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golang读取dht11温湿度器有感

发表于 更新于 分类于 ， Valine：

最近疫情期间，想起了早已废弃的树莓派B版了，除了树莓派，还买了一大堆传感器;其中温湿度dht11传感器，算是应用最为广泛的,也最为01基础的，将来在自动化种植和饲养中，首先要应用的传感器，使用golang读取时序性要求高的应用，看来还是有些吃力，接下来将使用stm32代替树莓派,freeRTOS来与各种传感器打交道，可能不会有这么多弯路可走。

通过阅读dht11的时间序列和运行原理，使用golang重新写了一次驱动，结果让人很是烦恼。主要是时间精度不够，导致读数不准的问题，这个难以克服！后来想到了数据采集采用c语言编写，然后使用
go去一次性分析这个办法，结果发现github上早已经有实现的项目:
go-dht

以下是记录原理和接线的原理：
dht11的时序读取，皆是通过低电平触发开始，高电平结束；除了主控发送信号给dht11开始信号，是首先发送18ms
的低电平，然后拉高40us等待dht11回应之后，后面皆是dht11的响应和数据回复，而且时间极短；dht11的响应是
80us的低电平响应，然后恢复到高电平80us等待主控读取数据；读取数据是准备是以50us低电平等待，以高电平的长短表示0或者1来结束，40bit读取完毕以后，dht11自动拉高电平。

具体时序图可以参考这里

接线原理图如下图所示:

保证5V电压，也可以直接接树莓派的5v接口。同时需要注意GPIO口的引脚分布图，对应实物的位置，不要将线接错

golang版本(go-dht)

树莓派上的raspbian版本为4.19.97
go的版本是go1.12.15,armv6l平台的，直接下载,不要自行编译！

golang版本的实现依然是通过c语言编写,一次性采集数据回golang中进行解析，关键代码是调用了系统的高精度计时器clock_gettime。

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static int gpio_read_seq_until_timeout(Pin *pin,
        int32_t timeout_msec, int32_t **arr, int32_t *len, Error **err) {
    // ......
    // 记录第一次的时间戳
    clock_gettime(CLOCK_KIND, &last_t);

    for (;;)
    {
        next_v = gpio_read(pin, err);
        if (-1 == next_v) {
            create_error(err, "failed to read value");
            return -1;
        }

        // Check for edge trigger event.
        // 触发一次高低电平的转换时
        // 记录上一次到这一次所用的时间us
        if (last_v != next_v) {
            clock_gettime(CLOCK_KIND, &next_t); 
            i = 0;
            k++;
            if (k > MAX_PULSE_COUNT-1) {
                create_error(err, "pulse count exceed limit in %d", MAX_PULSE_COUNT);
                return -1;
            }
            values[k*2] = next_v;
            // Save time duration in microseconds of last edge level.
            values[k*2-1] = convert_timespec_to_usec(next_t) -
                convert_timespec_to_usec(last_t); 
            last_v = next_v;
            last_t = next_t;
        }
        // ......
    }
    // ......
    return 0;
}

附录c语言版本

附录的这个c语言版本需要安装wiringPi库,请自行搜索

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#include <wiringPi.h>
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#define MAXTIMINGS	85
#define DHTPIN		7
int dht11_dat[5] = { 0, 0, 0, 0, 0 };
 
void read_dht11_dat()
{
	uint8_t laststate	= HIGH;
	uint8_t counter		= 0;
	uint8_t j		= 0, i;
	float	f; /* fahrenheit */
 
	dht11_dat[0] = dht11_dat[1] = dht11_dat[2] = dht11_dat[3] = dht11_dat[4] = 0;
 
	/* pull pin down for 18 milliseconds */
	pinMode( DHTPIN, OUTPUT );
	digitalWrite( DHTPIN, LOW );
	delay( 18 );
	/* then pull it up for 40 microseconds */
	digitalWrite( DHTPIN, HIGH );
	delayMicroseconds( 40 );
	/* prepare to read the pin */
	pinMode( DHTPIN, INPUT );
 
	/* detect change and read data */
	for ( i = 0; i < MAXTIMINGS; i++ )
	{
		counter = 0;
		while ( digitalRead( DHTPIN ) == laststate )
		{
			counter++;
			delayMicroseconds( 1 );
			if ( counter == 255 )
			{
				break;
			}
		}
		laststate = digitalRead( DHTPIN );
 
		if ( counter == 255 )
			break;
 
		/* ignore first 3 transitions */
		if ( (i >= 4) && (i % 2 == 0) )
		{
			/* shove each bit into the storage bytes */
			dht11_dat[j / 8] <<= 1;
			if ( counter > 16 )
				dht11_dat[j / 8] |= 1;
			j++;
		}
	}
 
	/*
	 * check we read 40 bits (8bit x 5 ) + verify checksum in the last byte
	 * print it out if data is good
	 */
	if ( (j >= 40) &&
	     (dht11_dat[4] == ( (dht11_dat[0] + dht11_dat[1] + dht11_dat[2] + dht11_dat[3]) & 0xFF) ) )
	{
		f = dht11_dat[2] * 9. / 5. + 32;
		printf( "Humidity = %d.%d %% Temperature = %d.%d *C (%.1f *F)\n",
			dht11_dat[0], dht11_dat[1], dht11_dat[2], dht11_dat[3], f );
	}else  {
		printf( "Data not good, skip\n" );
	}
}
 
int main( void )
{
	printf( "Raspberry Pi wiringPi DHT11 Temperature test program\n" );
 
	if ( wiringPiSetup() == -1 )
		exit( 1 );
 
	while ( 1 )
	{
		read_dht11_dat();
		delay( 1000 ); /* wait 1sec to refresh */
	}
 
	return(0);
}