out." ) end -- if()end -- mydht11()-- 主函数function main() -- 每2秒获取一次数据。V3.0.x版本和V0.5.x版本在定时器使用上有差异。 local dht_timer = tmr.create() dht_timer:alarm(2000, tmr.ALARM_AUTO, function() mydht11() end)end -- main()-- 执行主函数main()
打开ESPlorer工具，连接ESP8266模块（或者NodeMCU开发板），上传dht11.lua文件，点击reload按钮，刷新一下，就可以看到dht11.lua文件已经上传到ESP8266里了，点击dht11.lua，效果如下图。
可以看到，不论是使用整型还是浮点型，最终结果小数部分始终为0。
实物接线图如下：
在WEB页面上显示温湿度信息
要想在web页面上显示温湿度信息，首先我们的ESP8266必须得连上网络。
1） ESP8266模块联网
将一下代码保存为 connect_wifi.lua 文件，其中的wifi名 WIFI_NAME 和密码 WIFI_PASSWD，改为自己的wifi名和密码。
-- 连接到指定的wifi (这里不将配置保存到flash)print("Connecting WIFI...")wifi.setmode(wifi.STATION) -- 设置wifi模式为客户端模式station_cfg={}station_cfg.ssid = "WIFI_NAME" -- 设置wifi名station_cfg.pwd = "WIFI_PASSWD" -- 设置wifi密码station_cfg.save = false -- 不将配置保存到flashwifi.sta.config(station_cfg) -- 开始配置wifiwifi.sta.connect() -- 连接wifimytimer = tmr.create() -- 创建一个定时器，检测连接wifi是否成功mytimer:alarm(1000, tmr.ALARM_AUTO, function() if wifi.sta.getip() == nil then -- 没有获取到IP，连接失败，1s后继续检测 print("IP unavaiable, Waiting...") else mytimer:stop() -- 连接成功，停止定时器 print("Config done, IP is "..wifi.sta.getip()) -- 打印IP地址 end end)
将 connect_wifi.lua 文件上传到ESP8266中，刷新文件，点击 connect_wifi.lua 开始连接wifi，如下图。
可以看到，成功获取了IP地址，表示ESP8266已经接入网络中。
2）实现web界面显示的代码
将一下代码到存到 dht-web.lua 文件，并上传到esp8266中。
-- 定义DHT11通信引脚。pin = 4-- 实现一个简单地 HTTP服务器srv = net.createServer(net.TCP)-- 监听80端口srv:listen(80, function(conn) conn:on("receive", function(sck, payload) print(payload) -- 获取温湿度信息 local status, temp, humi, temp_dec, humi_dec = dht.read11(pin) -- 创建一个buf，用于存放web端的代码 local buf = ""; -- 让页面每3秒自动刷新一次 buf = buf.."<meta http-equiv="\"refresh\"" content="\"3\"">"; -- 设置页面编码，防止中文乱码 buf = buf.."<meta charset="\"utf-8\"">"; buf = buf.."<h2>HELLO DHT11</h2>"; buf = buf.."<p>当前温度: "..temp.."."..temp_dec.."'C</p>"; buf = buf.."<p>当前湿度: "..humi.."."..humi_dec.."%</p>"; sck:send(buf) end) conn:on("sent", function(sck) sck:close() end)end)
注： 新建文本是utf-8，代码中的编码就改为utf-8，保持编码一致性，否则中文显示会乱码。
上传 dht-web.lua 文件后，点击刷新，再点击 dht-web.lua，执行脚本。
打开浏览器，在地址栏输入esp8266的IP地址，就可以看到温湿度信息了，如下图。
由于笔者web端不熟，在此只能给一个简单的示例。至此，DHT11模块编程就介绍完了。
DS18B20温度模块
模块概述
DS18B20数字温度计提供9位至12位摄氏温度测量，并具有报警功能，具有非易失性用户可编程的上、下触发点。DS18B20通过1-Wire总线通信，根据定义只需要一条数据线(和GND)与中央微处理器通信。此外，DS18B20可以直接从数据线获得功率(“寄生功率”)，消除了外部电源的需要。
