Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Измеритель температуры и влажности на контроллере Arduino c отображением значений на LCD дисплее

Датчики DHT11 и DHT22 – очень популярны в среде Ардуино и часто используются в проектах метеостанций и умного дома. В этой статье мы с вами узнаем, как можно использовать эти сенсоры, как правильно подключать к платам Arduino Uno, Mega или Nano, какие библиотеки использовать для написания скетча. Данные датчики не выделяются особенным быстродействием и точностью, но они просты в использовании, их можно смело использовать в своих первых проектах в ввиду доступности и невысокой цены.

Характеристики и подключение датчиков DHT11 и DHT22

Датчик состоит из двух частей – емкостного датчика температуры и гигрометра. Первый используется для измерения температуры, второй – для влажности воздуха. Находящийся внутри чип может выполнять аналого-цифровые преобразования и выдавать цифровой сигнал, который считывается посредством микроконтроллера.

temperatura_arduino_2-300x225.jpg

В большинстве случаев DHT11 или DHT22 доступен в двух вариантах: как отдельный датчик в виде пластикового корпуса с металлическими контактами или как готовый модуль с датчиком и припаянными элементами обвязки. Второй вариант гораздо проще использовать в реальных проектах и крайне рекомендуется для начинающих.

temperatura_arduino_4-300x300.jpg

Датчик DHT11

  • Потребляемый ток – 2,5 мА (максимальное значение при преобразовании данных);
  • Измеряет влажность в диапазоне от 20% до 80%. Погрешность может составлять до 5%;
  • Применяется при измерении температуры в интервале от 0 до 50 градусов (точность – 2%)
  • Габаритные размеры: 15,5 мм длина; 12 мм широта; 5,5 мм высота;
  • Питание – от 3 до 5 Вольт;
  • Одно измерение в единицу времени (секунду). То есть, частота составляет 1 Гц;
  • 4 коннектора. Между соседними расстояние в 0,1 ”.

Датчик DHT22

  • Питание – от 3 до 5 Вольт;
  • Максимальный ток при преобразовании – 2,5 мА;
  • Способен измерять влажность в интервале от 0% до 100%. Точность измерений колеблется от 2% до 5%;
  • Минимальная измеряемая температура – минус 40, максимальная – 125 градусов по Цельсию (точность измерений – 0,5);
  • Устройство способно совершать одно измерение за 2 секунд. Частота – до 0,5 ГЦ;
  • Габаритные размеры: 15,1 мм длина; 25 мм широта; 5,5 мм высота;
  • Присутствует 4 коннектора. Расстояние между соседними – 0,1 ‘;

Очевидно, что при использовании в ардуино датчика температуры и влажности DHT11 устройство выдаст менее точные значения, чем DHT22. У аналога больший диапазон измеряемых значений, но и цена соответствующая. Датчик температуры и влажности DHT22, как и его аналог, имеет один цифровой выход, соответственно снимать показания можно не чаще, чем один раз в 1-2 секунды.

Где купить датчики по низким ценам

Традиционно самые низкие цены предлагают продавцы Aliexpress. Вот наиболее интересные варианты:

Digital-Temperature-and-Humidity-Sensor-DHT11-font-b-DHT22-b-font-AM2302B-AM2301-AM2320-Temperature-and.jpg_220x220.jpgЦифровые датчики температуры и влажности DHT11 DHT22 DHT22 в виде модуля, совместимого с Arduino Uno R3 Беспроводной DHT22 для метеостанций на основеWeMos – собирается как бутерброд
Модуль беспроводного датчика DHT22 (с ESP8266) Недорогой вариант датчика температуры и влажности DHT11 дешевле 70 рублей! Качественно исполненный датчик DHT11 от RobotDyn

Подключение DHT11 к Arduino Uno

Если у вас на руках только сам датчик (синяя “решетчатая” пластиковая коробочка с 4-я металлическими контактами), то для подключения DHT11 вам понадобятся следующие детали:

    • Плата Arduino (или другой микроконтроллер, поддерживающий тайминг в микросекундах);
    • Монтажная (макетная плата);
    • Подтягивающий резистор номиналом в 10 кОм;
    • Светодиоды.

