第四章：ESP32零基础教学 - 4.1.1DHT11温湿度传感器

在本文中，我们将详细介绍如何使用ESP32微控制器与DHT11温湿度传感器进行数据采集。我们将从硬件连接开始，逐步讲解如何编写代码，并提供详细的代码解释。此外，我们还会介绍DHT11的时序图和驱动编写，并探讨如何确保传感器数据的准确性。

1. 硬件介绍

DHT11温湿度传感器

DHT11是一款常见的温湿度传感器，能够测量环境温度和相对湿度。它的工作电压为3.3V到5V，适合与ESP32等微控制器配合使用。DHT11的测量范围为温度0-50°C，精度为±2°C；湿度20-80%RH，精度为±5%RH。

ESP32开发板

ESP32是一款功能强大的Wi-Fi和蓝牙双模微控制器，广泛应用于物联网项目中。它具备多个GPIO引脚，支持多种通信协议，非常适合与各种传感器和执行器配合使用。

2. 硬件连接

将DHT11传感器与ESP32开发板连接如下：

• VCC -> 3.3V (ESP32的3.3V引脚)
• GND -> GND (ESP32的GND引脚)
• DATA -> GPIO4 (ESP32的GPIO4引脚)

注意：DHT11的DATA引脚需要通过一个4.7kΩ的上拉电阻连接到VCC引脚，以确保信号稳定。

3. 代码实现

安装必要的库

在Arduino IDE中，我们需要安装DHT库来简化DHT11的驱动编写。可以通过库管理器搜索并安装这个库。

#include 

定义引脚和传感器类型

#define DHTPIN 4      // 定义DHT11连接的GPIO引脚
#define DHTTYPE DHT11 // 定义传感器类型为DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // 创建DHT对象

初始化设置

在setup()函数中，初始化串口通信和DHT传感器。

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("DHT11 Test");
  
  dht.begin(); // 初始化DHT传感器
}

主循环

在loop()函数中，读取温湿度数据并打印到串口监视器。

void loop() {
  float h = dht.readHumidity();    // 读取湿度
  float t = dht.readTemperature(); // 读取温度（摄氏度）

  // 检查是否读取到有效数据
  if (isnan(h) || isnan(t)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    return;
  }

  // 打印温湿度数据
  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.print(h);
  Serial.print(" %\t");
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(t);
  Serial.println(" *C");

  delay(2000); // 每2秒读取一次数据
}

代码解释

1. #include ：包含DHT库，该库提供了与DHT传感器交互的函数。
2. #define DHTPIN 4：定义DHT11连接的GPIO引脚为4。
3. #define DHTTYPE DHT11：定义传感器类型为DHT11。
4. DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);：创建一个DHT对象，用于与传感器交互。
5. void setup()：在Arduino的setup()函数中，初始化串口通信和DHT传感器。
6. dht.begin();：初始化DHT传感器。
7. float h = dht.readHumidity();：读取湿度数据。
8. float t = dht.readTemperature();：读取温度数据。
9. if (isnan(h) || isnan(t))：检查读取的数据是否有效。
10. Serial.print()：将温湿度数据打印到串口监视器。
11. delay(2000);：每2秒读取一次数据。

4. DHT11时序图及驱动编写

时序图

DHT11的通信协议是基于单总线（1-wire）的，数据通过一个引脚进行传输。以下是DHT11的典型时序图：

• 主机启动信号：主机（ESP32）拉低总线至少18ms，然后拉高20-40µs。
• 传感器响应：传感器接收到启动信号后，拉低总线80µs，然后拉高80µs。
• 数据传输：传感器开始发送40位数据，每位数据由50µs的低电平和高电平组成，高电平的持续时间表示数据位（26-28µs表示“0”，70µs表示“1”）。

驱动编写

虽然DHT库已经简化了与DHT11的交互，但理解其底层驱动编写有助于更好地调试和优化代码。以下是手动实现DHT11读写的伪代码：

void startDHT() {
  // 主机拉低总线18ms，然后拉高20-40µs
  digitalWrite(DHTPIN, LOW);
  delay(18);
  digitalWrite(DHTPIN, HIGH);
  delayMicroseconds(30);
}

bool readDHT(uint8_t data[5]) {
  // 等待传感器响应
  while (digitalRead(DHTPIN) == HIGH);
  while (digitalRead(DHTPIN) == LOW);
  while (digitalRead(DHTPIN) == HIGH);

  // 读取40位数据
  for (int i = 0; i < 40; i++) {
    while (digitalRead(DHTPIN) == LOW);
    delayMicroseconds(30);
    data[i/8] <<= 1;
    if (digitalRead(DHTPIN) == HIGH) {
      data[i/8] |= 1;
    }
    while (digitalRead(DHTPIN) == HIGH);
  }

  // 校验和验证
  if (data[4] == ((data[0] + data[1] + data[2] + data[3]) & 0xFF)) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

5. 确保DHT11传感器数据准确性

1. 硬件连接：确保传感器与ESP32的引脚正确连接，特别是DATA引脚的上拉电阻不能省略。
2. 电源稳定：使用稳定的电源供电，避免电压波动影响传感器工作。
3. 读取间隔：DHT11的最小读取间隔为1秒，避免频繁读取导致数据不准确。
4. 校验和验证：DHT11传输的40位数据中，最后一个字节是校验和，用于验证数据的完整性。应在代码中进行校验和验证，确保数据正确。
5. 环境条件：将传感器放置在通风良好的环境中，避免直接暴露在阳光下或靠近热源，这会影响测量的准确性。

6. 总结

通过本文的详细讲解，您已经掌握了如何将DHT11温湿度传感器与ESP32连接并进行数据采集。我们还探讨了DHT11的时序图和驱动编写，并分享了确保数据准确性的方法。希望这篇教程能够帮助您在物联网项目中成功使用DHT11传感器。

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参考资料：

• DHT库文档
• ESP32官方文档