任務(wù)四溫濕度傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2．能根據(jù)溫濕度傳感器電路圖正確識別引腳，并進行正確的組裝。3．能使用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺獲取溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)。4．培養(yǎng)數(shù)據(jù)嚴謹性，樹立質(zhì)量第一意識?！救蝿?wù)情景】請利用物聯(lián)網(wǎng)套件，設(shè)計、制作一個智能花盆，以便實時獲取植物生長環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)?！救蝿?wù)分析】要獲取環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，必須使用溫濕度傳感器，而溫濕度傳感器有許多類型，需要根據(jù)應(yīng)用場景的要求來選擇測量范圍、精度適中的傳感器。在本任務(wù)中，我們要獲取的溫濕度數(shù)據(jù)為居住環(huán)境的室內(nèi)溫濕度。根據(jù)上述分析，本任務(wù)需要使用DHT11溫濕度傳感器、Arduino開發(fā)板等設(shè)備?！鞠嚓P(guān)知識】一、溫濕度傳感器簡介二、DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)三、DHT11溫濕度傳感器的工作原理四、DHT11溫濕度傳感器的應(yīng)用一、溫濕度傳感器簡介溫濕度傳感器是一種用于測量環(huán)境溫度和濕度的傳感器。溫濕度傳感器通常由一個溫度傳感器和一個濕度傳感器組成，分別用于監(jiān)測環(huán)境中的溫度和濕度變化。本書使用DHT11溫濕度傳感器實現(xiàn)任務(wù)，DHT11溫濕度傳感器具有低成本、易于使用、集成度高、低功耗等優(yōu)點。二、DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由以下5個基本組件組成。（1）傳感元器件：DHT11溫濕度傳感器內(nèi)部的傳感元器件包括一個熱敏電阻和一個濕敏元器件，它們分別負責(zé)測量溫度和濕度的變化。（2）控制電路（MCU）：DHT11溫濕度傳感器內(nèi)部包含一個控制電路（MCU），用于控制傳感元器件的工作和數(shù)據(jù)傳輸過程。（3）數(shù)字信號處理器（DSP）：用于解碼傳感元器件測量的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為可用的溫度值和濕度值。（4）單線串行通信引腳（DATA引腳）：DHT11溫濕度傳感器具有一個單線串行通信引腳，用于與主控設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。（5）外殼：DHT11溫濕度傳感器通常包含一個外殼，用于保護內(nèi)部組件并提供便于安裝和固定的結(jié)構(gòu)。

