Temperatura i vlažnost: prvo mjerenje sa DHT11

Šta ćemo napraviti

Povezaćemo DHT11 sa ESP32 i prikazivati temperaturu i relativnu vlažnost vazduha u Serial Monitoru. Program pokušava novo očitavanje svakih 2,5 sekunde. Uspješan rezultat sadrži obje vrijednosti i jedinice; neuspješan rezultat dobija jasnu poruku o grešci.

Ovo je prvi kurs u kojem senzor prenosi brojčane podatke preko svoje komunikacione linije. Naučićemo da jednako pažljivo obrađujemo dobijeno mjerenje i situaciju u kojoj mjerenje nije dostupno.

Šta ćeš naučiti

• Povezati napajanje, DATA i spoljašnji pull-up otpornik.
• Instalirati odgovarajuću Arduino biblioteku i njenu zavisnost.
• Očitati temperaturu u °C i relativnu vlažnost u procentima.
• Rasporediti očitavanja pomoću millis().
• Prepoznati NaN i prikazati grešku bez izmišljene nulte vrijednosti.

Predznanje

Završi kurseve 01 i 07. Potrebno je da znaš učitati program, otvoriti Serial Monitor i povezati napajanje modula sa zajedničkom masom. U ovom kursu prelazimo sa binarnog izlaza senzora na biblioteku koja čita njegov podatkovni protokol.

Potrebna oprema

Koristimo klasičnu ESP32-WROOM-32 ploču i tropriključni DHT11 modul potvrđen za rad na 3,3 V. Priključci su VCC, DATA i GND, ali njihov fizički redoslijed provjeri na svom modulu. Samostalni DHT11 sa četiri nožice ima drugačiji raspored i nije direktna zamjena prema slici ove šeme.

Šta podaci znače

Temperatura opisuje toplotno stanje okoline senzora. Relativna vlažnost zavisi i od temperature; njen procenat nije procenat zapremine vazduha koji zauzima voda. DHT11 je pogodan za učenje očitavanja, a promjena ispisa za jednu decimalu ne znači odgovarajuću mjernu tačnost. Njegova ograničenja opisuje Adafruit pregled DHT senzora.

DHT11 koristi digitalni protokol preko jedne DATA linije. To nije analogni izlaz, a nije ni I²C. Biblioteka upravlja vremenskim signalima, dekodira podatke i provjerava prijenos. U izvornom kodu Adafruit biblioteke vidi se obrada vremena, kontrolnog zbira i neuspjelog očitavanja.

Šema i povezivanje

Šema povezivanja

Koristi tropriključni DHT11 modul potvrđen za rad na 3,3 V. R2 je dodatni pull-up otpornik 10 kΩ na 3V3; DATA i GPIO26 su isti čvor. Ne prebacuj modul sa ugrađenim pull-up otpornikom na 5 V bez prilagođavanja logičkih nivoa.

Veze · Šema povezivanja

Od	Do	Opis veze
ESP32.3V3	DHT1.VCC	DHT11 modul koji pouzdano radi na 3,3 V.
ESP32.GND	DHT1.GND	Zajednička masa.
DHT1.DATA	ESP32.GPIO26	Dvosmjerna podatkovna linija DHT11.
ESP32.3V3	R2.1	R2 je pull-up otpornik 10 kΩ prema 3V3.
R2.2	DHT1.DATA	Drugi kraj R2 na isti DATA čvor kao GPIO26.

1. Odspoji USB. Provjeri da dokumentacija konkretnog modula dopušta napajanje od 3,3 V.
2. Spoji VCC modula na 3V3, a GND modula na GND ESP32.
3. Spoji DATA na GPIO26.
4. Dodaj R2 od 10 kΩ između DATA i 3V3. Otpornik nije u seriji sa signalnom žicom: jedan kraj je na zajedničkoj DATA/GPIO26 vezi, drugi na 3V3.
5. Ako modul već ima pull-up, provjeri da je i on vezan na 3,3 V. Referentna šema zadržava spoljašnji R2 radi jasno definisane veze.
6. Pregledaj kratke žice i priključke, pa priključi USB napajanje ploče.

Pull-up vraća podatkovnu liniju u visoko stanje kada je učesnici komunikacije ne povlače prema masi. Adafruit uputstvo za povezivanje navodi otpornik od 10 kΩ i upozorava da nekim primjercima 3,3 V nije dovoljno. Ako tvoj modul ne radi pouzdano na 3,3 V, provjeri njegovu varijantu; nemoj ga samo prebaciti na 5 V jer ugrađeni pull-up tada može dovesti 5 V na GPIO26.

Priprema Arduino okruženja

U Arduino IDE-u 2.x izaberi ESP32 Dev Module, odgovarajući port i paket esp32 by Espressif Systems 3.3.12. Kroz Library Manager instaliraj:

• DHT sensor library by Adafruit, verziju 1.4.7.
• Adafruit Unified Sensor, verziju 1.1.15, kao zavisnost paketa.

Naziv i autor su bitni: druga biblioteka sa sličnim nazivom može imati drugi API. Adafruit Arduino vodič objašnjava instalaciju biblioteka. Naš program koristi objekat DHT, bez dodatnog sloja Unified API-ja, ali instaliramo prijavljenu zavisnost.

