ラズパイで温湿度を測定（DHT11）

ラズパイで温湿度を測定

温湿度センサーをラズベリーパイに接続してIoT化を目指しているのだが一定間隔で温湿度を計るPythonのプログラムを作った時の備忘録。

尚、今回の記事中ではインターネットに接続していないので厳密にはIoT（Internet of Things）では無いが、ラズパイであれば容易にインターネットに接続が可能である。

以前にAWS IoTに接続して値をアップロード（Publish）する記事も書いているのでインターネットに接続するのであれば参考にして欲しい。

使用した温湿度のモジュールはDHT11とDHT22の２種類。

ラズパイはRaspberry Pi ZeroとRaspberryPi 3 B+の２種類を試した。

尚、今回はDHT11の記事とするが、より精度の高い温湿度が測定できるDHT22についてのこちらを参照して欲しい。

DHT11について

温湿度センサー（DHT11）のスペックは下記の通り。

尚、データシートはこちらを参照した。

尚、小数点以下の湿度を測定したい場合はDHT22にする必要があるがそれは別記事とする。

dht11.pyのインストール

事前にdht11関連のモジュールをダウンロードする。

データシートの6ページ目以降に信号のフォーマットやパリティチェックの仕方が載っている。

それによると温度と湿度は４０bitのLow（０）とHigh（１）で値を返すのだが、このビットのエラーチェックを行い温湿度への変換を１から自分でコーディングするのは正直ちょっと骨が折れる。

ネットで検索してみるとszazo氏がライブラリー化してGithubに載せてくれているのでありがたく使わせてもらうことにした。

プログラムと同じディレクトリに移動して（← 重要）以下のコマンドでgit cloneする。

git clone https://github.com/szazo/DHT11_Python.git

DHT11_Pythonディレクトリが作成されて配下に以下のファイルがインストール（コピー）される。

├─DHT11_Python
│   LICENSE.md
│   README.md
│   __init__.py
│   dht11.py
│   dht11_example.py

dht11.pyが今回使用するモジュール。

ちなみに、

• LICENSE.md：MITライセンス（オープンソースのライセンス）である事が書いてある
• README.md：ReadMe、RaspberryPiで使用可能な事が書いてある
• __init__.py：dht11.pyをimportした時に実行される（空だった）
• dht11_example.py：dht11.pyの使用例（サンプルプログラム）

となっていた。

尚、dht11.pyの詳しい内容については別記事とする。

Github上のDHT11のファイル構成が変わっており、dht11.pyの代わりに__init__.pyに今までのロジックがすべてコーディングされていた。

変更後のフォルダー構成

├─DHT11_Python
│  │ LICENSE.md
│  │ README.md
│  │ dht11_example.py
│  │      
│  ├─dht11
│  │    __init__.py

ただ使い方は変わらないのでソースコードはそのままとしている。

上記のフォルダー構成で、import dht11 とすると __init__.py が dht11モジュールとして呼び出される。

接続について

DHT11（温湿度モジュール）とRaspberryPi Zero（B+も同様）との接続は以下の通り。

まずはRaspberryPi Zeroと接続した。

プログラム

RaspberryPi Zeroに接続した時のテスト用プログラム。

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Sat Sep 28 09:17:11 2019
RaspberryPi Zero and 3 B+
温度、湿度センサーのテスト
@author: Souichirou Kikuchi
"""

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
from DHT11_Python import dht11 # 温湿度センサーモジュール

TEMP_SENSOR_PIN = 4 # 温湿度センサーのピンの番号
INTERVAL = 10 # 監視間隔（秒）
RETRY_TIME = 2 # dht11から値が取得できなかった時のリトライまので秒数
MAX_RETRY = 20 # dht11から温湿度が取得できなかった時の最大リトライ回数

class EnvSensorClass: # 温湿度センサークラス
    def GetTemp(self): # 温湿度を取得
        instance = dht11.DHT11(pin=TEMP_SENSOR_PIN)
        retry_count = 0
        while True: # MAX_RETRY回まで繰り返す
            retry_count += 1
            result = instance.read()
            if result.is_valid(): # 取得できたら温度と湿度を返す
                return result.temperature, result.humidity
            elif retry_count >= MAX_RETRY:
                return 99.9, 99.9 # MAX_RETRYを過ぎても取得できなかった時に温湿度99.9を返す
            sleep(RETRY_TIME)

