אלקטרוניקה ומחשבים – יצחק, ברקת ושוהם כהן אתר מגמת אלקטרוניקה ומחשבים
חיישן טמפרטורה ולחות – DHT11
תוכן עניינים
במדריך זה נצלול לעומק אל תוך חיישן הטמפרטורה והלחות DHT11 ונלמד כיצד לשלב אותו בפרויקטים של Arduino.
נכסה את הנושאים הבאים:
1. מבוא מקיף לחיישן DHT11 ועקרונות הפעולה שלו
2. מפרט טכני מפורט ומאפיינים עיקריים
3. הוראות חיווט וחיבור לארדואינו, כולל טיפים חשובים
4. התקנה ושימוש בספריית DHT של Adafruit
5. קוד לדוגמה מפורט לקריאת טמפרטורה ולחות
6. רעיונות מעשיים ומרתקים לפרויקטים
7. טיפים, זהירות ושיקולים חשובים בעת השימוש בחיישן
מבוא לחיישן DHT11
חיישן DHT11 הוא חיישן דיגיטלי נפוץ וזול לטמפרטורה ולחות יחסית. הוא מאפשר לך למדוד בקלות את התנאים הסביבתיים, מה שהופך אותו לבחירה מצוינת למגוון רחב של יישומים, החל מתחנות מזג אוויר ביתיות ועד מערכות בקרת אקלים תעשייתיות.
עקרון הפעולה – הסבר מעמיק
בלב ה-DHT11 נמצאים שני רכיבי חישה עיקריים: חיישן לחות קיבולי וחיישן טמפרטורה מסוג תרמיסטור.
חיישן הלחות הקיבולי מורכב משתי לוחיות עם חומר דיאלקטרי ביניהן. ככל שהלחות עולה, הקיבול בין הלוחיות משתנה. המעגל הפנימי של DHT11 מודד את הקיבול ומומר אותו לייצוג דיגיטלי של הלחות היחסית.
חיישן הטמפרטורה התרמיסטור הוא למעשה מתנגד משתנה התלוי בטמפרטורה (NTC – Negative Temperature Coefficient). ככל שהטמפרטורה עולה, ההתנגדות של התרמיסטור יורדת. המעגל הפנימי של DHT11 מודד את ההתנגדות ומומר אותה לייצוג דיגיטלי של הטמפרטורה.
המעגל הבקרה הפנימי של החיישן אחראי על תזמון מדידות החיישנים, המרת הנתונים למתח דיגיטלי ושליחת האות הדיגיטלי למיקרו-בקר (במקרה שלנו, Arduino) באמצעות פרוטוקול תקשורת מותאם.
אחד היתרונות הגדולים של DHT11 הוא שהוא מכויל במפעל ומספק פלט מדויק וכן הוא משדר אות דיגיטלי עם בדיקת שגיאה מובנית, מה שמבטיח את אמינות הנתונים שנאספים.
מפרט טכני
הנה מבט מקרוב על המפרט הטכני והמאפיינים העיקריים של חיישן DHT11:
☸ מתח עבודה: 3.3V – 5.5V DC
☸ צריכת זרם: 0.3mA בזמן מדידה, 60μA במצב המתנה
☸ טווח מדידת לחות: 20% – 90% RH
☸ דיוק מדידת לחות: ±5% RH
☸ טווח מדידת טמפרטורה: 0°C – 50°C
☸ דיוק מדידת טמפרטורה: ±2°C
☸ קצב דגימה מרבי: אחת לשנייה (1 הרץ)
☸ ממדים: 15.5mm x 12mm x 5.5mm
שים לב שקצב הדגימה המרבי של DHT11 הוא רק פעם בשנייה. אם יש לך יישום שדורש קצב דגימה גבוה יותר או דיוק גבוה יותר, ייתכן שכדאי לשקול את הגרסה המתקדמת יותר DHT22.
חיבור לארדואינו אונו
כדי לחבר את חיישן DHT11 לארדואינו, נצטרך להשתמש ב-3 מתוך 4 הפינים של החיישן:
– VCC: מתח הזנה (3.3V-5V)
– DATA: פין נתונים דו-כיווני לתקשורת עם הארדואינו
– GND: הארקה
– NC (Not Connected): פין ללא חיבור
הנה טבלה המציגה את חיבורי החיישן לארדואינו:
פין DHT11 | פין Arduino |
VCC | 5V |
DATA | דיגיטלי 2 |
GND | GND |
טיפ חשוב: מומלץ לחבר נגד של 5-10 קילו-אוהם בין פין ה-VCC לפין ה-DATA של החיישן. נגד זה מסייע ביציבות האות ומונע נזק פוטנציאלי לחיישן במקרה של קצר או זרם יתר. אפשר לראות את החיבור הזה בתרשים המעגל הנפוץ של DHT11.
