树莓派紧凑型 DHT 温湿度扩展板：ATtiny85 + DHT22/DHT11

硬件组件： Atmel ATTiny85 × 1、DHT22 温度传感器 × 1、DHT11 温湿度传感器 × 1、SparkFun Tiny AVR 编程器 × 1、Adafruit 4.7K Ω 电阻 × 3、Adafruit 10K Ω 电阻 × 1、Adafruit 100 Ω 电阻 × 1、Adafruit 散射蓝 3mm LED × 1、Adafruit 轻触按键开关 × 1、Adafruit 可拆 0.1″ 36-pin 排针 1 件 @ 长度 6、1 件 @ 长度 2 (共 8 pin) × 1、通用跳线 (0.1″) × 1、Arduino UNO & Genuino UNO 可选 – 用于调试测试 × 1
软件应用与在线服务： Microsoft Visual Studio 2015、Microsoft Windows 10 IoT Core、Arduino IDE

项目背景

简介

DHT11 与 DHT22 因低成本高精度广受欢迎。但它们采用专有单总线协议，要求极严格的时序。在非实时操作系统的板子上读取这些传感器一直很困难。

早前我发文《DHT11/DHT22 温度传感器》演示如何用 Microsoft C++ 样例代码从 C# 读取。该库能读数但需加重试逻辑提升可靠性。对大多数人有效，但仍有人难以稳定工作。

鉴于在运行 Windows 10 IoT Core 的树莓派上使用这类传感器的高关注度，我决定提供第二种方案：极低成本前提下极大提升读取可靠性。

方案概述

本方案将 DHT 传感器接到廉价 ATtiny85，配置为 I2C 从设备。利用 TinyWireS 库创建一组寄存器，通过读写寄存器与设备交互。

设备支持功能：

• 可配置读取间隔，指定读取 DHT 频率。默认每 2 秒读取一次。
• 手动模式：禁用间隔，按需触发单次读取。
• 可配置温度上下阈值，读数超限时触发中断引脚。
• 配置保存模式：上电或复位后自动恢复设置。
• 配置复位：恢复默认值。
• 传感器供电控制：可启停供电以省电。
• 可编程 I2C 设备地址，默认 0x26，可通过命令修改并掉电保持。复位后回归 0x26。C# 库含 I2C 总线扫描代码，无需知晓地址即可连接。
• 可编程 DHT 型号选择。固件默认 DHT22，可通过命令切换型号，掉电保持。

源代码组成

项目包含三套代码：主控板固件、Arduino 主机测试草图、Windows 10 IoT Core 树莓派演示应用。所有代码在关联 GitHub 仓库获取。

电路设计

电路紧凑，仅用少量廉价元件。ATtiny85 多渠道可买，建议多备几片以备他用。

电路提供六针排针，可接其他电路或直连树莓派。引脚定义：

• GND → 接电路地或树莓派地引脚。
• RST → 复位/重启引脚。正常工作接 5V。需复位时给予瞬时低电平脉冲。
• INT → 双用途。阈值启用时，超阈值输出高电平，否则低电平。省电模式下，给予瞬时高电平脉冲唤醒设备。
• SDA → I2C SDA 线。
• SCL → I2C SCL 线。
• 5V → 5V 电源输入。

另有一两针排针，接跳线帽启用板载 LED，移除则禁用。

集成到大型项目时，DHT Tiny 电路可合并嵌入现有电路，此时排针与 LED 可选。

也可做成独立小板，用几根导线或连接线连树莓派。

ATtiny85 烧录

用 AVR 编程器烧录 DHT_Tiny_Breakout.ino。无编程器可用 Arduino Uno 等替代。参考下列文章：

• Programming ATtiny85 with Arduino Uno on Hackster.io
• Virtual Workshop: Program an ATTiny85 with Arduino
• Programming an ATtiny w/ Arduino 1.6 (or 1.0)
• Programming an ATtiny w/ Arduino 0022

我用 SparkFun Tiny AVR Programmer 烧录。

我将芯片跑在 16 MHz。见拙作 “ATtiny @ 16MHz” 设置方法。

使用 ATtiny85 时，从机草图需安装 TinyWireS 库到 libraries 目录。可从 https://github.com/rambo/TinyWire 下载。