GPIO.setwarnings(False) # GPIO.cleanup()をしなかった時のメッセージを非表示にする
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # ピンをGPIOの番号で指定

#main
try:
    if __name__ == "__main__":
        env = EnvSensorClass()
        while True:
            temp, hum = env.GetTemp() # 温湿度を取得
            print("温度 = ", temp, " 湿度 = ", hum, "％")
            sleep(INTERVAL)
except KeyboardInterrupt:
    pass
GPIO.cleanup()

実行結果

プログラムの実行結果は以下の通り。

１０秒間隔で温湿度を取得してprintしている。

概ね、問題なく表示されているのだが表示間隔が１０秒以上空いていたりすることが散見されたのでもう少し詳しく原因を調べてみることにした。（それについては後述）

プログラムの説明

その前にプログラムの大まかな説明。

INTERVAL（１０秒）間隔で温湿度を取得＆表示している。

result = instance.read()で温湿度を取得して失敗したらRETRY_TIME（２秒）間隔を空けて最大MAX_RETRY（２０回）再取得を試みる。

MAX_RETRYを超えて失敗した場合に温度、湿度に９９．９を返している。

継続して動かし続けていると１０回～２０回に１回程度だが９９．９を返すことが分かった。

エラーになる原因

プログラムを見直したりネットを検索してみたのだがどうにも良く分からない。

試しに同じプログラムをRaspberryPi 3 B+の方で動かしてみたところ、MAX_RETRYを超えて失敗する事はほぼ無い。

またdht11.pyにprint文を入れて調べた所、DHT11から４０ビットを取得できない時（３９ビットの時が多い）や最後の８ビットはParity bit（データの整合性をチェックするためのビット）なのだがパリティチェックでエラーになっているケースがZeroの方で圧倒的に多い事が判明した。

※RaspberryPi 3 B+でもエラーは発生しているが頻度が少ないのでMAX_RETRY（２０回）まで達しない

下記はdht11.pyにprint文を入れてエラーを表示した結果。

”len error”はDHT11から４０ビット返って来ていない場合のエラー、checksum errorは４０ビット返って来たのだが先頭から３２ビットと残りの８ビットでパリティチェックでのエラー。

エラーがない時は温度、湿度が表示されている。

RaspberryPi 3 B+ではエラー頻度が少ないことからリソース（メモリーやCPU使用量）が少ない事がエラー率の高い原因の可能性があるのでRaspberryPi ZeroでCLI起動に切り替えて同じプログラムを動かしてみる。

下記が実行結果。

心なしエラー頻度が少ない気がしないでも無いが誤差の範囲かも知れない。

またDHT11は３個購入したので他の個体でも試したが結果は似たりよったりだった。

もしかしたら別のモジュールを試せばもっとエラーが少ないのかも知れないが、RaspberryPi ZeroでDHT11を使用する時はエラーが起きる前提でリトライ回数を増やして温湿度を取得するのが良い様に思った。

Start signalの調整

ちなみにデータシートによるとStart signalとして「LOWを少なくとも１８ミリ秒（最大３０ミリ秒以下）センサーに通知する」とある。

dht11.pyでは４０行目付近に以下のコードがあるが、この値を0.025等に変えてみた所、多少エラー率が減少した様に思う（比較結果の明確な数値は取得できていない）

self.__send_and_sleep(RPi.GPIO.LOW, 0.02)

もちろん上記の変更は自己責任であるという事とRaspberryPi 3 B+では０．０２のままで問題が無い事を追記しておく。

以上で今回の記事を終了とする。

この記事が何処かで誰かの役に立つことを願っている。

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