    Описание контактов DHT11:

    • Питание;
    • Вывод данных;
    • Не используется;
    • Земля (GND).

    Контакты нумеруются слева на право, если корпус датчика находится перед вами со стороны решетки, и «ноги» расположены внизу. Для правильной работы датчика нужно впаять резистор на 10 кОм между выходами сигнала и питанием.

    Если у вас в руках готовый модуль датчика, то подключение его к Arduino предельно упрощается: подключаете VCC к +5В,  GND – к земле, третий контакт – к любому свободному пину на плате Arduino. Номер пина нужно будет затем указать скетче. Таким образом можно подключить датчика к разным платам Arduino: Uno, Arduino Mega, Arduino Nano, Pro Mini и другим. Подключение модуля датчика производится по следующей схеме:

    Датчик DHT22/DHT11 Arduino
    + +5V
    out например, 2
    GND

    Внимание! Обязательно соблюдайте полярность подключения. В случае неправильного подключения датчик почти неминуемо выйдет из строя. Кроме того, при неправильном подключении пластиковый корпус датчик очень сильно нагреется и может обжечь вам руки. Будьте внимательны, не торопитесь! Для соответствия схемы примеру скетча, приведенному ниже, рекомендуется подключить сигнал с датчика влажности DHT11/DHT22 ко второму пину. Если у вас иной скетч, можно внести соответствующие правки в коде и изменить пин (пример ниже). Также подключаются дополнительные резисторы (этот шаг можно опустить, так как в плате уже установлен резистор).

    Скетч для работы с датчиками DHT11 и DHT22 в Arduino

    Перед написанием скетча давайте убедимся, что у нас установлена библиотека для работы с датчиками влажности и температуры. Скачать ее можно по ссылке https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library. Загрузится папка под названием «DHT-sensor-library-master». Ее необходимо переименовать в DHT и переместить в папку libraries, что находится в корневой папке Arduino IDE. Далее необходимо загрузить готовый скетч или написать его самостоятельно, используя примеры. Типичный arduino скетч для работы с DHT11 и DHT22 выглядит следующим образом:

    #include "DHT.h"  #define DHTPIN 2 // Тот самый номер пина, о котором упоминалось выше  // Одна из следующих строк закоментирована. Снимите комментарий, если подключаете датчик DHT11 к arduino  DHT dht(DHTPIN, DHT22); //Инициация датчика  //DHT dht(DHTPIN, DHT11);  void setup() {    Serial.begin(9600);    dht.begin();  }  void loop() {    delay(2000); // 2 секунды задержки    float h = dht.readHumidity(); //Измеряем влажность    float t = dht.readTemperature(); //Измеряем температуру    if (isnan(h) || isnan(t)) {  // Проверка. Если не удается считать показания, выводится «Ошибка считывания», и программа завершает работу      Serial.println("Ошибка считывания");      return;    }    Serial.print("Влажность: ");    Serial.print(h);    Serial.print(" %t");    Serial.print("Температура: ");    Serial.print(t);    Serial.println(" *C "); //Вывод показателей на экран  }  

    После загрузки скетча и подключения датчика, результат измерений можно посмотреть в окне монитора порта. Там будут выводиться значения температуры и влажности. Если что-то пошло не так, проверьте правильность подключения датчика, соответствие номера порта на плате Arduino и в скетче, надежность контактов. Если все работает и датчик дает показания, можете провести эксперименты. Например, поместить датчик в более холодное место или подышать на него, отслеживая при этом изменения . Если при запотевании уровень влажности увеличивается, значит датчик работает исправно. Подуйте на него тонкой струйкой – влажность уменьшится и температура вернется в норму.

    На этом этапе вы сможете заметить разницу между реальным значением температуры и показаниями датчика с ардуино. Точность DHT11 гораздо хуже точности DHT22, о чем мы уже говорили в этой статье. Если у вас есть оба датчика, подключите их к плате Arduino и сравните результаты. По моему опыту, в среднем расхождение составляет больше градуса. Учитывайте это, используя эти датчики в своих проектах.

