約97日前 2022年2月9日21:05
デジタル
Python ESP32

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改訂履歴

2022/2/9　投稿

1. 温度計測してみたい

今回はDHT11というセンサーを使って温度と湿度の計測を行ってみます。

使うマイコンはESP32。言語はMicroPythonです。

以前Arduinoのセンサーキットを購入した際に同梱されていたモジュールを使います。



DHTは "Digital Humidity & Temperature" の略です。

Humidity = 湿度
Temperature = 温度　ですね。


DHT11以外にも数種類の機種があり、DHT22やDHT21(AM2301)等があります。

それぞれ "測定可能温度範囲" や "計測精度" 、"配線手段" が異なります。

DHT11はこれらの温湿度センサーの中でも最も安価で単純なグレードです。

2. 組み立てる

2.1 - ハード

DHT11の電源電圧は3V～5.5Vですので、ESP32の5Vから電源を供給します。

モジュール化されたタイプのDHT11のピンは左から、DATA、VCC、GNDの順に並んでいます。

VCCピンとESP32の5Vピンを接続します。

DATAピンとESP32のIOピンを接続します。

GNDピンとESP32のGNDピンを接続します。







上記ではDATAピンをESP32のIO23ピンに接続しています。

ハードの準備は以上ですので、プログラムを作ります。

2.2 - プログラム

今回は２秒おきに温度と湿度を取得するプログラムを書き込みます。

出力イメージは下記のようになります。




完成形のプログラムは下記の通りです。

from machine import Pin
from time import sleep
import dht

sensor = dht.DHT11(Pin(23))

While True:
  try:
    sleep(2)
    sensor.measure()
    temperature = sensor.temperature()
    humidity = sensor.humidity()
    print('Temperature: %3.1f C' %temperature)
    print('Humidity: %3.1f %%' %humidity)
  except OSError as e:
    print('Sensor Reading Failed')

Thonnyを起動し、このプログラムを書き込みましょう。

プログラムの書き込み方法は下記の記事で解説しています。

リンク
ESP32でMicroPythonを使う

MicroPythonでDHT11を扱うには "dht" というドライバをインポートする必要があります。

中身はGithubで確認できます。

リンク
DHT11/DHT22 driver for MicroPython on ESP8266


上記から一部引用します。

class DHTBase:
    def __init__(self, pin):
        self.pin = pin
        self.buf = bytearray(5)

    def measure(self):
        buf = self.buf
        dht_readinto(self.pin, buf)
        if (buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3]) & 0xFF != buf[4]:
            raise Exception("checksum error")


class DHT11(DHTBase):
    def humidity(self):
        return self.buf[0]

    def temperature(self):
        return self.buf[2]

self.buf = bytearray(5)とあるように 8bit × 5 のデータを読み取ります。

DHTBaseクラスを継承したDHT11クラスを見ると分かるように、5つのデータの中でも1つ目と3つ目しか使用していないことが確認できますね。

湿度データ(humidity)は1つ目から、

温度データ(temperature)は3つ目から読み取ります。


なぜこのデータを読み取るのかは、DHT11のデータシートを見ると答えが分かります。

リンク
DHT11 Humidity &　Temperature Sensor
※pdfが開きます

データシートの中に下記の記載があります。

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Data consists of decimal and integral parts. A complete data transmission is 40bit, and the sensor sends higher data bit first.
Data format: 8bit integral RH data + 8bit decimal RH data + 8bit integral T data + 8bit decimal T data + 8bit check sum. If the data transmission is right, the check-sum should be the last 8bit of "8bit integral RH data + 8bit decimal RH data + 8bit integral T data + 8bit decimal T data".

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要約すると、

1つ目の8bitは "湿度(RH)の整数部(integral)"
2つ目の8bitは "湿度(RH)の小数部(decimal)"
3つ目の8bitは "温度(T)の整数部(integral)"
4つ目の8bitは "温度(T)の小数部(decimal)"
5つ目の8bitは "誤り検出(check sum)"

と書いてあります。

DHT11は計測分解能が1%RH、1℃のセンサーですので、小数部は使いません。

なので、1つ目の "湿度の整数部" と3つ目の "温度の整数部" だけをプログラムで使用しているのです。


ちなみに5つ目の "check sum" はデータに誤りが無いか確認する "誤り検出符号" です。

"sum" という名前の通り、1つ目～4つ目のデータを合計した数値が入ります。

8bit × 5 のデータを受け取った後、誤り検出を行うことでデータの正しさを確認します。


ESP32に書き込んだプログラムの中で

sensor.measure()

と書きましたが、このタイミングでデータの取得と誤り検出を内部で行っています。

def measure(self):
      buf = self.buf
      dht_readinto(self.pin, buf)
      if (buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3]) & 0xFF != buf[4]: # 誤り検出
          raise Exception("checksum error")

3. 温湿度を計測しよう

準備が整ったらプログラムをESP32で動かしてみましょう！

温度と湿度が下記の用に表示されればOKです。


実際の運用では、IoTデバイスとして計測データをクラウドサーバーに送信したりなんて使い方をするのだと思います。

アイデア一発！独創的な使い方をするのも面白いかもですね。