实验：温度湿度传感器的使用

一、实验目的(本次实验所涉及并要求掌握的知识点)

掌握温湿度传感器的基本原理和工作方式：

①学会正确连接温湿度传感器到微控制器（如 Arduino）。

②学会编写程序读取温湿度传感器的数据。

③学会将温湿度数据通过显示器（如 LCD 屏幕、OLED 屏幕或串口监视器）进行显示。

④培养对传感器数据采集和处理的实践能力，为后续更复杂的物联网项目或自动化系统开发奠定基础。

 

二、实验内容(设计思路)

实验原理：温湿度传感器是一种能够同时测量环境温度和湿度的传感器。以常见的 DHT22 为例，它采用单总线接口，通过一个引脚与微控制器通信。传感器内部集成了温度和湿度测量元件，能够将测量到的温度和湿度值转换为数字信号输出。微控制器通过特定的通信协议（如单总线协议）读取这些数据，并将其存储或显示出来。

使用温湿度传感器采集温湿度数据，可选做以下实验内容（全做加分）：

1）使用Arduino UNO读取温湿度传感器信息并在LCD屏中显示。（简单）

2）使用ThingSpeak物联网服务器通过互联网监控DHT11传感器的温度和湿度数据。（复杂）

 

三、实验环境(本次实验所使用的平台和相关软硬件)

Win10    wokwi

 

四、实验步骤和调试过程(实验步骤、测试结果分析)

（一）硬件连接

连接 DHT22 温湿度传感器

VCC 引脚：连接到 Arduino UNO 的 5V 引脚。这为 DHT22 传感器提供工作电源。

GND 引脚：连接到 Arduino UNO 的 GND 引脚。用于建立电气回路。

DATA 引脚：连接到 Arduino UNO 的一个数字引脚，例如数字引脚 2。该引脚用于传输传感器与 Arduino 之间的数据，遵循单总线协议进行通信。

连接 LCD1602 显示屏

VSS 引脚（第 1 脚）：连接到 Arduino UNO 的 GND 引脚。此引脚为显示屏提供接地参考。

VDD 引脚（第 2 脚）：连接到 Arduino UNO 的 5V 引脚。为 LCD1602 显示屏提供工作电源。

VO 引脚（第 3 脚）：直接连接到 GND 引脚。在不使用电位器调节对比度的情况下，这样连接可以使显示屏以默认对比度显示。虽然无法调节对比度，但能满足基本显示需求。

SDA 引脚（第 4 脚，数据 / 命令选择引脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 12。用于选择是向 LCD 写入数据还是命令。

RW 引脚（第 5 脚，读写控制引脚）：连接到 GND 引脚。因为在本实验中只进行写操作，所以将其接地。

E 引脚（第 6 脚，使能引脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 11。用于使能 LCD 进行数据传输。

D4 引脚（第 11 脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 5。

D5 引脚（第 12 脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 6。

D6 引脚（第 13 脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 7。

D7 引脚（第 14 脚）：连接到 Arduino UNO 的数字引脚 8。这些数据引脚（D4 - D7）用于向 LCD1602 传输 8 位数据（在 4 位模式下使用）。

（二）代码编译：

#include <LiquidCrystal.h>

#include <DHT.h>

#include <DHT_U.h>

 

#define DHTPIN 2

#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

 

// 定义LCD引脚

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 6, 7, 8);

 

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  lcd.begin(16, 2);

  lcd.print("Initializing...");

 

  // 初始化DHT传感器

  dht.begin();

}

 

void loop() {

  // 读取温度

  float temperature = dht.readTemperature();

  // 读取湿度

  float humidity = dht.readHumidity();

 

  // 检查读取是否成功

  if (isnan(temperature) || isnan(humidity)) {

    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");

    delay(2000);

    return;

  }

 

  Serial.print("Temperature: ");

  Serial.print(temperature);

  Serial.println(" °C");

  Serial.print("Humidity: ");

  Serial.print(humidity);

  Serial.println(" %");

 

  // 在LCD上显示温湿度

  lcd.setCursor(0, 0);

  lcd.print("Temp: ");

  lcd.print(temperature);

  lcd.print(" C ");

  lcd.print("Hum: ");

  lcd.print(humidity);

  lcd.print(" %");

 

  delay(2000); // 每2秒读取一次数据

}

　　

（三）结果截图：

1.观察串口监视器或显示器上显示的温湿度数据，记录数据的变化情况。

2.分析数据是否符合当前环境的实际温湿度情况。如果数据明显异常，检查硬件连接是否正确，传感器是否损坏，或者代码中是否存在错误。

3.通过多次测量，了解温湿度传感器的稳定性和精度。

 

 

 

 

五、实验总结(实验中遇到的问题及解决过程、实验体会和收获)      

通过本次实验，我深入理解了温湿度传感器的工作原理和使用方法。在实验里，我学会了利用 Arduino UNO 读取温湿度数据，并将其显示在 LCD 屏幕上，这有助于我掌握基本的数据采集和显示操作。而这次实验则让我接触到了物联网的概念，通过 wokwi服务器实现了远程数据监控，拓宽了我们的知识面和理论向实践转化的能力。

遇到的问题及解决办法：

①传感器数据读取错误：LCD 屏幕显示 “Error reading data”，或者 ThingSpeak 服务器接收不到有效数据。

解决办法：检查传感器的连接是否稳固，引脚是否正确；确认传感器的供电是否正常；查看代码中传感器的类型和引脚定义是否与实际情况相符。

②代码问题1：出现 'class DHT_Unified' has no member named 'takeEvent' 错误，说明使用的 DHT_Unified 类没有 takeEvent 这个成员函数，这通常是由于库版本差异导致的。

解决办法：类的使用，将 DHT_Unified 类替换为 DHT 类，因为在一些库版本中，DHT 类更常用且能直接使用 readTemperature 和 readHumidity 函数

代码问题2：错误提示 fatal error: DHTesp.h: No such file or directory 表示你的 Arduino 环境中没有安装 DHTesp 库，导致编译器找不到对应的头文件

解决办法：在 Wokwi 平台中添加 DHTesp 库，在点击 Add library（添加库）按钮后添加

③运行后显示问题：输出出现 “fail to read” 错误提示时，通常表示代码在读取 DHT11 传感器数据时出现了问题。

解决办法：将数据线拆除重连