    Резюме

    Давайте подведем итог. В статье рассмотрены вопросы подключения ардуино датчиков температуры и влажности DHT11 и DHT22 к плате Arduino Uno. Датчики лучше приобретать в виде готовых модулей. Для работы с датчиками можно использовать библиотеку DHT для Arduino, которую легко скачать по указанной в статье ссылке. В скетче мы просто инициализируем объект для работы с датчиком и пользуемся его методами для получения температуры и влажности. Все полученные результаты мы можем посмотреть в окне монитора порта, сохранить и вывести на ЖК-экран, послать через bluetooth или интернет.

    Используя DHT11 или DHT22  в проектах ардуино, можно строить элементы систем умного дома и умные теплицы. С помощью этих датчиков можно создавать исследовательские комплексы для климатических измерений и мониторинга  окружающей среды. Варианты сфер применения датчиков практически неисчерпаемы, можно найти множество примеров на просторах интернета, в том числе на этом сайте. Надеюсь, с помощью нашей статьи проблем с подключением DHT11 и DHT22 к Arduino у вас не останется.

    </pre>

DHT11 – датчик влажности и температуры, который генерирует откалиброванный цифровой выход и может быть интерфейсом для любого микроконтроллера, такого как Arduino и Raspberry Pi, и получать мгновенные результаты. DHT11 – это недорогой прибор, который обеспечивает высокую надежность и долговременную стабильность.

В этом проекте построена небольшая схема для интерфейса с датчиком температуры на Arduino. Одним из основных применений подключения данного сенсора к Arduino является мониторинг погоды.

Виды датчиков

Сегодня производитель Arduino проявил большую силу в сообществе разработчиков электронных приложений и распространил различные модули, которые позволяют проектам Arduino датчиков быть более гибкими.

Рассмотрим основные виды приборов, построенных на рассматриваемой платформе:

  1. Вращательный: в основном, резистор, подключенный к потенциометру и трехконтактному разъему, который позволяет подключать аналоговый выход и подавать его VCC и GND. Часто используется для определения положения двигателя, как сервомотора, так и шагового, постоянного тока и других. По-другому можно назвать – Ардуино датчик тока или Аrduino датчик движения.
  2. Звуковой: оснащен микрофоном, операционным усилителем LM386 и потенциометром, позволяющим захватывать любой звук вокруг него и превращать его в аналоговый сигнал с 0V до VCC, который может быть преобразован в сигнал Аrduino от 0 до 1024 в резолюции ADC. Существуют различные приложения для такого типа, которые относятся к аудиозахвату. Также существует ультразвуковой датчик Ардуино.
  3. Обнаружитель дыма: используется в системах обнаружения пожара, является прибором, который выявляет дым и газ, может быть откалиброван с помощью потенциометра, а выходной сигнал подключается к аналоговому входному модулю. Эти Ардуино-датчики имеют, помимо прочего, варианты MQ-2, MQ-3, MQ4 и дифференцируются по типу обнаруженного вещества, метана, спирта, пропана и другие.
  4. Детонация: предназначен для обнаружения сбоев или известен, как перкуссионный. Передает цифровой сигнал, когда обнаруживает изменение. Может быть подключен к цифровому входу на плате разработки Arduino и обнаруживать сигнал, который генерируется при наличии какого-либо удара.
  5. Ардуино-датчик температуры: предназначается для измерения состояния окружающей среды. К таким можно отнести Аrduino dsl8b20.

Распиновка и принципиальная схема подключения

Распиновка у датчиков данного типа довольно простая. Независимо от того сколько выводов у вашего сенсора — рабочих выводов всего 3:

Принципиальная схема при подключении к микроконтроллеру может выглядеть таким образом:

Устройство датчиков и схема подключения к Ардуино

DHT11 входит в состав приборов отслеживания влажности DHTXX. Другим датчиком в этой серии является DHT22. В результате они будут измерять как влажность, так и температуру. Хотя DHT11 дешевы и медленны, они очень популярны среди любителей и начинающих.