DHT11溫濕度傳感器三、DHT11溫濕度傳感器的工作原理DHT11溫濕度傳感器是一種數(shù)字溫濕度傳感器，它使用單線串行通信協(xié)議與主控設(shè)備（微控制器）進行數(shù)據(jù)交互。DHT11溫濕度傳感器的工作原理如下。（1）啟動信號：主控設(shè)備向DHT11溫濕度傳感器發(fā)送一個啟動信號，以請求溫濕度數(shù)據(jù)。啟動信號為一個低電平信號，持續(xù)時間至少18ms，然后拉高信號并保持至少20μs。（2）數(shù)據(jù)傳輸：DHT11溫濕度傳感器在收到啟動信號后開始進行溫濕度數(shù)據(jù)的測量，并將數(shù)據(jù)以二進制形式傳輸回主控設(shè)備。（3）數(shù)據(jù)編碼：DHT11溫濕度傳感器通過單線串行通信協(xié)議將溫濕度數(shù)據(jù)編碼傳輸。每個數(shù)據(jù)位的傳輸通過時間間隔的高低電平來表示，高電平時間間隔表示邏輯1，低電平時間間隔表示邏輯0。（4）數(shù)據(jù)格式：DHT11溫濕度傳感器發(fā)送40位數(shù)據(jù)，其中包括16位濕度數(shù)據(jù)、16位溫度數(shù)據(jù)和8位校驗和。數(shù)據(jù)的高位先傳輸。（5）數(shù)據(jù)解碼：主控設(shè)備接收DHT11溫濕度傳感器發(fā)送的溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)時間間隔來解碼溫度和濕度數(shù)據(jù)。通過測量高低電平的時間間隔，主控設(shè)備可以獲取溫度和濕度數(shù)據(jù)，并進行校驗以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。（6）數(shù)據(jù)計算：解碼后的溫度和濕度數(shù)據(jù)可以通過一定的計算公式轉(zhuǎn)換為實際的溫度和濕度值。四、DHT11溫濕度傳感器的應(yīng)用需要注意的是，DHT11溫濕度傳感器雖然應(yīng)用廣泛，但在一些對測量精度要求較高的應(yīng)用中不太適用。在這種情況下，需要更高精度的溫濕度傳感器。1．室內(nèi)溫濕度檢測DHT11溫濕度傳感器可用于檢測室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。這對于保持舒適的室內(nèi)氣候、控制空調(diào)和加濕器等設(shè)備的運行非常重要。2．溫濕度控制DHT11溫濕度傳感器可用于溫濕度控制，使用場景如溫室、孵化箱、恒溫箱等。通過測量溫濕度并與設(shè)定值進行比較，DHT11溫濕度傳感器可以自動控制加熱設(shè)備、冷卻設(shè)備和濕化設(shè)備。3．大氣環(huán)境監(jiān)測DHT11溫濕度傳感器可用于監(jiān)測大氣中的溫度和濕度，常用于如氣象觀測、環(huán)境監(jiān)測和氣候研究等領(lǐng)域。4．倉儲管理DHT11溫濕度傳感器可用于檢測倉庫或儲存設(shè)施內(nèi)的溫濕度，以確保貨物的質(zhì)量和保存條件。5．農(nóng)業(yè)應(yīng)用DHT11溫濕度傳感器可用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，檢測溫室、農(nóng)田和養(yǎng)殖場的溫濕度，幫助農(nóng)民控制種植條件和動物飼養(yǎng)環(huán)境。6．家庭自動化DHT11溫濕度傳感器可用于家庭自動化系統(tǒng)，例如智能恒溫器、濕度控制器和智能家居設(shè)備等。DHT11溫濕度傳感器可與其他設(shè)備集成，實現(xiàn)自動化控制和智能化管理?！炯寄苡?xùn)練】活動一

