【花雕学编程】Arduino动手做（232）---ESP32-S3 CAM使用DHT11模块测量温湿度

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百三十二：ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM开发板WiFi+蓝牙模块OV2640/5640摄像头

ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM 是一款集成了Wi-Fi、蓝牙和摄像头接口的高性能模块，适用于各种物联网（IoT）、AI视觉和嵌入式应用。以下是对其主要组成部分和功能的详细介绍：

1、ESP32-S3 系列芯片
处理器：ESP32-S3 系列芯片采用 Xtensa® 双核 32 位 LX7 微处理器，支持单精度浮点运算单元，最高时钟频率可达 240 MHz。
存储：集成 384KB ROM、512KB SRAM 和 16KB RTC SRAM，支持最大 16MB 的外部 PSRAM。
2、无线通信
Wi-Fi：支持 2.4 GHz 频段的 802.11 b/g/n 协议，数据速率最高可达 150 Mbps。
蓝牙：支持低功耗蓝牙（Bluetooth LE）5.0，支持多种速率（125Kbps、500Kbps、1Mbps、2Mbps）和广播扩展。
3、存储配置
Flash：ESP32-S3 WROOM N16R8 配置了 16MB 的 Quad SPI Flash。
PSRAM：集成了 8MB 的 Octal SPI PSRAM，用于扩展存储和提高数据处理能力。
4、外设接口
GPIO：提供多达 36 个通用输入输出引脚（GPIO），支持多种外设接口。
摄像头接口：支持连接摄像头模块，如 OV2640 和 OV5640，适用于图像处理和视频流应用2。
其他接口：包括 SPI、I2C、I2S、UART、PWM、ADC、DAC 等，适用于各种传感器和外设的连接。
5、电源和工作条件
电源电压：工作电压范围为 3.0V 至 3.6V。
工作温度：标准工作温度范围为 -40°C 至 85°C，某些型号可支持更高的温度范围。
6、应用场景
AIoT：适用于人工智能物联网（AIoT）应用，如语音识别、图像处理和智能家居。
智能设备：广泛应用于智能家电、智能控制面板、智能扬声器等设备。
工业控制：适用于工业自动化和控制系统，提供高可靠性和稳定性。
7、其他特性
神经网络运算能力：支持神经网络和信号处理，适用于复杂的AI应用。
低功耗设计：优化的电源管理，适用于电池供电的设备。

ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM 模块凭借其强大的处理能力、丰富的外设接口和灵活的存储配置，成为物联网、AI视觉和嵌入式应用的理想选择。

DHT11模块是一种常用的数字温湿度传感器，能够测量环境的温度和相对湿度，并将这些数据以数字信号的形式输出。

1、主要特点
高可靠性和长期稳定性: DHT11模块内置了一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，确保了数据的准确性和稳定性。
数字信号输出: 采用单总线协议，数据传输速率较慢，但能够保证数据传输的准确性和稳定性。
低成本和易用性: 结构简单，价格便宜，适用于各种温湿度监测系统。

2、技术参数
温度测量范围: 0~50°C，误差±2°C。
湿度测量范围: 20%~90%RH，误差±5%RH。
供电电压: 3~5.5V。
接口类型: 单总线接口，数据传输距离可达20米以上。

3、引脚说明
VCC: 供电引脚，连接3~5.5V电源。
GND: 接地引脚，连接电源负极。
DATA: 数据引脚，用于与主机通信。
NC: 空脚，无需连接。

4、工作原理
感应温湿度: DHT11内部包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，这些元件感应周围环境的温度和湿度。
信号转换: 感应到的温湿度信号被转换成数字信号。
数据传输: 主机（如Arduino）通过发送一个复位信号来启动DHT11模块。模块响应并传输40位数据，这些数据包括：
湿度整数部分: 8位
湿度小数部分: 8位
温度整数部分: 8位
温度小数部分: 8位
校验和: 8位，用于验证数据的完整性

5、数据传输过程
启动信号: 主机发送一个低电平信号，持续至少18毫秒，然后拉高电平，等待20-40微秒。
响应信号: DHT11模块检测到启动信号后，发送一个80微秒的低电平响应信号，然后发送一个80微秒的高电平信号，表示准备好发送数据。
数据传输: 模块开始传输40位数据，每位数据由一个50微秒的低电平信号和一个高电平信号组成。高电平信号的持续时间决定了数据位的值（26-28微秒表示0，70微秒表示1）。
校验和: 主机接收完40位数据后，计算前32位数据的校验和，并与接收到的校验和进行比较。如果两者一致，数据有效；否则，数据无效。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百三十二：ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM开发板WiFi+蓝牙模块
OV2640/5640摄像头模组
{花雕动手做}项目之二十九：ESP32-S3 CAM使用DHT11模块测量温湿度