DHT11 состоит из 3 основных компонентов. Датчик влажности резистивного типа, термистор NTC и 8-разрядный микроконтроллер, который преобразует аналоговые сигналы и отправляет одиночный цифровой сигнал.

Схема подключения DHT11 к Ардуино

Этот цифровой сигнал может быть прочитан любым микроконтроллером или микропроцессором для дальнейшего анализа.

DHT11 состоит из 4 контактов: VCC, Data Out, Not Connected (NC) и GND. Диапазон напряжения для вывода VCC составляет от 3,5 до 5,5 В. Питание 5 В будет достаточно. Данные на выводе Data Out являются последовательными цифровыми данными.

Все DHT11 точно калибруются в лаборатории, а результаты хранятся в памяти. Между любыми микроконтроллерами, такими как Arduino и DHT11 Sensor, может быть установлена ​​однопроводная связь.

Кроме того, длина кабеля может достигать 20 метров. Данные состоят из целочисленных и десятичных частей, как для относительной влажности (RH), так и для температуры.

Данные от DHT11 и Ардуино датчиков движения состоят из 40 бит, и формат выглядит следующим образом:

8 бит данных для интегрального значения RH, 8 бит данных для десятичного значения RH, 8 бит данных для интегральных значений, 8 бит данных для интегрального значения температуры и 8 бит данных для контрольной суммы.

Скетч для работы с датчиком

Давайте посмотрим теперь на код благодаря которому сенсор будет взаимодействовать с нашей платой (схема подключения выше):

#include "DHT.h"  #define dht_apin A0 // Аналоговый контакт к которому подключен датчик     dht DHT;     void setup(){       Serial.begin(9600);    delay(500);//Задержка для загрузки системы    Serial.println("DHT11 сенсор влажности и температурыnn");    delay(1000);//Подождите, прежде чем обращаться к датчику     }//end "setup()"     void loop(){    //Начало программы          DHT.read11(dht_apin);            Serial.print("Текущая влажность = ");      Serial.print(DHT.humidity);      Serial.print("%  ");      Serial.print("температура = ");      Serial.print(DHT.temperature);       Serial.println("C  ");            delay(5000);//Подождите 5 секунд, прежде чем снова обратиться к датчику       //Самый быстрый должен быть раз в две секунды     }// окончание цикла loop()

Код получился таким небольшим, т.к. мы в самом начале задействовали библиотеку для сенсора. Скачать библиотеку можно по ссылке или на этой странице в разделе «Библиотеки».

Arduino DHT11 – относительно дешевый прибор для измерения температуры и влажности. DHT22 похож на DHT11 и имеет большую точность. Однако эта библиотека не подходит для DHT21 или DHT22, поскольку они имеют другой формат данных.

Проверьте DHTlib на поддержку этих датчиков. Эта библиотека протестирована на MEGA2560 и подтверждена работой на Arduino 2009. Niesteszeck создал библиотеку DHT11, управляемую прерываниями. Энди Дальтон сделал модифицированную версию. Разница в том, что DATAPIN определен в конструкторе, в результате чего полагается один выделенный объект на приспособление.

С помощью одножильного приспособления DS18B20 мы можем измерять температуру от -55 ℃ до 125 ℃ с точностью ± 5.

В итоге мы должны на выходе увидеть вот такие данные:

Получение данных

Рассмотрим данные, полученные от DHT11.

00100101 00000000 00011001 00000000 00111110.

