【物联网】基于树莓派的物联网开发【20】——树莓派控制DHT11温湿度传感器实战

传感器概述

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℃。分为3个接口，分别为：VCC, DATA, GND。

产品图片

主要用途

检测环境温湿度

GPIO控制DHT11温湿度传感器实操

引脚接线

我用的是三个头的dht11传感器，因此连线方式是：

VCC（或正极） --- 树莓派的3v电源

GND （地线或者负极）--- 树莓派的gnd接口

DATA （D或者out） ---树莓派的GPIO引脚

1.VCC接上3V，可以选择1口或者17口
2.DATA接上GPIO口，我选的是GPIO4，第7口
3.GND接上接地口，我选的是第14口

模块原理图

硬件连接

硬件只涉及树莓派、DHT11传感器。

DHT11的信号引脚连接树莓派的GPIO17， DHT11的Vdd（+）和GND引脚（-）分别连接树莓派的电源正极和GND引脚。

实际线路

安装 Python3

本项目使用 Python3 进行开发，一般情况下，树莓派系统会内置 Python3，如果不确定系统内是否已经安装，可以使用下面的命令进行确认。

bash 复制代码

python3 --version

如果显示 Python 3.x.x（x 表示数字）则表示已经安装，否则请使用 apt 命令安装

bash 复制代码

sudo apt install python3

从源代码编译安装python3.9

如果你需要安装的Python版本不在apt仓库中，你可以从源代码编译安装。

bash 复制代码

wget https://www.python.org/ftp/python/3.9.1/Python-3.9.1.tar.xz
tar -xf Python-3.9.1.tar.xz
cd Python-3.9.1
./configure --enable-optimizations
make -j 4
sudo make altinstall

使用altinstall可以避免与系统自带的Python版本冲突。

使用Pyenv管理Python版本

管理多个Python版本，可以使用pyenv。需要安装pyenv和pyenv-virtualenv：

1、安装依赖项：

bash 复制代码

sudo apt-get install -y make build-essential libssl-dev zlib1g-dev libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm libncurses5-dev libncursesw5-dev xz-utils tk-dev libffi-dev liblzma-dev python-openssl git

2、安装pyenv：

bash 复制代码

curl -L https://github.com/pyenv/pyenv-installer/raw/master/bin/pyenv-installer | bash

3、配置环境变量（将以下内容添加到你的/.bashrc或/.profile文件中）：

bash 复制代码

export PATH="HOME/.pyenv/bin:PATH"
eval "$(pyenv init -)"
eval "$(pyenv virtualenv-init -)"

4、重新加载配置文件：

bash 复制代码

source ~/.bashrc

5、使用pyenv安装最新版本的Python：

bash 复制代码

pyenv install -l  # 查看可用的Python版本
pyenv install 3.9.0 # 安装特定版本，例如3.9.0，
或者使用最新的稳定版号，如 pyenv install 3.9 或 pyenv install 3.10 等。
pyenv global 3.9.0  # 设置全局Python版本为3.9.0，或者使用最新的稳定版号。

Adafruit DHT库下载

bash 复制代码

sudo apt-get install git-core
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git
cd Adafruit_Python_DHT
sudo apt-get install build-essential python-dev
sudo python3 setup.py install

注：安装失败，Adafruit_Python_DHT库无法安装成功，树莓派4b主板不支持。

关于虚拟环境

所谓虚拟环境是在python中把我们环境做成一个沙箱，不跟其他环境冲突。

另外，在类似树莓派这样的环境中不允许直接安装python的库，我们又需要用这些库，我们可以安装一个python的虚拟环境，由于虚拟环境不会影响外部环境，所以我可以在虚拟环境中安装python库。

python的虚拟环境安装步骤：

#创建一个文件夹用来安装虚拟环境：

bash 复制代码

mkdir adafruit_env
cd adafruit_env

安装虚拟环境：

bash 复制代码

sudo apt-get install python3-venv

创建虚拟环境:

bash 复制代码

python3 -m venv adafruit_env

激活虚拟环境：

bash 复制代码

source adafruit_env/bin/activate

退出虚拟环境：

bash 复制代码

deactivate

开启树莓派1-Wire接口

控制台终端输入命令

bash 复制代码

sudo raspi-config

选择确认退出即可。

安装adafruit-circuitpython-dht库

先进入虚拟环境

使用pip安装adafruit-circuitpython-dht库。打开终端，然后输入以下命令：

bash 复制代码

pip3 install adafruit-circuitpython-dht

GPIO控制传感器读取数据

编写Python获取温湿度代码，命名为demo1.py

代码如下：

bash 复制代码

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import numpy as np
import time
import sys
DHTPIN = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
def read_dht11_dat():
    try:
        GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.OUT)
        GPIO.output(DHTPIN, GPIO.LOW)
        time.sleep(0.02)
        GPIO.output(DHTPIN, GPIO.HIGH)
        GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.IN)

        # Wait for sensor response
        timeout = time.time() + 0.1
        while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.LOW:
            if time.time() > timeout:
                raise RuntimeError("Sensor response timeout (LOW)")

        timeout = time.time() + 0.1
        while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.HIGH:
            if time.time() > timeout:
                raise RuntimeError("Sensor response timeout (HIGH)")

        # Read 40 bits of data
        data = []
        for _ in range(40):
            # Wait for start of bit
            timeout = time.time() + 0.001
            while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.LOW:
                if time.time() > timeout:
                    raise RuntimeError("Bit start timeout")

            # Measure duration of high pulse
            start = time.time()
            timeout = start + 0.001
            while GPIO.input(DHTPIN) == GPIO.HIGH:
                if time.time() > timeout:
                    break

            duration = time.time() - start
            data.append(1 if duration > 0.00005 else 0)

        # Convert bits to values
        m = np.logspace(7, 0, 8, base=2, dtype=int)
        data_array = np.array(data)

        humidity = m.dot(data_array[0:8])
        humidity_point = m.dot(data_array[8:16])
        temperature = m.dot(data_array[16:24])
        temperature_point = m.dot(data_array[24:32])
        check = m.dot(data_array[32:40])

        tmp = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point

        if check == tmp and humidity + temperature < 1000:  # Sanity check
            return humidity, temperature
        return False

    except Exception as e:
        print(f"Error reading sensor: {str(e)}", file=sys.stderr)
        return False

def main():
    print("Raspberry Pi DHT11 Temperature test program\n")
    time.sleep(1)

    try:
        while True:
            result = read_dht11_dat()
            if result:
                humidity, temperature = result
                print(f"humidity: {humidity}%, Temperature: {temperature}C\n")
            else:
                print("Data are wrong, skip\n")
            time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        pass

def destroy():
    GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
    try:
        main()
    finally:
        destroy()

运行脚本程序

可以看到humidity 和 Temperature数据打印在控制台。