本实验通过 DHT11 模块测量大气中温湿度，利用树莓派多功能的用途，将温湿度测量结果显示到网页，并包含历史数据、实时折线图表示。
树莓派 Raspberry 4 Model B，DHT11 v1.3，电阻，杜邦线，面包板。
1.1 DHT11引脚说明
下图为GPIO引脚对照表
本次实验使用的DHT11有3个引脚：VCC、DATA、GND。
VCC接 5V PIN 02；DATA接 PIN 08；GND接地 PIN 06。
硬件连接图如下：右上角40引脚的2、6、8所连的三条线为DHT11所连的线。下面的13、14引脚所连的线为温度阈值报警小灯所用（此为附加功能所用）。
1.2 外设读取步骤
主机和从机之间的通信可通过如下几个步骤完成(（外设（如微处理器）读取DHT11的数据的步骤）。
步骤一:
DHT11上电后（DHT11上电后要等待1S以越过不稳定状态在此期间不能发送任何指令），测试环境温湿度数据，并记录数据，同时DHT11的DATA数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平;此时DHT11的DATA引脚处于输入状态，时刻检测外部信号。
步骤二:
微处理器的I/O设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于18ms(最大不得超过30ms），然后微处理器的I/O设置为输入状态，由于上拉电阻，微处理器的I/O即DHT11的DATA数据线也随之变高，等待DHT11作出回答信号。发送信号如下图所示: 
步骤三:
DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11的 DATA引脚处于输出状态，输出83微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出87微秒的高电平通知 外设准备接收数据，微处理器的I/O此时处于输入状态，检测到I/O有低电平（DHT11回应信号） 后，等待87微秒的高电平后的数据接收，发送信号下图所示：
步骤四:
由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/O电平的变化接收40位数据，位数据 “0”的格式为：54微秒的低电平和23-27微秒的高电平，位数据“1”的格式为：54微秒的低 电平加68-74微秒的高电平。位数据“0”、“1”格式信号如下图所示：
结束信号：
DHT11的DATA引脚输出40位数据后，继续输出低电平54微秒后转为输入状态，由于上拉电 阻随之变为高电平。但DHT11内部重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部信号的到来。
1.3. DHT11单总线传送数据位定义
DATA 用于微处理器与 DHT11 之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先出。
数据格式：
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 校验位，其中湿度小数部分为 0
示例一：接收到的40位数据为：
0011 0101 / 0000 0000 / 0001 1000 / 0000 0100 / 0101 0001
湿度高8位 / 湿度低8位 / 温度高8位 / 温度低8位 / 校验位
计算：
00110101+00000000+00011000+00000100=01010001
接收数据正确：
湿度：00110101(整数)=35H=53%RH00000000(小数)=00H=0.0%RH=>53%RH+0.0%RH=53.0%RH
温度：00011000(整数)=18H=24℃00000100(小数)=04H=0.4℃=>24℃+0.4℃=24.4℃
实验中dht11.py所读取的温度显示为整数，欲将其变为带有一位小数的输出，只需将return值处理一下，将温度的小数部分the_bytes[3]加上就可以了
return DHT11Result(DHT11Result.ERR_NO_ERROR, the_bytes[2]+float(the_bytes[3])/10, the_bytes[0])
本实验中参数调用主要围绕app.py文件进行，app.py运行后，首先读取dht11读取到的当前温湿度参数，把参数存到数据库中，创建数组调用数据生成折线图。生成的图片通过存到对应路径上。html文件调用路径上存的文件显示到网页上，同时调用style.css文件进行网页美化。
文件夹路径关系：
主文件app.py位于WebServer文件夹
第三级目录中：
templates用于放html文件；
statics用于存放,css文件和其他的图片（可自选，例如背景图、温度湿度曲线图等便于调用）；
history用于放dht11.py文件（因为我的树莓派B4无法使用Adafruit库，所以是使用硬件直接读取温湿度数据的。）
树莓派相关下载过程此处不再赘述，这里只总结一些我在实验中遇到的问题以及解决的方法。
在运行这几个py文件时，遇到的几个主要的报错以及出现原因、处理方法如下：
基础功能的代码：使用dht11.py读取温度后，将温湿度显示到网页上。
用于通过传感器读取数据的文件
import time
import RPi
class DHT11Result:
'DHT11 sensor result returned by DHT11.read() method'
ERR_NO_ERROR = 0
ERR_MISSING_DATA = 1
ERR_CRC = 2
error_code = ERR_NO_ERROR
temperature = -1
humidity = -1
def __init__(self, error_code, temperature, humidity):
self.error_code = error_code
self.temperature = temperature
self.humidity = humidity
def is_valid(self):
return self.error_code == DHT11Result.ERR_NO_ERROR
class DHT11:
'DHT11 sensor reader class for Raspberry'
__pin = 0
def __init__(self, pin):
self.__pin = pin
def read(self):
RPi.GPIO.setup(self.__pin, RPi.GPIO.OUT)
# send initial high
self.__send_and_sleep(RPi.GPIO.HIGH, 0.05)
# pull down to low
self.__send_and_sleep(RPi.GPIO.LOW, 0.02)
# change to input using pull up
RPi.GPIO.setup(self.__pin, RPi.GPIO.IN, RPi.GPIO.PUD_UP)
# collect data into an array
data = self.__collect_input()
# parse lengths of all data pull up periods
pull_up_lengths = self.__parse_data_pull_up_lengths(data)
# if bit count mismatch, return error (4 byte data + 1 byte checksum)
if len(pull_up_lengths) != 40:
return DHT11Result(DHT11Result.ERR_MISSING_DATA, 0, 0)
# calculate bits from lengths of the pull up periods
bits = self.__calculate_bits(pull_up_lengths)
# we have the bits, calculate bytes
the_bytes = self.__bits_to_bytes(bits)
# calculate checksum and check
checksum = self.__calculate_checksum(the_bytes)
if the_bytes[4] != checksum:
return DHT11Result(DHT11Result.ERR_CRC, 0, 0)
# ok, we have valid data, return it
return DHT11Result(DHT11Result.ERR_NO_ERROR, the_bytes[2]+float(the_bytes[3])/10, the_bytes[0]+float(the_bytes[1])/10)
