（13）树莓派B+ 读取DHT11温度湿度模块的数值

温度湿度模块看起来简单，只有三个引脚（实际4个接口），但仔细一想，3个引脚分别作为VCC、GND、DATA用处的话，因为传给树莓派GPIO的只有高电平、低电平，那么怎么来读取整型的温度数字和湿度数字呢？这么一想，并不简单！反而是因为引脚少，它需要高低变化的时序信号来表达数值，还有一些其它信号如开始信号等等。看样子这次我们得先深入了解一下DHT11模块了。
0. 先来看模块结构和特性



如上图，三根引脚分别是：“+”对应VCC 3.3V或者5V，中间OUT为DATA接GPIO口，“-”对应电源负极。

1. DHT11模块时序信号
百度一下就能搜到中文版的说明书，传送门：http://wenku.baidu.com/link?url=TZ8UkMmHxmwWfMUlThThtYJpEx1-um21yejWpvB_XSAog3TIr2AStTXNPTYb0FhJ_mgsWI0_KUf-LAAU4t6_aBELQBLL8NPSh315A1Bztw7
我们需要掌握两个关键的时序信号：开始握手阶段和数据发送阶段。
1）开始握手阶段



主机端GPIO发送开始信号首先拉低至少18ms，然后拉高20-40us，模式变为IN等待信号输入。

DHT11等待主机端开始信号（低电平）结束后，发送80us低电平响应开始信号。然后DHT11拉高电平80us。握手完毕。
2）数据发送阶段



一次的湿度和温度数据，DHT11需要发送40bits（0、1）数据，每一位数据之前都以50us低电平开始，随后的高电平时序信号，持续26us-28us的表示这一位是0，持续70us表示这一位是1，然后继续50us低电平，紧接着下一位的高电平开始。。
40bits数据的组成是=8bits湿度整数部分+8bits湿度小数部分（暂时没用）+8bits温度整数部分+8bits温度小数部分（暂时没用）+8bits校验和
8bits的顺序都是高位先出，然后用移位相加的方式，将这8位转换成整型数字。

2. 线路连接
DHT11说明书中，推荐的做法是，在数据端口接5K上拉电阻，如下所示：





在树莓派B+端选择第2（5V）、14（0V）、16（GPIO.4）来分别连接DHT11的“+”、“-”和“OUT”端：



电路图并不难，关键是如何按照时序信号来写相关处理代码。

3. 代码实现（python3）
我们还是使用RPi.GPIO库来实现，这里的难点是，读取DHT11的输出信号，需要微秒级的定时，否则在数据传输阶段，很难准确的识别出每一位是“0”还是“1”，而python又在单核 700MHz的CPU上，很难实现准确的微秒级定时，只能通过执行几条无意义代码来替代微秒延时。
1）与DHT11交互阶段
#!/usr/bin/python

#coding=utf-8

#注意本程序是python3！！！

import RPi.GPIO as GPIO

import time

from ctypes import *

import os

#存放时序数据

data = [0 for i in range(40)]

def driver():

j = 0

# 传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

time.sleep(1)

# 先向传感器发送开始信号，握手-LOW-

GPIO.setup(16, GPIO.OUT)

GPIO.output(16, GPIO.LOW)

# 主机把总线拉低必须大于18毫秒，这里采用20毫秒

time.sleep(0.02)

# 然后主机拉高并延时等待传感器的响应

GPIO.output(16, GPIO.HIGH)
# 执行1次需要十几微秒

i = 1

i = 1

# 等待传感器的握手响应信号和数据信号

GPIO.setup(16, GPIO.IN)

while GPIO.input(16) == 1:

continue

# 总线为低电平，说明传感器发送响应信号，80us低电平

while GPIO.input(16) == 0:

continue

# 然后传感器再把总线拉高80us，然后才准备发送数据

while GPIO.input(16) == 1:

continue

# 开始发送数据

# 一次完整的数据为40bit，高位先出

# 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和

while j < 40:

k = 0

#每一位的起始信号，都以50us低电平开始

while GPIO.input(16) == 0:

continue

#每一位的数值信号，高电平的长短决定了数据位是0还是1。

while GPIO.input(16) == 1:

#需要知道每次循环的耗时，才能知道k < x是表示0

k += 1

if k > 100:

break

# 高电平持续26-28us表示0， 高电平持续70us表示1

if k < 3:

data[j] = 0

else:

data[j] = 1

j += 1

print(data)
2）计算湿度、温度、校验和
按照每8位转换成一个十进制数字
def compute():

humidity_bit = data[0:8]

humidity_point_bit = data[8:16]

temperature_bit = data[16:24]

temperature_point_bit = data[24:32]

check_bit = data[32:40]

humidity = 0

humidity_point = 0

temperature = 0

temperature_point = 0

check = 0

for i in range(8):
# 湿度整数部分

humidity += humidity_bit[i] * 2**(7-i)

humidity_point += humidity_point_bit[i] * 2**(7-i)
# 温度整数部分

temperature += temperature_bit[i] * 2**(7-i)

temperature_point += temperature_point_bit[i] * 2**(7-i)

check += check_bit[i] * 2**(7-i)

sum = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point

print("temperature:", temperature, ", humidity:", humidity)

if check == sum:

print("temperature:", temperature, ", humidity:", humidity)

else:

print("wrong!", check, "!=", sum)

if __name__ == "__main__":

driver()

compute()

GPIO.cleanup()
3）测试几次结果



错误率还是比较高的，暂时不知道如何比较准确的识别时序信号，而且在树莓派执行多任务时，很可能错的很离谱。
另外，在没有上拉电阻的时候，也可以正常工作。