每个DS18B20都有一个独特的64位串行代码，它允许多个DS18B20在同一单线总线上运行。因此，使用一个微处理器来控制分布在一个大区域的许多DS18B20s是很简单的。可以从该特性获益的应用包括暖通空调环境控制、建筑内部温度监控系统、设备或机械，以及过程监控和控制系统。
DS18B20的核心功能是它的直接数字温度传感器。温度传感器的分辨率可由用户配置为9位、10位、11位或12位，分别对应0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃的增量。开机时的默认分辨率是12位。
笔者的DS18B20模块：
内存数据格式介绍
上图中：
BYTE0和BYTE1分别包含温度寄存器的LSB和MSB。这些字节是只读的。BYTE2和BYTE3提供对TH和TL寄存器的访问，对应用户字节1和2。BYTE4是配置寄存器，用来配置转换精度，9~12 位。BYTE5~7保留。BYTE8是CRC校验。下图是温度LSB和MSB格式信息。
比如温度为+85度，计算如下：
BYTE0: 50H (LSB)BYTE1: 05H (MSB)温度计算：MSB左移8位，再或上LSB，最后乘以对应的分辨率（默认12bit，对应0.0625）。
Temp = ((BYTE1 << 8) | BYTE0) * 0.0625;
或者：
Temp = (BYTE1 * 256 + BYTE0) * 0.0625;
温度的正负号，由bit11 ~ bit15位确定，比如温度为-55度，计算如下：
BYTE0: 90H (LSB)* BYTE1: FCH (MSB)
unsigned short T=0; // 16bit临时变量unsigned flag = 0; // 符号标志float Temp = 0; // 存放最终温度结果if (BYTE1 & 0xF8) { // 负数 flag = 1; T = (BYTE1 << 8) | BYTE0; T = (~T) + 1; Temp = T * 0.0625;} else { // 正数 flag = 0; Temp = ((BYTE1 << 8) | BYTE0) * 0.0625;}// 最后由flag标志，来确定温度的正负号。if (flag) { Temp = -Temp;}
上图是不同转换精度，对应所需的转换时间。默认12bit转换精度，转换一次温度需要750ms，即编程时，温度采样时间间隔必须大于750ms，否则读取的温度数据可能会有误。
模块编程示例
模块接口介绍
首先NodeMCU固件开启对DS18B20模块的支持，具体操作见 ESP8266之NodeMCU固件编译 篇。
#define LUA_USE_MODULES_OW // 为啥是OW，见下文。
和DHT模块一样，启用该模块后，我们就不用自己编写单总线协议的驱动代码，直接使用DS18B20的相关接口调用就能完成对模块的操作。
查看NodeMCU的官方文档，找到DS18B20模块部分，如下图：
如上图，官方将DS18B20归在OW模块中，所以在配置固件时，要开启OW模块，才能支持DS18B20。
接口应用介绍
1）require() 创建对象
请求一个DS18B20对象。
ds18b20 = require("ds18b20")
2) 释放对象
ds18b20 = nilpackage.loaded["ds18b20"] = nil
3) ds18b20.read_temp() 获取温度
语法：
read_temp(callback, pin, unit, force_search, save_search)
参数：
callback 在所有转换完成时接收所有结果。回调函数有一个参数：一个由传感器地址和一个温度值(字符串表示整数版本)寻址的数组。pin 单线总线通信的引脚。如果为nil，则默认使用GPIO0 (D3)。unit 单位可以是摄氏(“C”或ds18b20.C)、开尔文(“K”或ds18b20.K)或华氏度(“F”或ds18b20.F)。如果没有指定(nil)，则是最后使用过单位。force_search 如果不是nil，总线搜索设备在读出之前被执行。如果为nil，则使用内存中现有的传感器列表。如果还没有对总线进行搜索，也会执行搜索。save_search 如果没有nil，则将传感器保存到文件ds18b20_save.lc。当read_temp被调用时，内存中的传感器列表为空并且文件ds18b20_save.lc出现，然后传感器地址从文件加载-当从电池和深度睡眠运行时-立即读出执行可用(没有总线扫描)。程序实例
获取DS18B20温度数据
1） 方法1：使用ds18b20官方文档的示例，需要先下载 ds18b20.lua 文件，上传到esp8266。
Since Origin / Contributor Maintainer Source 2014-12-08 Huang Rui Huang Rui ds18b20.lua
将以下代码保存到ds18_test.lua 文件，上传到esp8266中。代码来自官方示例，稍作修改，用于连续读取温度。
