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紹介

このレッスンでは、Raspberry Piを使用してDHT11温湿度センサーモジュールからデータを取得する方法を紹介します。

ハードウェアの準備
1 * Raspberry Pi
1 * ブレッドボード
1 * DHT11
ジャンパーワイヤー
1 * T-Extension Board with 40-Pin Cable(オプション)

ソフトウェアの準備

注意: このレッスンでは、PC上のPuTTyを介してRaspberry Piをリモートで制御します。Raspberry Piの設定方法については、レッスン1：Raspberry Piのはじめにをご覧ください。

実験原理
DHT11モジュールは、VCC、GND、DATAの3つのピンを持つ温湿度センサーです。このモジュールは、OneWireプロトコルを採用して通信します。通信プロセスの開始時に、DATAピンはDHT11に信号を送信し、DHT11は信号を受信して応答信号をホストに送信し、最後にホストが応答信号を受信して40ビットの温度と湿度を受信開始します。（湿度の8ビット整数部分+湿度の8ビット小数部分+温度の8ビット整数部分+温度の8ビット小数部分+8ビットのチェックサム）

DHT11の回路図

Raspberry PiとのDHT11の回路図

上記のグラフのB14はBCM GPIO#14(TXD)またはPhysical pin#8またはwiringPi#15を表します。
注：BはBCM（Broadcomピン番号）を意味します。BCMピン番号、Physical pin番号、wiringPi番号とは何かわからない場合は、
レッスン3：Raspberry Pi GPIOの概要をご覧ください。Raspberry PiのGPIOについて詳しく学ぶには、レッスン2：Raspberry Pi GPIOの概要をご覧ください。

接続グラフ

ソフトウェア

C言語ユーザーとPython言語ユーザー向けに2種類のコードを提供します。

C言語ユーザーの場合は、以下の手順を実行してください。

注意：wiringpiライブラリをインストールしていることを確認してください。hereをクリックすると、wiringpiのインストールについて詳しく学べます。

ステップ1) ターミナルに以下のコマンドを入力して、osoyoo.comからサンプルコードdht11.cをダウンロードしてください。

cd ~

wget http://osoyoo.com/driver/pi3_start_learning_kit_lesson_17/dht11.c

注：
サンプルコードファイルをカスタマイズしたい場合は、以下のコマンドを入力してnanoエディタを使用してソースコードを編集することができます。
sudo  nano dht11.c

3) コードをコンパイルする

gcc -Wall -o dht11 dht11.c -lwiringPi

4) プログラムを実行する

sudo ./dht11

5) プログラムの結果

プログラムが実行されると、ターミナルに実際の温度と湿度が繰り返し表示されます。

C言語サンプルコードと解説コメント

 #include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAXTIMINGS  85
#define DHTPIN      15  //DHT connect to TxD
int dht11_dat[5] ={0,0,0,0,0};//store DHT11 data

void read_dht11_dat()
{
    uint8_t laststate = HIGH;
    uint8_t counter = 0;
    uint8_t j = 0,i;
    float f;//fahrenheit

    dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;

    //pull pin down to send start signal
    pinMode( DHTPIN, OUTPUT );
    digitalWrite( DHTPIN, LOW );
    delay( 18 );
    //pull pin up and wait for sensor response
    digitalWrite( DHTPIN, HIGH );
    delayMicroseconds( 40 );
    //prepare to read the pin
    pinMode( DHTPIN, INPUT );

    //detect change and read data
    for ( i = 0; i < MAXTIMINGS; i++ ) { counter = 0; while ( digitalRead( DHTPIN ) == laststate ) { counter++; delayMicroseconds( 1 ); if ( counter == 255 ) { break; } } laststate = digitalRead( DHTPIN ); if ( counter == 255 ) break; //ignore first 3 transitions if ( (i >= 4) && (i % 2 == 0) )
        {
            //shove each bit into the storage bytes
            dht11_dat[j / 8] <<= 1; if ( counter > 16 )
                dht11_dat[j / 8] |= 1;
            j++;
        }
    }
    //check we read 40 bits(8bit x 5) +verify checksum in the last byte
    //print it out if data is good
    if ( (j >= 40) &&
         (dht11_dat[4] == ( (dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF) ) )
    {
        f = dht11_dat[2] * 9. / 5. + 32;
        printf( "Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d C (%.1f F)\n",
            dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], f );
    }
    else
    {
        printf( "Data not good, skip\n" );
    }
}


