WeMos D1 Mini Датчик температуры и влажности DHT11 цифровой

Цифровой датчик температуры и относительной влажности WeMos DHT Shield

Одновременно с выходом в недалёком 2014 году чипа беспроводной связи ESP8266EX по стандарту WiFi, набравшего по-настоящему оглушительную популярность в кругу любителей собирать самодельные устройства, компания WEMOS Electronics представила общественности большую линейку собственных модульных электронных плат под торговой маркой WeMos, задав новый вектор развития ардуино-совместимых платформ. Взяв за основу микроконтроллер от компании Espressif Systems, разработчики значительно потрудились не только над уменьшением размеров базовых модулей, сделав их максимально компактными, но и над выпуском целого спектра расширений, предложив пользователям богатый функционал, способный помочь в реализации задач различного уровня сложности при проектировании и конструировании разнообразных полезных изобретений.

Современные электронные продукты WeMos входят в категорию эффективных низкоценовых решений и позиционируются создателями как открытая платформа для самостоятельной разработки многоцелевых устройств на основе беспроводной связи по технологии WiFi. При этом основной упор сделан на создание и развитие изделий с поддержкой сетей нового поколения "Интернет вещей" (англ. - Internet of Things, IoT), чему активно способствуют существующие возможности облачных вычислений и межмашинных взаимодействий.

Чтобы потребитель не смог запутаться в физической совместимости плат, каждая серия обладает своими отличительными особенностями. Например, серия WeMos D1 Mini, к которому принадлежит DHT Shield Модуль с цифровым датчиком влажности и температуры DHT11, имеет синий цвет поверхности текстолита и небольшой скруглённый угловой вырез рядом с маркировкой 3V3. Вырез служит ориентиром, гарантирующим правильное совмещение нескольких плат между собой.

Технические характеристики

• Питание: 3.3 В
• Потребляемый ток: до 1.5 мА
• Совместимость: WeMos D1 mini / WeMos D1 mini PRO
• Активные выводы: D4, 3V3, GND
• Тип датчика: цифровой
• Интерфейс: 1-Wire
• Диапазон измерения температуры t: -20°С...+60°С
• Диапазон измерения относительной влажности RH: 5%...95%
• Точность: t ±2°С при +25°С, RH ±5%
• Время отклика: около 2 секунд
• Размер: 28.4 х 25.5 х 7.0 мм

Одним из наиболее популярных проектов среди любителей конструирования эффективных устройств на микроконтроллерных платформах всегда был и остаётся электронный термометр-гигрометр. С подобных несложных схем, как правило, начинается погружение в мир программирования и взаимодействия с микропроцессорной электроникой. В большинстве случаев, приложения с базовым измерением температуры/влажности и отображением показателей на экране, в последствии начинают "обрастать" дополнительным полезными механизмами, зачастую связанными с полной автоматизацией выполнения различных действий, основанных на полученных из окружающей среды показателях. Например, это могут быть простые вытяжки для проветривания ванной комнаты, устройства климатического контроля для сушильных камер, террариумов или инкубаторов, а также полноценные метеостанции, управляющие экосистемой в умном доме.

Функционал модуля WeMos DHT D4 Shield OneWire

Цифровой датчик измерения температуры и относительной влажности окружающего воздуха DHT11 один из самых популярных из-за своей простоты и невысокой цены. С единственной возложенной на него задачей он целиком и полностью справляется. В сравнении со своими современными аналогами WeMos DS18B20 или WeMos SHT30, в нём отсутствуют полезные функции наподобие режима оповещения и наличие индивидуального уникального идентификатора, благодаря которому стало бы возможным совмещение в одну 1-wire шину связи нескольких программно разделённых датчиков. Каждый дополнительный датчик, установленный в схему проекта, потребует отдельного цифрового контакта микроконтроллера.