התקנת ספריית DHT של Adafruit
כדי להפוך את העבודה עם חיישן DHT11 לפשוטה ונוחה יותר, נשתמש בספריית DHT הנפוצה של Adafruit. הספרייה מספקת פונקציות קלות לשימוש לקריאת הטמפרטורה והלחות מהחיישן.
להתקנת הספרייה:
1. פתח את ה-Arduino IDE
2. עבור אל Sketch -> Include Library -> Manage Libraries
3. חפש “DHT sensor library” של Adafruit
4. לחץ על Install כדי להתקין את הספרייה
לאחר ההתקנה, תוכל לכלול את הספרייה בסקיצה שלך באמצעות ההוראה
“include “DHT.h#
קוד לדוגמה – קריאת טמפרטורה ולחות
עכשיו כשהחיישן מחובר וספריית Adafruit מותקנת, הנה קטע קוד מפורט המדגים כיצד לקרוא טמפרטורה ולחות מחיישן DHT11:
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 2 // פין דיגיטלי שאליו מחובר החיישן
#define DHTTYPE DHT11 // סוג החיישן - DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); // יצירת עצם של חיישן DHT
void setup() {
Serial.begin(9600); // התחלת תקשורת טורית
dht.begin(); // התחלת החיישן
}
void loop() {
delay(2000); // המתנה של 2 שניות בין קריאות
float humidity = dht.readHumidity(); // קריאת לחות
float temperature = dht.readTemperature(); // קריאת טמפרטורה בצלזיוס
// בדיקה אם הקריאה נכשלה ולאחר מכן חזור
if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
return;
}
// חישוב טמפרטורת מדד החום
float heatIndex = dht.computeHeatIndex(temperature, humidity, false);
// הדפסת התוצאות לקונסולה טורית
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(humidity);
Serial.print("% Temperature: ");
Serial.print(temperature);
Serial.print("°C Heat index: ");
Serial.print(heatIndex);
Serial.println("°C");
}
הסבר הקוד בצורה מפורטת
הקוד משתמש בספריית DHT כדי ליצור עצם של החיישן עם פין DATA ובסוג החיישן. בפונקציית setup, אנו מתחילים תקשורת טורית ומאתחלים את החיישן.
בפונקציית loop, אנו קוראים את הלחות והטמפרטורה באמצעות הפונקציות dht.readHumidity ו-dht.readTemperature בהתאמה. אנו בודקים גם אם הקריאה נכשלה ומדפיסים הודעת שגיאה במקרה הצורך.
בנוסף לקריאות הבסיסיות, הקוד גם מדגים שימוש בפונקציה dht.computeHeatIndexלחישוב טמפרטורת מדד החום, המשלבת טמפרטורה ולחות כדי לתאר תחושה אנושית של חום.
לבסוף, אנו מדפיסים את כל הערכים הנמדדים לקונסולה הטורית לצפייה.
רעיונות לפרויקטים
הנה כמה רעיונות מרתקים לפרויקטים המנצלים את יכולות חיישן DHT11:
1. תחנת מזג אוויר ביתית:
בנה תחנת מזג אוויר משולבת המשתמשת בחיישן DHT11 כדי למדוד טמפרטורה ולחות. הצג את הקריאות על מסך LCD, או שלח אותן לשירות ענן כמו ThingSpeak לניטור מרחוק. תוכל להרחיב את התחנה עם חיישנים נוספים כמו ברומטר או חיישן אור.
2. בקרת אקלים לצמחים:
השתמש ב-DHT11 ליצירת מערכת בקרת אקלים עבור חממה או מתקן גידול פנימי. נטר את הטמפרטורה והלחות ובקר מערכות חימום, אוורור ומיזוג (HVAC) בהתאם כדי לשמור על התנאים האופטימליים לצמיחה. הוסף משאבות מים ומאווררים הנשלטים על ידי הארדואינו בהתבסס על הקריאות מהחיישן.
3. בקר מייבש כביסה:
צור בקר אוטומטי למייבש כביסה באמצעות DHT11 וארדואינו. נטר את הלחות בתוך המייבש והפסק אותו אוטומטית כאשר הכביסה יבשה. זה יחסוך אנרגיה ויעזור למנוע נזק לבדים עדינים מייבוש יתר.