Raspakuj primjer, otvori dht11_monitor/dht11_monitor.ino i zadrži odgovarajući naziv foldera. Serial Monitor podesi na 115200 baud.

Kompletan Arduino program

#include <Arduino.h>
#include <DHT.h>
#include <math.h>

constexpr uint8_t DHT_PIN = 26;
constexpr uint32_t SAMPLE_MS = 2500;
DHT dht(DHT_PIN, DHT11);
uint32_t lastSampleAt = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  lastSampleAt = millis();
  Serial.println("DHT11: first sample after 2.5 seconds; units are Celsius and percent RH.");
}

void loop() {
  const uint32_t now = millis();
  if (static_cast<uint32_t>(now - lastSampleAt) < SAMPLE_MS) return;
  lastSampleAt = now;
  const float humidity = dht.readHumidity();
  const float temperature = dht.readTemperature();
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("SENSOR ERROR: DHT11 read failed; check DATA, 3.3 V, GND and pull-up.");
    return;
  }
  Serial.print("T_C="); Serial.print(temperature, 1);
  Serial.print(" RH_pct="); Serial.println(humidity, 1);
}

Prvo pokreni priloženi program bez izmjena. Za njega su odabrani DHT_PIN = 26, tip DHT11 i SAMPLE_MS = 2500.

Kako se čita jedan uzorak

Objekat DHT dht(DHT_PIN, DHT11) povezuje izabrani pin sa tipom senzora. dht.begin() priprema komunikaciju. Program pamti lastSampleAt i prvi pokušaj pravi tek poslije 2500 ms od početka rasporeda u setup().

Pozivi readHumidity() i readTemperature() daju vlažnost i temperaturu. Podrazumijevana temperatura je u Celzijusima. Biblioteka za uzastopne pozive koristi sačuvani rezultat iste komunikacije, pa ovaj par ne treba tumačiti kao dva nezavisna mjerenja u istom trenutku. Odabrani razmak je duži od internog minimuma biblioteke od dvije sekunde.

Prije ispisa program provjerava isnan() za obje vrijednosti. Ako je bilo koja nevažeća, odbacuje cijeli par i prijavljuje SENSOR ERROR. Nula je moguća brojčana vrijednost; ne smije predstavljati zamjenu za neuspjeli prijenos. Program nastavlja i ponovo pokušava u sljedećem terminu.

Pokretanje i očekivani ispis

Klikni Verify, zatim Upload. Otvori Serial Monitor i sačekaj prvi pokušaj nakon početnog intervala. Uspješne poruke koriste oznake T_C i RH_pct; greška je posebno označena. Vrijednosti zavise od stvarne prostorije, položaja i senzora. Ovdje nijedna brojka nije unaprijed proglašena rezultatom tvoje probe.

Ne očekuj promjenu svakog uzorka. Drži senzor podalje od ploče koja se zagrijava, direktnog sunca i dodirivanja prstima. Daj mu vremena da odgovori na promijenjene uslove. Ovaj raspored je vježba za unutrašnji prostor; kućište i način mjerenja nisu pripremljeni za vremenske uticaje napolju.

Eksperiment i dnevnik

Zabilježi deset uzastopnih pokušaja. Za svaki upiši vrijeme poruke, temperaturu, relativnu vlažnost i status. Kod greške polja mjerenja ostavi prazna.

Za posljednju probu isključi USB, odspoji DATA, uključi i posmatraj. Zatim opet isključi USB i vrati vezu.

Najčešći problemi

Samostalni zadatak

Povećaj SAMPLE_MS na 5000 i posmatraj razmak poruka. Zatim na papiru obradi niz izmišljenih temperatura: 22,0; nevažeće; 24,0. Izračunaj prosjek važećih rezultata i uporedi ga sa pogrešnim prosjekom koji bi nastao zamjenom greške nulom.

Pitanja za provjeru

1. Zašto R2 ide prema 3V3, a ne prema 5 V?
2. Da li greška komunikacije znači da je temperatura 0 °C?
3. Hoće li češći ispis učiniti DHT11 preciznijim?

Smjernice i rješenje

Sa intervalom 5000 ms novi pokušaji stižu približno svakih pet sekundi. Prosjek važećih 22,0 i 24,0 iznosi 23,0 °C. Uključivanje izmišljene nule dalo bi približno 15,3 °C i prikrilo gubitak podatka. Ovaj račun je zadatak, a ne mjerenje na ploči.

Pull-up prema 3V3 čuva odgovarajući visoki nivo DATA linije. NaN označava nevažeći broj, ne temperaturu nula. Veća učestalost ispisa ne popravlja osobine senzora. Vrati interval na 2500 ms prije kursa o sobnoj mjernoj stanici.

Preuzimanja

Primarni izvori

• Adafruit: pregled DHT senzora.
• Adafruit: napajanje i pull-up veza.
• Adafruit: korišćenje sa Arduinom.
• Adafruit: DHT biblioteka i izdanja.
• Adafruit: Unified Sensor izdanja.
• Adafruit: implementacija DHT protokola.