В тоже время, сенсор DHT11 достаточно быстрый и обладает высокой точностью. Электронная начинка представляет собой композитный датчик температуры и влажности с калиброванным цифровым выходным сигналом. В основе композита использованы ёмкостный компонент определения влажности и компонент измерения температуры (терморезистор с отрицательным температурным сопротивлением - NTC термистор), подключенные к крохотному чипу, выполняющему несложное преобразование считываемого аналогового сигнала в цифровой формат, понятный большинству микроконтроллеров.

Управление датчиком DHT11 осуществляется через единственный контакт передачи данных D4 модуля WeMos DHT Shield. Получив от внешнего контроллера короткий низкоуровневый сигнал инициализации продолжительностью 18 мкс, датчик выполняет измерения и транслирует ответный сигнал размером 5 байтов, состоящий из первых 2 байтов данных влажности, последующих 2 байтов данных температуры и завершающего байта контрольной суммы. Наглядный пример:

Вычисление контрольной суммы: 00110101+00000000+00011000+00000100=01010001

Преобразование значений влажности:

Старшие 8 бит RH 00110101=35H=53%RH, младшие 8 бит RH 00000000=00H=0.0%RH,  в сумме значение RH равно 53.0%

Аналогично для температуры:

Старшие 8 бит t 00011000=18H=24°C, младшие 8 бит t 00000100=04H=0.4°C,  в сумме значение t равно 24.4°С

Значение отрицательной или положительной температуры записывается первым битом в младшем байте t, "0" при плюсовых показателях, "1" - при мунсовых.

-10.1°С примет вид передаваемого значения 00001010 10000001.

Выполняя достаточно частые измерения, цифровой датчик DHT11 неизбежно нагревается, приводя к незначительным отклонениям в показателях температуры или влажности. Избежать подобной ситуации поможет правильно подобранный временной интервал между каждым новым измерением.

Методы программирования

Инициализацией датчика, считыванием и преобразованием значений возложено на ардуино-совместимую библиотеку DHT sensor library, которая доступна для загрузки в разделе "Полезные ссылки". Установка библиотеки в среду Arduino IDE — Скетч->Подключить библиотеку->Добавить .ZIP библиотеку.

Следующий скетч наглядно показывает простой метод программирования модуля WeMos DHT Shield, выводя значения температуры в градусах Цельсия и Фаренгейта, а также показатель относительной влажности в последовательный порт.

#include "DHT.h"

#define DHTPIN D4     // наш датчик подключен на этот контакт
#define DHTTYPE DHT11   // тип датчика DHT 11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // инициализируем датчик

void setup() {
  Serial.begin(9600); // открываем последовательный порт
  Serial.println("DHT11 тест!");

  dht.begin();
}

void loop() {
  // ожидание в 2 секунды между измерениями 
  delay(2000);
  // считывание влажности
  float h = dht.readHumidity();
  // считываение температуры в Цельсиях (по умолчанию)
  float t = dht.readTemperature();
  // считывание температуры в Фаренгейтах, (isFahrenheit = true)
  float f = dht.readTemperature(true); 

  // завершение цикла, если не удалось прочитать одно из значений
  if (isnan(h) || isnan(t) || isnan(f)) {
    Serial.println("Ошибка считывания из DHT датчика!");
    return;
  }

  // вычисление теплового индекса в Фаренгейтах(по умолчанию)
  float hif = dht.computeHeatIndex(f, h);
  // вычисление теплового индекса в Цельсиях (isFahreheit = false)
  float hic = dht.computeHeatIndex(t, h, false);

  Serial.print("Влажность: ");
  Serial.print(h);
  Serial.print(" % ");
  Serial.print("Tемпература: ");
  Serial.print(t);
  Serial.print(" *C ");
  Serial.print(f);
  Serial.print(" *F ");
  Serial.print("Тепловой индекс: ");
  Serial.print(hic);
  Serial.print(" *C ");
  Serial.print(hif);
  Serial.println(" *F");
} 

Результат, отображаемый в открытом мониторе последовательного порта редактора Ардуино ИДЕ

Полезные ссылки

• Библиотека DHT sensor library
• Примеры на ардуино для WeMos DHT Shield