Эти данные можно разделить на основе указанной выше структуры следующим образом:

Чтобы проверить правильность полученных данных, нам нужно выполнить небольшой расчет. Добавьте все значения интегральных и десятичных значений RH и температуры и проверьте, равна ли сумма величине контрольной суммы, т. е. последним 8-битным данным:

00100101 + 00000000 + 00011001 + 00000000 = 00111110

Это значение совпадает с контрольной суммой и, следовательно, полученные данные действительны. Теперь, чтобы получить значения RH и температуры, просто преобразуйте двоичные данные в десятичные данные:

RH = Десятичное значение 00100101 = 37%

Датчик влажности и температуры DHT11 позволяет легко добавлять данные в ваши проекты электроники DIY. Он идеально подходит для удаленных метеорологических станций, домашних систем управления окружающей средой и систем мониторинга фермы или сада.

Дополнительные сенсоры

Кроме сенсоров, которые мы рассмотрели выше можно присмотреться и к другим датчикам для Ардуино:

  1. Датчик температуры + влажности. Вы можете использовать этот совместимый с Arduino гаджет для контроля температуры окружающей среды или влажности. В качестве основного проекта вы можете подключить ЖК-дисплей к Arduino и отображать температуру в помещении/влажность.
  2. Датчик инфракрасного излучения, также называемый «инфракрасным излучающим диодом». Он работает с 38KHz модулирующим сигналом. Можно использовать для отправки кода в другой Arduino или для управления телевизором.
  3. Фоторезистор. Сопротивление компонента будет варьироваться в зависимости от интенсивности света, которому он подвергается. Является резистором, сопротивление которого падает, когда свет попадает на него.
  4. Ультразвуковой прибор расстояния автоматически отправляет аудиосигнал 40 кГц и определяет, есть ли импульсный сигнал назад. Он посылает сигнал, и если он получает обратно, то вычисляет пройденное расстояние, таким образом, расстояние от приспособления до объекта перед ним. Он может ощущать объект в диапазоне: 2 см ~ 500 см.
  5. Датчик детонации. Проще говоря, это переключатель, который включается, когда он обнаруживает стук. Существует светодиод, который также дает визуальный сигнал состояния, высокий или низкий.
  6. Звуковой будет обнаруживать окружающий звук. Это лучше всего использовать для таких проектов, как голосовые чейнджеры.
  7. Обнаружение напряжения (выше/ниже). Определяет уровень напряжения любого поставщика постоянного тока, до 25 вольт. Критические точки перенапряжения/пониженного напряжения могут быть отрегулированы.
  8. Определитель влажности и температуры. Arduino датчик влажности почвы помогает определить условия для комфортного существования комнатных и тепличных растений.

В целом, для каждого радиолюбителя есть огромный выбор для создания устройств разного назначения. О многих мы писали ранее, но о многих нам еще предстоит поговорить.

Я продолжаю свое увлечение электроникой. Буквально вчера пришла посылка с моим набором для изучения Arduino UNO — конечно же сразу захотелось что-нибудь собрать.

Немного поигравшись с мигающими светодиодами, я решил протестировать остальное содержимое набора. Выбор пал на ЖК-дисплей и датчик температуры и влажности DHT11.

Очень хотелось вывести показания датчика не только на экран монитора, но и на дисплей. Убив несколько часов на поиск и изучение статей по данной теме, я так и не смог заставить все работать нужным образом. Все готовые решения содержали ошибки или недомолвки, либо применялись другие компоненты — дисплей показывал что угодно, но только не температуру и влажность. Поскольку метод «с наскока» не удался, пришлось не просто копировать готовый код, а разбираться в том, как он работает. Но в итоге я все же смог получить нужную программу (ссылка на скачивание в конце статьи) и загрузить ее в микроконтроллер, ура:

opt190301.jpg

Хочу отметить, что я не писал весь код с нуля — часть взята из тестовых файлов входящих в состав библиотек, часть — из найденных статей, что-то переделал я сам. В общем, это некая компиляция, приведенная к работающему состоянию.

Датчик DHT11 очень неточный, поэтому использовать его в качестве источника информации для каких-то серьезных систем я бы не советовал, но для учебных целей он очень даже подходит.

Ниже я подробно расскажу как повторить данную конструкцию (если кому-то захочется) и приведу текст скетча для Arduino IDE.