組裝設(shè)備活動二

編寫圖形程序活動三

解讀程序代碼活動四上傳與調(diào)試程序活動一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，使用DHT11溫濕度傳感器來檢測當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度，并將檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板。通過程序?qū)貪穸葦?shù)據(jù)解析出來，并在串口調(diào)試窗口中查看當(dāng)前的溫度和濕度。各硬件之間的關(guān)系活動一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識讀引腳標(biāo)志仔細觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，并準(zhǔn)確理解各個標(biāo)志的含義。（1）DHT11溫濕度傳感器的VCC引腳表示電源正極。（2）DHT11溫濕度傳感器的GND引腳為接地引腳，表示電源負極。（3）DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳為信息輸出引腳，表示DHT11溫濕度傳感器的輸出狀態(tài)，輸出信號是一個數(shù)字信號。2．連接引腳（1）將DHT11溫濕度傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與DHT11溫濕度傳感器的GND引腳連接在一起。（3）把DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的任意數(shù)字引腳［DIGITAL（數(shù)字輸入）區(qū)域］上，本任務(wù)中使用Arduino開發(fā)板DIGITAL區(qū)域的引腳2。智能花盆的設(shè)備接線圖活動一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項如下。（1）DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號，因此需要接在Arduino開發(fā)板的DIGITAL區(qū)域的端口上。（2）DHT11溫濕度傳感器的VCC是供電電源的輸入端，可以接3.3V電壓，也可以接5V電壓。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過程中要注意安全?；顒佣帉憟D形程序一、分析程序流程（1）添加DHT11溫濕度傳感器。（2）由于DHT11是一個已經(jīng)校準(zhǔn)過的數(shù)字溫濕度傳感器（它內(nèi)部的傳感器元器件在制造過程中經(jīng)過了標(biāo)定，以確保在一定的誤差范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的溫度和濕度參數(shù)），通過Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳接收的數(shù)字信號會被解析為一個包含溫濕度參數(shù)的封裝對象，因此，連接好硬件后，需要調(diào)用Mind+軟件中DHT11/22封裝好的傳感器方法，對串口傳回的數(shù)據(jù)進行解析，讀取傳感器返回的溫度值與相對濕度值。（3）通過對串口傳回的數(shù)據(jù)進行解析，可以獲取當(dāng)前環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，其類型為數(shù)字類型，需要對數(shù)據(jù)的格式和類型進行轉(zhuǎn)換，才能在串口調(diào)試窗口中正確顯示。本任務(wù)使用的DHT11溫濕度傳感器的測量精度為濕度±5%RH，溫度±2℃，測量范圍為濕度5%～95%RH，溫度-20℃～60℃。因此溫度和濕度值只能精確到個位，為了美化輸出信息的格式，需要去除小數(shù)。智能花盆程序流程圖活動二編寫圖形程序二、搭建程序積木聲控?zé)舫绦蛲暾鞒袒顒尤庾x程序代碼一、查看Mind+軟件自動生成的代碼通過活動二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運行邏輯，還需要對Mind+軟件自動生成的ArduinoC語言的代碼進行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力。可以按以下操作，查看Mind+軟件根據(jù)程序積木自動生成的ArduinoC語言的代碼（Mind+軟件會自動修改變量名、添加注釋）。（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動生成”選項卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動生成的ArduinoC語言的代碼。智能花盆的ArduinoC語言的代碼活動四上傳與調(diào)試程序一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計算機上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進行連接。如果沒有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實物連接。觸摸開關(guān)控制程序運行效果。 智能花盆的實物連接與串口運行效果活動三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義#include<DFRobot_DHT.h>這行代碼引入了一個名為DFRobot_DHT的庫，該庫用于操作DHT系列溫濕度傳感器//動態(tài)變量定義一個字符串類型變量mind_s_result，用于存儲要輸出到串口的結(jié)果Stringmind_s_result;volatilefloatmind_n_temp,mind_n_humi;當(dāng)使用volatile關(guān)鍵字修飾變量時，編譯器會確保每次訪問這個變量的時候都從內(nèi)存中讀取最新的值，而不會使用之前緩存的值。在多線程環(huán)境中，或者當(dāng)變量的值會被外部因素（如硬件中斷）修改的情況下，保持數(shù)據(jù)的一致性和可預(yù)測性是非常重要的//創(chuàng)建對象使用DFRobot_DHTdht11_2;創(chuàng)建了一個名為dht11_2的DHT11溫濕度傳感器對象DFRobot_DHTdht11_2;dht11_2.begin(2,DHT11);初始化dht11_2對象，指定傳感器連接的引腳2和傳感器類型DHT11mind_n_temp=dht11_2.getTemperature();從dht11_2對象中讀取溫度，并將其存儲在mind_n_temp變量中mind_s_result=(String("當(dāng)前溫度是：")+String(mind_n_temp));構(gòu)建一個包含溫度值的字符串，并將其存儲在mind_s_result變量中Serial.println((String(mind_s_result)+String("℃")));將溫度值和單位（℃）一起輸出到串口調(diào)試窗口mind_n_humi=dht11_2.getHumidity();從dht11_2對象中讀取濕度，并將其存儲在mind_n_humi變量中mind_s_result=(String("當(dāng)前濕度為：")+String(mind_n_humi));構(gòu)建一個包含濕度值的字符串，并將其存儲在mind_s_result變量中Serial.println((String(mind_s_result)+String("%")));將濕度值和單位（%）一起輸出到串口調(diào)試窗口

delay(1000);延遲1s，以便稍等一段時間再次讀取溫濕度數(shù)據(jù)【任務(wù)評價】序號主要內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1溫濕度傳感器的工作原理能正確說出溫濕度傳感器的工作原理10

2溫濕度傳感器的識別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)套件中找出溫濕度傳感器10

3溫濕度傳感器引腳的識別能準(zhǔn)確說出溫濕度傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4溫濕度傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5溫濕度傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運行程序，使運行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實驗中，操作要安全、規(guī)范。完成實驗后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實驗桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動參與課堂討論和實踐活動，積極尋求解決問題的方法10