GraftSense-基于 DHT11 的温湿度传感器模块（MicroPython）

GraftSense-基于 DHT11 的温湿度传感器模块（MicroPython）

GraftSense 基于 DHT11 的温湿度传感器模块

目录

• 简介
• 主要功能
• 硬件要求
• 文件说明
• 软件设计核心思想
• 使用说明
• 示例程序
• 注意事项
• 联系方式
• 许可协议

简介

本模块是 FreakStudio GraftSense 基于 DHT11 的温湿度传感器模块，通过 DHT11 芯片实现环境温度与湿度的精准测量，采用单总线通信协议，具备成本低、易用性高、接口简单等优势，兼容 Grove 接口标准。适用于电子 DIY 气象实验、智能温控与环境监测演示、物联网数据采集等场景，为系统提供可靠的温湿度环境感知能力。

主要功能

1. 环境温湿度采集：基于 DHT11 芯片实现温度（-40~85℃）、湿度（20~90%RH）的数字量测量，输出 40 位数字信号保障数据完整性；
2. 单总线通信：通过单 DIO 引脚完成与主控的串行通信，无需额外时钟线，接口简洁易集成；
3. 数据校验：内置校验和机制，可验证采集数据的完整性，避免因通信干扰导致的错误数据；
4. 硬件兼容性：支持 3.3V/5V 双电压供电，兼容 Grove 接口标准，可快速与各类主控板对接；
5. 异常处理：提供自定义异常类，可捕获数据校验失败、脉冲数异常等通信问题，提升程序鲁棒性。

硬件要求

核心接口

• 单总线通信接口（DIO）：

• 采用单总线协议，通过 DIO 引脚与主控建立串行通信，无需额外时钟线

• 内置 4.7kΩ 上拉电阻，保障 DIO 引脚空闲时为高电平；100nF 滤波电容抑制信号干扰，提升通信稳定性

• 电源与引脚：

• VCC：模块供电（支持 3.3V/5V）

• GND：接地
• NC：未连接引脚
• DIO：单总线数据引脚（与 MCU 的 GPIO 引脚直接连接）
• 电源指示灯：LED1 常亮表示模块供电正常

电路设计

• 传感器核心电路：DHT11 芯片负责温湿度采集，通过单总线输出 40 位数字信号（湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数、校验和）
• MCU 接口电路：提供 DIO、VCC、GND 引脚，兼容 Grove 接口标准，便于与主控板快速连接
• 滤波与保护电路：C2/C3 滤波电容抑制电源噪声，提升测量稳定性；R2 限流电阻保护电源指示灯

模块布局

• 正面：DHT11 温湿度探头、DIO 单总线接口、电源接口（GND/VCC）、电源指示灯（LED1），接口清晰标注，便于接线调试

文件说明

软件设计核心思想

核心类：DHT11

基于 MicroPython 实现，提供完整的温湿度采集与数据校验 API，核心设计思想如下：

1. 异常处理设计

通过自定义异常类精准捕获通信过程中的异常场景，避免程序无提示崩溃：

2. 核心方法与属性设计

围绕单总线通信时序和数据解析逻辑，封装易用的 API：

3. 通信协议实现

严格遵循 DHT11 单总线时序规则，保障数据可靠传输：

• 初始化：主机拉低 DIO 引脚 18ms，发送初始化信号；
• 数据传输：DHT11 响应后发送 84 个高低电平脉冲（前 4 个为应答脉冲，后 80 个为 40 位数据位）；
• 数据解析：高电平持续时间 >50µs 表示数据位 1，<50µs 表示数据位 0；
• 校验规则：校验和 = 湿度整数 + 湿度小数 + 温度整数 + 温度小数（取低 8 位），验证数据完整性。

使用说明

1. 硬件接线：将模块 VCC 接 3.3V/5V、GND 接主控地、DIO 接主控任意 GPIO 引脚（建议 GPIO6）；
2. 环境准备：确保主控板已烧录 MicroPython 固件，将 dht11.py 文件上传至主控板；
3. 初始化：创建 DHT11 实例时指定 DIO 对应的 GPIO 引脚，上电后延时 3 秒等待模块稳定；
4. 数据采集：调用 measure()方法触发采集，通过 temperature 和 humidity 属性获取温湿度值；
5. 异常处理：采集过程中需捕获 InvalidChecksum、InvalidPulseCount 等异常，避免程序终止。

示例程序

以下是 main.py 中的核心示例代码，实现 DHT11 温湿度的实时采集与打印：

from machine import Pin
import time
from dht11 import DHT11

# 初始化配置
time.sleep(3)  # 上电延时，等待模块稳定
print('FreakStudio : Using OneWire to read DHT11 sensor')

time.sleep(1)  # 等待DHT11传感器上电完成
DHT11_PIN = Pin(6, Pin.OUT, Pin.PULL_UP)  # 初始化单总线通信引脚（GPIO6）
dht11 = DHT11(DHT11_PIN)  # 创建DHT11实例

# 主循环：实时采集温湿度
while True:
    try:
        dht11.measure()  # 触发一次温湿度采集
        temperature = dht11.temperature  # 获取温度值
        humidity = dht11.humidity        # 获取湿度值
        print("temperature: {}℃, humidity: {}%".format(temperature, humidity))
        time.sleep(2)  # 间隔2秒采集一次
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")
        time.sleep(2)

示例说明

1. 引脚初始化：使用 GPIO6 作为单总线通信引脚，配置为上拉输出模式；
2. 数据采集：循环调用 measure()触发采集，通过 temperature 和 humidity 属性获取最新温湿度；
3. 异常处理：捕获采集过程中的异常（如校验失败、脉冲数错误），避免程序崩溃。

注意事项

1. 测量间隔限制：两次测量间隔至少 200ms（驱动内部已通过 MIN_INTERVAL_US 限制），否则数据可能不准确；
2. 单总线接线规范：DIO 引脚需直接连接 MCU 的 GPIO 引脚，确保上拉电阻（4.7kΩ）和滤波电容（100nF）正常焊接，避免通信干扰；
3. 电源兼容性：模块支持 3.3V/5V 供电，需与 MCU 电源电平匹配，避免电平不兼容损坏硬件；
4. 数据精度说明：DHT11 的温度精度为 ±2℃，湿度精度为 ±5%RH，适用于对精度要求不高的场景；若需更高精度，可考虑升级为 DHT22；
5. 异常处理：调用 measure()时需捕获 InvalidChecksum 和 InvalidPulseCount 异常，常见于通信干扰或模块故障；
6. 环境适应性：DHT11 的工作温度范围为 0~50℃，湿度范围为 20~90%RH，超出范围可能导致测量异常。

联系方式

如有任何问题或需要帮助，请通过以下方式联系开发者：

📧 邮箱：liqinghsui@freakstudio.cn

💻 GitHub：https://github.com/FreakStudioCN

许可协议

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