实验开源代码

/*
  【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
   实验二百三十二：ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM开发板WiFi+蓝牙模块
   OV2640/5640摄像头模组
  {花雕动手做}项目之二十九：ESP32-S3 CAM使用DHT11模块测量温湿度
*/

#include "DHTesp.h" // 点击这里获取库: http://librarymanager/All#DHTesp
#include <Ticker.h> // 引入Ticker库，用于定时任务

#ifndef ESP32
#pragma message(THIS EXAMPLE IS FOR ESP32 ONLY!)
#error Select ESP32 board.
#endif

/**************************************************************/
/* 示例如何使用多任务从ESP32读取DHT传感器。                   */
/* 该示例依赖于Ticker库每20秒唤醒一次任务。                   */
/**************************************************************/

DHTesp dht; // 创建DHTesp对象

void tempTask(void *pvParameters); // 声明温度任务函数
bool getTemperature(); // 声明获取温度函数
void triggerGetTemp(); // 声明触发获取温度函数

/** 任务句柄，用于读取温度任务 */
TaskHandle_t tempTaskHandle = NULL;
/** 用于读取温度的Ticker */
Ticker tempTicker;
/** 舒适度状态 */
ComfortState cf;
/** 任务是否应该运行的标志 */
bool tasksEnabled = false;
/** DHT11数据引脚的引脚号 */
int dhtPin = 1;

/**
 * initTemp
 * 设置DHT库
 * 设置任务和定时器以重复测量
 * @return bool
 *    true 如果任务和定时器已启动
 *    false 如果任务或定时器无法启动
 */
bool initTemp() {
  byte resultValue = 0;
  // 初始化温度传感器
  dht.setup(dhtPin, DHTesp::DHT11);
  Serial.println("DHT initiated");

  // 启动任务以获取温度
  xTaskCreatePinnedToCore(
    tempTask,                       /* 实现任务的函数 */
    "tempTask ",                    /* 任务名称 */
    4000,                           /* 堆栈大小（字） */
    NULL,                           /* 任务输入参数 */
    5,                              /* 任务优先级 */
    &tempTaskHandle,                /* 任务句柄 */
    1);                             /* 任务应运行的核心 */

  if (tempTaskHandle == NULL) {
    Serial.println("Failed to start task for temperature update");
    return false;
  } else {
    // 每20秒更新环境数据
    tempTicker.attach(20, triggerGetTemp);
  }
  return true;
}

/**
 * triggerGetTemp
 * 设置标志dhtUpdated为true以便在loop()中处理
 * 由Ticker getTempTimer调用
 */
void triggerGetTemp() {
  if (tempTaskHandle != NULL) {
    xTaskResumeFromISR(tempTaskHandle);
  }
}

/**
 * 任务从DHT11传感器读取温度
 * @param pvParameters
 *    指向任务参数的指针
 */
void tempTask(void *pvParameters) {
  Serial.println("tempTask loop started");
  while (1) // tempTask循环
  {
    if (tasksEnabled) {
      // 获取温度值
      getTemperature();
    }
    // 再次进入睡眠
    vTaskSuspend(NULL);
  }
}

/**
 * getTemperature
 * 从DHT11传感器读取温度
 * @return bool
 *    true 如果温度获取成功
 *    false 如果获取失败
 */
bool getTemperature() {
  // 读取湿度的温度大约需要250毫秒！
  // 传感器读数也可能长达2秒“旧”（它是一个非常慢的传感器）
  TempAndHumidity newValues = dht.getTempAndHumidity();
  // 检查是否有任何读取失败并提前退出（以便再次尝试）。
  if (dht.getStatus() != 0) {
    Serial.println("DHT11 error status: " + String(dht.getStatusString()));
    return false;
  }

  float heatIndex = dht.computeHeatIndex(newValues.temperature, newValues.humidity);
  float dewPoint = dht.computeDewPoint(newValues.temperature, newValues.humidity);
  float cr = dht.getComfortRatio(cf, newValues.temperature, newValues.humidity);