void print_info()
{
    printf("\n");
    printf("|***************************|\n");
    printf("|           DHT11 test      |\n");
    printf("| --------------------------|\n");
    printf("| DHT11 connect to GPIO14   |\n");
    printf("| --------------------------|\n");
    printf("|                     OSOYOO|\n");
    printf("|***************************|\n");
    printf("Program is running...\n");
    printf("Press Ctrl+C to end the program\n");
}


int main( void )
{
    if ( wiringPiSetup() == -1 )
    {
        fprintf(stderr,"Can't init wiringPi: %s\n",strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    print_info();
    while ( 1 )
    {
        read_dht11_dat();
        delay(1000);//wait ls to refresh
    }

    return(0);
}

Pythonユーザー向け

Python言語でプログラミングする場合、通常、Rasbian Jessie OSに付属するGPIOライブラリであるRPi.GPIOを使用します。こちらをクリックすると、RPI.GPIOとPythonについて詳しく学べます。

1) ターミナルコマンドに従って、サンプルのPythonコードを/home/piにダウンロードしてください。

cd ~

wget http://osoyoo.com/driver/pi3_start_learning_kit_lesson_17/dht11.py

注：
サンプルコードファイルをカスタマイズしたい場合は、以下のコマンドを入力してnanoエディタを使用してソースコードを編集することができます。

sudo nano dht11.py

3) プログラムを実行する

sudo python ./dht11.py

4) プログラムの結果

プログラムが実行されると、ターミナルに実際の温度と湿度が繰り返し表示されます。

Pythonサンプルコードの分析：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

#DHT11 connect to BCM_GPIO14
DHTPIN = 14

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

MAX_UNCHANGE_COUNT = 100

STATE_INIT_PULL_DOWN = 1
STATE_INIT_PULL_UP = 2
STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN = 3
STATE_DATA_PULL_UP = 4
STATE_DATA_PULL_DOWN = 5

def read_dht11_dat():
    GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.OUT)
    GPIO.output(DHTPIN, GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.05)
    GPIO.output(DHTPIN, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.02)
    GPIO.setup(DHTPIN, GPIO.IN, GPIO.PUD_UP)

    unchanged_count = 0
    last = -1
    data = []
    while True:
        current = GPIO.input(DHTPIN)
        data.append(current)
        if last != current:
            unchanged_count = 0
            last = current
        else:
            unchanged_count += 1
            if unchanged_count > MAX_UNCHANGE_COUNT:
                break

    state = STATE_INIT_PULL_DOWN

    lengths = []
    current_length = 0

    for current in data:
        current_length += 1

        if state == STATE_INIT_PULL_DOWN:
            if current == GPIO.LOW:
                state = STATE_INIT_PULL_UP
            else:
                continue
        if state == STATE_INIT_PULL_UP:
            if current == GPIO.HIGH:
                state = STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN
            else:
                continue
        if state == STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN:
            if current == GPIO.LOW:
                state = STATE_DATA_PULL_UP
            else:
                continue
        if state == STATE_DATA_PULL_UP:
            if current == GPIO.HIGH:
                current_length = 0
                state = STATE_DATA_PULL_DOWN
            else:
                continue
        if state == STATE_DATA_PULL_DOWN:
            if current == GPIO.LOW:
                lengths.append(current_length)
                state = STATE_DATA_PULL_UP
            else:
                continue
    if len(lengths) != 40:
        print "Data not good, skip"
        return False

    shortest_pull_up = min(lengths)
    longest_pull_up = max(lengths)
    halfway = (longest_pull_up + shortest_pull_up) / 2
    bits = []
    the_bytes = []
    byte = 0

    for length in lengths:
        bit = 0
        if length > halfway:
            bit = 1
        bits.append(bit)
    print "bits: %s, length: %d" % (bits, len(bits))
    for i in range(0, len(bits)):
        byte = byte << 1 if (bits[i]): byte = byte | 1 else: byte = byte | 0 if ((i + 1) % 8 == 0): the_bytes.append(byte) byte = 0 print the_bytes checksum = (the_bytes[0] + the_bytes[1] + the_bytes[2] + the_bytes[3]) & 0xFF if the_bytes[4] != checksum: print "Data not good, skip" return False return the_bytes[0], the_bytes[2] def main(): print "Raspberry Pi wiringPi DHT11 Temperature test program\n" while True: result = read_dht11_dat() if result: humidity, temperature = result print "humidity: %s %%, Temperature: %s C" % (humidity, temperature) time.sleep(1) def destroy(): GPIO.cleanup() if __name__ == '__main__': try: main() except KeyboardInterrupt: destroy()