面包板搭建

第一步在面包板上跑通 DHT Tiny。用半尺寸面包板按原理图与面包板图接线。

小贴士：

• DHT Tiny 单独用一块面包板，另一块板连接 DHT Tiny 与 Uno 或树莓派。
• 建议用排针，方便将 DHT Tiny 作为整体拔插。
• 用标准可拆公排针时，需用尖嘴钳将黑色塑料边调至针脚中间以适配面包板孔距。
• 若有加长 0.1″ 公排针，面包板用加长款；PCB 焊接请用标准长度，加长不推荐上板。
• 面包板用排针需公对母跳线；无排针可直接公对公跳线连两板。
• 导线尽量远离芯片，方便拔芯片烧录。

下图为面包板版 DHT Tiny 实物图。

连接 Arduino Uno 测试

若想快速测试、演示或树莓派调试不通，可将 DHT Tiny 接 Arduino Uno：

• GND → Uno GND
• 5V → Uno 5V
• RST → Uno D4
• SDA → Uno A4
• SCL → Uno A5
• INT → Uno D3 并接上跳线帽启用 LED

烧录并运行 DHT_Tiny_Master.ino，串口监视器将显示输出。

I2C 连接两板间必须有上拉电阻。本电路在 SDA、SCL 与 5V 间各接 4.7K Ω。

下图为 DHT Tiny 面包板接 Arduino Uno 实物。

连接树莓派

树莓派 2/3 接线：

• GND → 树莓派 GND (引脚 9)
• 5V → 树莓派 5V (引脚 2)
• RST → GPIO4 (引脚 7)
• SDA → SDA (引脚 3)
• SCL → SCL (引脚 5)
• INT → GPIO17 (引脚 11) 并启用 LED

I2C 总线 SDA/SCL 需上拉电阻至 3V3。本电路在引脚与 3V3 间各接 4.7K Ω。

极其重要！ DHT Tiny 板由树莓派 5V 引脚供电，但上拉电阻必须接树莓派 3V3 引脚（3V3 在引脚 1 和 17）。

下图为 DHT Tiny 面包板接树莓派 3 实物。

运行 Windows 10 应用

从 GitHub 仓库链接获取代码解压。用 Visual Studio 2015 打开通用应用源码，部署到树莓派从管理员控制台启动，或在 VS 中调试运行。

首次用 VS 跑 Windows 10 IoT Core 应用，参考微软文档：

• Deploying an App with Visual Studio
• Windows Device Portal

观看下方视频演示树莓派 3 运行应用连接 DHT Tiny。

应用亮点

Windows 10 UWP 演示应用展示 DHT Tiny 所有功能：显示当前温度、湿度及其他寄存器值；UI 提供修改设备地址等配置项。

DHT Tiny 库

示例代码使用封装库与 DHT Tiny 交互，可直接引入你的所有应用。

从 NuGet 获取库

不想引入项目可直接 NuGet 安装：

PM> Install-Package IoT.DhtTiny

扫描 I2C 总线查找设备

DHT Tiny 库含扫描方法，搜索总线上所有 DHT Tiny 设备并返回地址列表，便于初始化。若修改过地址但忘记设值，此功能尤为有用。回调方法可选。

// ***
// *** 枚举 I2C 总线上所有 DHT Tiny 设备
// ***
IEnumerable<byte> address = await DhtTiny.FindAllDhtTinyAsync(this.FindAllDhtTinyCallback);
// ***
// *** 回调方法
// ***
private void FindAllDhtTinyCallback(I2cScanEventArgs e) {
    int percentComplete = (int)((double)e.CurrentIndex / (double)e.Total * 100.0d);
    this.Status = string.Format("Locating devices [0x{0:X2}] [{1}%] [Found = {2:##0}]...", e.CurrentAddress, percentComplete, e.Items.Count());
}

DHT Tiny 树莓派扩展板原理图

软件演示

视频演示树莓派 3 运行通用应用连接面包板上 DHT Tiny。

[视频即将推出]

制作成品设备

最简易、最具性价比的做法是用 Adafruit Perma-Proto Quarter-sized Breadboard PCB 等原型板。下图展示该原型板制作的扩展板，我用角磨机去掉了电源轨区域。

更多详情：DHT Tiny Breakout for the Raspberry Pi