4. מערכת זיהוי עובש:
פתח מערכת התראה מוקדמת לזיהוי תנאים המעודדים צמיחת עובש. השתמש בחיישן DHT11 כדי לנטר את הטמפרטורה והלחות בחללים רגישים כמו מרתפים או אמבטיות. קבע סף אזעקה והתרע למשתמש באמצעות צפצפה, נורית או התראת דוא”ל/SMS כאשר התנאים הופכים נוחים להתפתחות עובש.
5. בקר משאבת בריכה:
השתמש בחיישן DHT11 לקריאת הטמפרטורה והלחות בסביבת בריכת שחייה. כוונן את מהירות משאבת הבריכה בהתאם לתנאי מזג האוויר כדי לשפר את היעילות. לדוגמה, במזג אוויר חם ולח, הגבר את זרימת המים עבור קירור וסחרור טובים יותר.
טיפים וזהירות
כדי להבטיח תפעול אמין ומדידות מדויקות מחיישן DHT11, זכור את הטיפים והשיקולים הבאים:
– הרחק את החיישן ממים ורטיבות ישירה כדי למנוע נזק.
– היזהר לא לחרוג מהמתח והזרם המרביים המצוינים במפרט הטכני.
– השתמש בנגד pull-up בין פין ה-VCC לפין ה-DATA כדי להבטיח יציבות אות.
– תמיד בדוק את הקוד והחיבורים שלך בקפידה במקרה של קריאות שגויות.
– זכור שהחיישן מיועד לשימוש פנימי ללא אבק (הוא אינו אטום למים).
– אפשר זרימת אוויר מספקת סביב החיישן לקבלת קריאות מדויקות.
– קח בחשבון שטווח הפעולה האופטימלי של החיישן הוא 20-80% לחות ו-0-50°C.
– היה מודע למגבלות הדיוק – DHT11 מדויק ל-±5% RH ו-±2°C.
– הימנע ממיקום החיישן ליד מקורות חום או קור קיצוניים.
– אם הנתונים אינם יציבים, נסה להאריך את ההשהיה בין הקריאות.
– עבור יישומים עם דרישות גבוהות יותר לדיוק או קצב דגימה, שקול שימוש בחיישן DHT22.
סיכום
חיישן DHT11 הוא כלי עוצמתי וזול לניטור טמפרטורה ולחות במגוון רחב של פרויקטים מבוססי Arduino. עם הבנת עקרונות הפעולה, שימוש נכון בספריית Adafruit והתייחסות לטיפים ולשיקולים החשובים, תוכל בקלות לשלב את DHT11 ביישומים שלך.
המפרט הטכני של החיישן מאפשר ביצועים אמינים ברוב התרחישים הביתיים והתעשייתיים הקלים. הדיוק של 5%RH+ ו-±2°C מספק תוצאות טובות למדי למחיר הנמוך של החיישן.
היכולת לתקשר עם החיישן דרך פרוטוקול תקשורת פשוט מאפשרת שילוב קל עם Arduino וסביבות פיתוח אחרות. הספרייה של Adafruit מפשטת עוד יותר את התהליך עם ממשק נוח לתכנות.
לסיכום, בין אם אתה בונה תחנת מזג אוויר ביתית, מערכת בקרת אקלים או כל פרויקט אחר הדורש ניטור טמפרטורה ולחות, חיישן DHT11 הוא בחירה מצוינת. עם המידע והטכניקות שסופקו במדריך זה, אתה מוכן להתחיל לחקור את האפשרויות הרבות שחיישן זה יכול להציע.
זכור, ככל שתתנסה ותתאים את הקוד לצרכים הייחודיים של הפרויקט שלך, כך תהיה מוכן יותר למנף את מלוא הפוטנציאל של חיישן DHT11.
המדריך המורחב הזה מספק הסבר מעמיק יותר של עקרונות הפעולה של החיישן, כולל דיון מפורט יותר על המרכיבים הפנימיים ועל פרוטוקול התקשורת.
הוא גם כולל דוגמאות קוד מפורטות יותר עם שימוש בספריית Adafruit, ורשימה מורחבת של רעיונות לפרויקטים מרתקים ומועילים.
נוסף על הטיפים והאזהרות, סיפקתי גם תובנות לגבי מפרט הביצועים, דיוק וקלות השילוב של החיישן.
