ESP8266 - Lecture de température et Humidité en LUA et DHT11

Parmi les exemples livrés avec l'ESP8266 et Lua, figurent en bonne place les exemples de lecture de température et d'humidité avec les capteurs DHT11 à 5€90 (http://www.seeedstudio.com/wiki/Grove-_Temperature_and_Humidity_Sensor) et DHT22 à 14€90 (http://www.seeedstudio.com/depot/Grove-TemperatureHumidity-Sensor-Pro-p-838.html). La différence de prix s'explique principalement par la plus grande précision du DHT22 qui est capable de lire des températures négatives jusqu'à -40° alors que le DHT11 ne permet de lire que des températures positives.

Le protocole utilisé est une variante du protocole One-Wire qui n'utilise qu'un seul fil digital pour la lecture et l'écriture. Je vais le décrire sommairement ici.

1. Séquence de début de lecture. Envoi d'un signal LOW pendant 18 ms, puis HIGH.
2. Attente d'une séquence LOW pendant 80 micro-secondes, puis HIGH pendant 80 micro-secondes.

3. Lecture des valeurs d'humidité et de température renvoyées par le capteur. Une valeur 0 est représentée par un HIGH de 28 micro-secondes et une valeur 1 par un HIGH de 70 micro-secondes. L'état de repos dure 50 ms. Les états et les durées sont lus en continu pour les 40 états (16 bits pour l'humidité et 16 bits pour la température + 8 bits pour le checksum) et analysés après.

4. L'humidité et la température sont décodés simultanément.Ce sont 2 valeurs sur 16 bits codées sur le format suivant : Valeur entière (8 bits) + Valeur décimale (8 bits). Par exemple : 32,0 sera codé 0x20, 0x00. Pour de capteur DHT11, la valeur décimale est toujours 0.

5. Le checksum permet de vérifier que les données sont cohérentes.  Il correspond aux 8 derniers bits de la formule suivante:
Valeur entière humidité + Valeur décimale humidité + Valeur entière température + Valeur décimale température
Pour le DHT11, cela revient à : Valeur entière humidité + Valeur entière température

Le programme correspondant en LUA

Il est assez surprenant de voir qu'un programme en LUA, c'est à dire semi-interprété permette de décoder des protocoles aussi rapides. Pour lire les données du même capteur sur un FEZ Panda II, il faut passer une librairie en C à recompiler soit même ou utiliser un câble Grove dédoublé car un même port ne peut pas être utilisé en lecture et en écriture. En LUA, le programme suivant écrit par Javier Yanez fait le même travail.

 -- ***************************************************************************  
 -- DHT22/11 module for ESP8266 with nodeMCU  
 --  
 -- Written by Javier Yanez  
 -- but based on a script of Pigs Fly from ESP8266.com forum  
 --  
 -- MIT license, http://opensource.org/licenses/MIT  
 -- ***************************************************************************  
 local moduleName = ...  
 local M = {}  
 _G[moduleName] = M  
 local humidity  
 local temperature  
 local checksum  
 local checksumTest  
 function M.read(pin)  
  humidity = 0  
  temperature = 0  
  checksum = 0  
  -- Use Markus Gritsch trick to speed up read/write on GPIO  
  gpio_read = gpio.read  
  gpio_write = gpio.write  
  bitStream = {}  
  for j = 1, 40, 1 do  
   bitStream[j] = 0  
  end  
  bitlength = 0  
  -- Step 1: send out start signal to DHT  
  gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT)  
  gpio.write(pin, gpio.HIGH)  
  tmr.delay(2000)  
  gpio.write(pin, gpio.LOW)  
  tmr.delay(20000)  
  gpio.write(pin, gpio.HIGH)  
  gpio.mode(pin, gpio.INPUT)  
  -- Step 2: DHT send response signal  
  -- bus will always let up eventually, don't bother with timeout  
  while (gpio_read(pin) == 0 ) do end  
  c=0  
  while (gpio_read(pin) == 1 and c < 100) do c = c + 1 end  
  -- bus will always let up eventually, don't bother with timeout  
  while (gpio_read(pin) == 0 ) do end  
  c=0  
  while (gpio_read(pin) == 1 and c < 100) do c = c + 1 end  
  -- Step 3: DHT send data  
  for j = 1, 40, 1 do  
   while (gpio_read(pin) == 1 and bitlength < 10 ) do  
    bitlength = bitlength + 1  
   end  
   bitStream[j] = bitlength  
   bitlength = 0  
   -- bus will always let up eventually, don't bother with timeout  
   while (gpio_read(pin) == 0) do end  
  end  
  --DHT data acquired, process.  
  for i = 1, 16, 1 do  
   if (bitStream[i + 0] > 2) then  
    humidity = humidity + 2 ^ (16 - i)  
   end  
   if (bitStream[i + 16] > 2) then  
    temperature = temperature + 2 ^ (16 - i)  
   end  
  end  
  for i = 1, 8, 1 do  
   if (bitStream[i + 32] > 2) then  
    checksum = checksum + 2 ^ (8 - i)  
   end  
  end  
  checksumTest=((humidity-humidity%256)/256+humidity%256+(temperature-temperature%256)/256+temperature%256)%256  
  if temperature > 0x8000 then  
   -- convert to negative format  
   temperature = -(temperature - 0x8000)  
  end  
  if tostring(checksum) ~= tostring(checksumTest) then  
  humidity = -1  
  end  
 end  
 function M.getTemperature()  
  return temperature  
 end  
 function M.getHumidity()  
  return humidity  
 end  
 function M.getCheckSum()  
  return checksum, checksumTest  
 end  
 return M  

Sauvegardez ce texte dans un fichier dht.lua et chargez le dans votre ESP8266 avec LuaLoader par exemple.

Pour faire appel à cette fonction, utilisez le code suivant qui charge le fichier "dht.lua", lit les valeurs de température et d'humidité, fait une conversion de la température en Farenheit et affiche les données sur la console toutes les minutes.

 --load DHT module and read sensor  
 PIN = 3                          -- data pin, GPIO0  
 dht=require("dht")  
 function ReadDHT()  
      dht.read(PIN)  
      humi=dht.getHumidity()/256  
      temp=dht.getTemperature()/256  
      fare=(temp*9/5+32)  
      print("Humidity:  "..humi.."%")  
      print("Temperature: "..temp.." deg C")  
      print("Temperature: "..fare.." deg F")  
 end  
 ReadDHT()  
 -- This will read the values every 60 seconds  
 tmr.alarm(1,60000,1, ReadDHT)  

La mémoire étant précieuse sur ce module, il est possible de faire quelques simplifications, telles que supprimer le calcul en Farenheit, modifier la fonction dht.read pour renvoyer l'humidité et la température en même temps, faire une fonction dht spécifique pour le DHT11 et supprimer tout ce qui est relatif au DHT22.

Vous aurez noté que je n'ai utilisé ici le module ESP8266 qu'en mode micro-contrôleur simple. Vous pouvez y rajouter du Wifi pour enregistrer les données sur ThingSpeak, Xively ou toute autre plateforme de collecte de donnée ou les récupérer en local sur un serveur MQTT.