  String comfortStatus;
  switch(cf) {
    case Comfort_OK:
      comfortStatus = "舒适";
      break;
    case Comfort_TooHot:
      comfortStatus = "太热";
      break;
    case Comfort_TooCold:
      comfortStatus = "太冷";
      break;
    case Comfort_TooDry:
      comfortStatus = "太干燥";
      break;
    case Comfort_TooHumid:
      comfortStatus = "太潮湿";
      break;
    case Comfort_HotAndHumid:
      comfortStatus = "又热又潮湿";
      break;
    case Comfort_HotAndDry:
      comfortStatus = "又热又干燥";
      break;
    case Comfort_ColdAndHumid:
      comfortStatus = "又冷又潮湿";
      break;
    case Comfort_ColdAndDry:
      comfortStatus = "又冷又干燥";
      break;
    default:
      comfortStatus = "未知状态";
      break;
  };

  Serial.println(" 温度:" + String(newValues.temperature) + " 湿度:" + String(newValues.humidity) + " 热指数:" + String(heatIndex) + " 露点:" + String(dewPoint) + " " + comfortStatus);
  return true;
}

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  Serial.println("DHT ESP32 任务示例");
  initTemp();
  // 向任务发出setup()结束的信号
  tasksEnabled = true;
}

void loop() {
  if (!tasksEnabled) {
    // 等待2秒以让系统稳定下来
    delay(2000);
    // 启用将从DHT传感器读取值的任务
    tasksEnabled = true;
    if (tempTaskHandle != NULL) {
      vTaskResume(tempTaskHandle);
    }
  }
  yield();
}

实验串口返回情况

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百三十二：ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM开发板WiFi+蓝牙模块
OV2640/5640摄像头模组
{花雕动手做}项目之三十：ESP32-S3 CAM使用DHT11模块测量温湿度（简化版）

实验开源代码

/*
  【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
   实验二百三十二：ESP32-S3 WROOM N16R8 CAM开发板WiFi+蓝牙模块
   OV2640/5640摄像头模组
  {花雕动手做}项目之三十：ESP32-S3 CAM使用DHT11模块测量温湿度（简化版）
*/

#include "DHTesp.h" // 引入DHTesp库，用于处理DHT传感器

DHTesp dht; // 创建一个DHTesp对象，用于与DHT传感器通信

void setup() {
  Serial.begin(115200); // 初始化串口通信，波特率设置为115200
  dht.setup(1, DHTesp::DHT11); // 设置DHT传感器，数据引脚为GPIO 1，传感器类型为DHT11
}

void loop() {
  delay(2000); // 等待2秒，给传感器足够的时间进行数据采集
  TempAndHumidity newValues = dht.getTempAndHumidity(); // 从传感器读取温度和湿度值
  if (dht.getStatus() != 0) { // 检查传感器状态，如果读取失败
    Serial.println("DHT11 error status: " + String(dht.getStatusString())); // 打印错误状态信息
  } else { // 如果读取成功
    Serial.println("Temperature: " + String(newValues.temperature) + " *C"); // 打印温度值
    Serial.println("Humidity: " + String(newValues.humidity) + " %"); // 打印湿度值
  }
}

代码解释
1、引入库：

#include "DHTesp.h"

这行代码引入了 DHTesp 库，该库提供了与DHT传感器通信的功能。

2、创建对象：

DHTesp dht;

创建一个 DHTesp 对象 dht，用于与DHT传感器进行通信。

3、初始化设置：

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.setup(1, DHTesp::DHT11);
}

Serial.begin(115200);：初始化串口通信，设置波特率为115200。
dht.setup(1, DHTesp::DHT11);：设置DHT传感器，数据引脚为GPIO 1，传感器类型为DHT11。

4、主循环：

void loop() {
  delay(2000);
  TempAndHumidity newValues = dht.getTempAndHumidity();
  if (dht.getStatus() != 0) {
    Serial.println("DHT11 error status: " + String(dht.getStatusString()));
  } else {
    Serial.println("Temperature: " + String(newValues.temperature) + " *C");
    Serial.println("Humidity: " + String(newValues.humidity) + " %");
  }
}

delay(2000);：等待2秒，给传感器足够的时间进行数据采集。
TempAndHumidity newValues = dht.getTempAndHumidity();：从传感器读取温度和湿度值。
if (dht.getStatus() != 0) { … }：检查传感器状态，如果读取失败，打印错误状态信息。
else { … }：如果读取成功，打印温度和湿度值。

实验串口返回情况

实验场景图