local t = require("ds18b20")local pin = 4 -- 设置ds18b20数据引脚function readout(temp) if t.sens then print("Total number of DS18B20 sensors: ".. #t.sens) for i, s in ipairs(t.sens) do print(string.format(" sensor #%d address: %s%s", i, ('%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X'):format(s:byte(1,8)), s:byte(9) == 1 and " (parasite)" or "")) end end for addr, temp in pairs(temp) do print(string.format("Sensor[%s] Temp: %s °C", ('%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X'):format(addr:byte(1,8)), temp)) end -- Module can be released when it is no longer needed--[[ 用定时器连续读取，所以注释以下代码 t = nil package.loaded["ds18b20"] = nil--]]end-- 每隔1秒读取一次温度local dht_timer = tmr.create()dht_timer:alarm(1000, tmr.ALARM_AUTO, function() t:read_temp(readout, pin, t.C)end)
刷新文件，直接点击 ds18_test.lua ，即可看到温度获取成功。
2） 方法2：使用ow单总线模块，实现ds18b20的温度获取，代码来自官方ow模块示例，如下。
将以下代码保存到ds.lua文件，上传到esp8266中。
-- 18b20 Examplepin = 4 -- 设置ds18b20数据引脚ow.setup(pin)addr = ow.reset_search(pin)addr = ow.search(pin)if addr == nil then print("No device detected.")else print(addr:byte(1,8)) local crc = ow.crc8(string.sub(addr,1,7)) if crc == addr:byte(8) then if (addr:byte(1) == 0x10) or (addr:byte(1) == 0x28) then print("Device is a DS18S20 family device.") tmr.create():alarm(1000, tmr.ALARM_AUTO, function() ow.reset(pin) ow.select(pin, addr) ow.write(pin, 0x44, 1) -- convert T command tmr.create():alarm(750, tmr.ALARM_SINGLE, function() ow.reset(pin) ow.select(pin, addr) ow.write(pin,0xBE,1) -- read scratchpad command local data = ow.read_bytes(pin, 9) print(data:byte(1,9)) local crc = ow.crc8(string.sub(data,1,8)) print("CRC="..crc) if crc == data:byte(9) then local t = (data:byte(1) + data:byte(2) * 256) * 625 local sgn = t<0 and -1 or 1 local tA = sgn*t local t1 = math.floor(tA / 10000) local t2 = tA % 10000 print("Temperature="..(sgn<0 and "-" or "")..t1.."."..t2.." 'C") end end) end) else print("Device family is not recognized.") end else print("CRC is not valid!") endend
刷新文件，点击ds.lua，即可看到成功获取温度。如下图。
至此，DS18B20模块编程就介绍完了。
DHT11温湿度传感器介绍
DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度+-5%RH， 温度+-2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0~50℃。
DHT11数字温湿度传感器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。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。
一、折叠应用领域
暖通空调 测试及检测设备汽车 数据记录器消费品 自动控制气象站 家电湿度调节器 医疗除湿器二、折叠特性
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