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

注： 规格书指出：当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。

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：

• dht.read() 读取各种DHT传感器，包括DHT11、21、22、33、44湿度温度传感器。
• dht.read11() 读取DHT11湿度温度传感器。
• dht.readxx() 读取除DHT11之外的所有DHT传感器。

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。