def __send_and_sleep(self, output, sleep):
RPi.GPIO.output(self.__pin, output)
time.sleep(sleep)
def __collect_input(self):
# collect the data while unchanged found
unchanged_count = 0
# this is used to determine where is the end of the data
max_unchanged_count = 100
last = -1
data = []
while True:
current = RPi.GPIO.input(self.__pin)
data.append(current)
if last != current:
unchanged_count = 0
last = current
else:
unchanged_count += 1
if unchanged_count > max_unchanged_count:
break
return data
def __parse_data_pull_up_lengths(self, data):
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
state = STATE_INIT_PULL_DOWN
lengths = [] # will contain the lengths of data pull up periods
current_length = 0 # will contain the length of the previous period
for i in range(len(data)):
current = data[i]
current_length += 1
if state == STATE_INIT_PULL_DOWN:
if current == RPi.GPIO.LOW:
# ok, we got the initial pull down
state = STATE_INIT_PULL_UP
continue
else:
continue
if state == STATE_INIT_PULL_UP:
if current == RPi.GPIO.HIGH:
# ok, we got the initial pull up
state = STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN
continue
else:
continue
if state == STATE_DATA_FIRST_PULL_DOWN:
if current == RPi.GPIO.LOW:
# we have the initial pull down, the next will be the data pull up
state = STATE_DATA_PULL_UP
continue
else:
continue
if state == STATE_DATA_PULL_UP:
if current == RPi.GPIO.HIGH:
# data pulled up, the length of this pull up will determine whether it is 0 or 1
current_length = 0
state = STATE_DATA_PULL_DOWN
continue
else:
continue
if state == STATE_DATA_PULL_DOWN:
if current == RPi.GPIO.LOW:
# pulled down, we store the length of the previous pull up period
lengths.append(current_length)
state = STATE_DATA_PULL_UP
continue
else:
continue
return lengths
def __calculate_bits(self, pull_up_lengths):
# find shortest and longest period
shortest_pull_up = 1000
longest_pull_up = 0
for i in range(0, len(pull_up_lengths)):
length = pull_up_lengths[i]
if length < shortest_pull_up:
shortest_pull_up = length
if length > longest_pull_up:
longest_pull_up = length
# use the halfway to determine whether the period it is long or short
halfway = shortest_pull_up + (longest_pull_up - shortest_pull_up) / 2
bits = []
for i in range(0, len(pull_up_lengths)):
bit = False
if pull_up_lengths[i] > halfway:
bit = True
bits.append(bit)
return bits
def __bits_to_bytes(self, bits):
the_bytes = []
byte = 0
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
return the_bytes
def __calculate_checksum(self, the_bytes):
return the_bytes[0] + the_bytes[1] + the_bytes[2] + the_bytes[3] & 255
from flask import Flask ,render_template
from library import dht11
import RPi.GPIO as GPIO
app = Flask(__name__)
# initialize GPIO
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.cleanup()
#read data using pin 14
instance = dht11.DHT11(pin=14)
@app.route("/")
def hello():
result = instance.read()
time.sleep(1)
temperature = result.temperature
humidity = result.humidity
templateData={
'title': "Sensor Data",
'temp': temperature,
'hum': humidity,
}
return render_template("index.html", **templateData)
if __name__ == "__main__":
app.run(host="192.168.1.xxx", port=50, debug=True)
<!DOCTYPE html>
<head>
<html>
<head>
<title>{{title}}</title>
<link rel="stylesheet" href='../static/style.css'/>
</head>
<body>
<h1>Sensor Data</h1>
<h2>TEMPERATURE ==> {{ temp }} oC</h2>
<h3>HUMIDITY (Rel.) ==> {{ hum }} %</h3>
</body>
</html>
body{
background: blue;
color: yellow;
padding:1%
}
.button {
font: bold 15px Arial;
text-decoration: none;
background-color: #EEEEEE;
color: #333333;
padding: 2px 6px 2px 6px;
border-top: 1px solid #CCCCCC;
border-right: 1px solid #333333;
border-bottom: 1px solid #333333;
border-left: 1px solid #CCCCCC;
}