Начнем с дисплея:

opt190303.jpg

На картинке приведен вид спереди и сзади. Как можно увидеть, мой экземпляр снабжен интерфейсом I2C (маленькая платка на задней стороне). Данный интерфейс очень упрощает подключение дисплея к Arduino — нужно использовать всего 4 контакта:

GRD — минус питания («земля»)VCC — питание +5VSDA — линия данныхSLC — линия синхронизации

Без I2C подключение LCD дисплея осуществляется несколько сложнее.

Датчик DH11 так же имеет 4 контакта, при этом один из них вообще не используется. Мой дачик уже расположен на платке, на которой сразу установлен дополнительный резистор (который требуется для нормальной работы датчика) и выведено 3 ножки:

opt190305.jpg

Левая подписана как S — с нее поступает сигнал, правая — «-», ну а средняя получается «+» на нее подается питание.

Итак, собираем схему:

opt190304.jpg

NB!  Перед монтажом схемы и внесением в нее каких-либо изменений обязательно отключайте питание всех элементов, иначе можно их банально сжечь — потом будет жалко.

1) Подключаем датчик:

  • S на A0
  • + на +5V
  • —  на GND

2) Подключаем LCD дисплей:

  • SDA на A4
  • SLC на A5
  • VCC на +5V (на Arduino UNO такой pin всего один и там уже обосновался провод питания идущий от датчика, поэтому лучше соединить VCC дисплея с «+» датчика (например джампером) или использовать для одного из устройств внешнее питание)
  • GND на GND Arduino («земли» на UNO как раз две, так что тут никаких проблем)

Сборка на этом закончена, осталось прошить микроконтроллер.Вот код скетча:

#include  // Добавляем необходимые библиотеки #include <liquiude dhtpin="" a0="" dhttype="" dht11="" dht="" dht22="" dht21="" byte="" degree="" b00111="" b00101="" b00000="" liquidcrystal_i2c="" lcd="" void="" setup="" lcd.init="" lcd.backlight="" lcd.createchar="" serial.begin="" dht.begin="" loop="" delay="" reading="" temperature="" or="" humidity="" takes="" about="" milliseconds="" sensor="" readings="" may="" also="" be="" up="" to="" seconds="" a="" very="" slow="" float="" h="dht.readHumidity();" read="" as="" celsius="" t="dht.readTemperature();" fahrenheit="" f="dht.readTemperature(true);" lcd.setcursor="" lcd.print="">

В данном коде используются библиотеки DHT и LiquidCrystal_I2C, которые не входят в стандартный пакет Arduino IDE. В сети множество разных библиотек с такими же названиями. И несмотря на их схожесть, не со всеми версиями данный код работает. Чтобы вам не тратить свое время и нервы на поиск рабочего варианта, я прикладываю к данной статье архив, в котором содержатся данные библиотеки и сам скетч для Arduino IDE.  Библиотеки надо разархивировать и поместить в папку C:Program Files (x86)Arduinolibraries после чего перезапустить программу Arduino IDE.

Я думаю, что опытные разработчики найдут к чему придраться в данном коде (например, здесь нет обработчика ошибок), но на данном этапе, для меня главное, что он работает. Если вы будете применять детали схожие с моими, должно заработать и у вас. Конечно, рекомендую не просто скопировать, но и попытаться понять за что отвечает каждая строчка кода (комментарии в коде сильно в этом помогут).

Быстрые результаты в любом деле это не цель, а всего лишь мотивация, которая должна подталкивать вас копать глубже. Помните об этом! =)

P.S. Статья нашла своих читателей, что меня, как автора, очень радует. Если у Вас что-то не получается, обратите внимание на комментарии, там много полезной информации. Огромное спасибо всем читателям, поделившимся своим опытом!

</liquiude></pre>Используемые источники:

  • https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/datchiki-temperatury-i-vlazhnosti-dht11-dht22/
  • https://arduinoplus.ru/arduino-datchik-vlazhnosti-temperaturi/
  • https://tsarevstudio.ru/blog/hobby/humidity_and_temp_with_dht11_and_arduinouno.html

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации