Weblog Tomasza Przechlewskiego

Raspberry Pi/DHT-22 sensor: registering temperature and humidity

Fig. #1: DHT-22 sensor

Fig. #2: Testing DHT-22

Fig. #3: Wiring

To build the installation one has to buy:

DHT-22 temperature/humidity sensor (8 USD per sensor). Not cheap...

0,25W 10K OHM carbon resistor (very cheap).

female connectors (pol. kable połączeniowe żeńskie), telephone cables or similar four core cable (pol. kabel czterożyłowy), terminal block (pol. kostka połączeniowa) and heat shrink tubing (pol. rurka termokurczliwa) to insulate and strengthen connections. The recommended way is to use a breadboard (pol. płytka stykowa/prototypowa) as described in learn.adafruit.com. My interest in electronics is limited, I've never used breadboards etc... I had some spare cables and terminal blocks so I designed it that way (cf. pictures).

NOTE: The cheaper version of the DHT-22 is a DHT-11 (aka SHT-11). Tempted by the lower price I bought two DHT-11 sensors but I do not recommend it. First of all, the temperature is measured in the range of 0 °C to 50 °C (with poor accuracy of +/- 2 °C) so is not suitable for outdoor (at least in Europe). Second, the humidity seems to be understated. Third, it does not work when DQ line is connected to other GPIO pins than pin #24 (maybe it's a software problem). For comparison, DHT-22 measures the temperature in the range of-40C to +80 C with an accuracy of +/- 0.5 °C.

I follow the tutorial available at learn.adafruit.com but some details were modified.

Hardware

There are four pins in DHT-22 (see Figure # 1). I connected data line (DQ) of each sensor to pins P22, P24 and P25 respectively (each sensor must have a separate data line). Vdd pin of each sensor to P1 (3.3 V supply). GND (ground) pin of each sensor to P6. In addition, each DQ was connected via the resistor with the power line Vdd.

Pin Null is not used.

The sensors were connected to GPIO pins via terminal blocks, cables and some soldering.

Software

One has to download, compile and install the necessary library:

pi@raspberrystar $ wget http://www.open.com.au/mikem/bcm2835/bcm2835-1.8.tar.gz
pi@raspberrystar $ tar -zxvf bcm2835-1.8.tar.gz
pi@raspberrystar $ cd bcm2835-1.8
pi@raspberrystar $ ./configure && make && sudo make install

then the application retrieving the data from the sensors has to be installed:

pi@raspberrystar $ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code.git
pi@raspberrystar $ cd Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code
pi@raspberrystar $ cd Adafruit_DHT_Driver

One has to modify Makefile file, namely add -l rt at the end of the line that starts with CFLAGS:

CFLAGS =  -std=c99 -I. -lbcm2835 -l rt

now:

## in Adafruit_DHT_Driver directory
pi@raspberrystar $ make

If everyting works, then:

# Run ./Adafruit_DHT sensor-type DQ-pin-number
pi@raspberrystar $ sudo ./Adafruit_DHT 22 25
Using pin #25
Data (40): 0x3 0xe7 0x0 0x17 0x1
Temp =  2.3 *C, Hum = 99.9 %

The directory Adafruit_DHT_Driver contains also Adafruit_DHT_googledocs.ex.py Python script which can upload sensor readings directly to google.docs spreadsheet. To run Adafruit_DHT_googledocs.ex.py one has to install gspread module first:

pi@raspberrystar $ wget http://pypi.python.org/packages/source/g/gspread/gspread-0.0.13.tar.gz
pi@raspberrystar $ tar -zxvf gspread-0.0.13.tar.gz
pi@raspberrystar $ cd gspread
pi@raspberrystar $ sudo python setup.py install

Adafruit_DHT_googledocs.ex.py script: 1) in an infinite loop runs every 30 seconds the program Adafruit_DHT, 2) retrieves temperature/humidity, 3) sends temperature/humidity readings to google.docs. A fragment of the script looks like:

while(True):
 output = subprocess.check_output(["./Adafruit_DHT", "2302", "4"]);
 print output
 # search for humidity printout
  matches = re.search("Hum =\s+([0-9.]+)", output)
  if (not matches):
        time.sleep(3)
        continue
  humidity = float(matches.group(1))
  ## omitted code ...

 time.sleep(30)

Because I want to process somehow the data (not only to retrieve and upload to google.docs) I modify Adafruit_DHT_googledocs.ex.py script. My version Adafruit_DHT_googledocs.ex.py is limited to sending to google.docs values passed as arguments to the call:

temp = float(sys.argv[1])
humidity = float(sys.argv[2])
## omitted code ...

The following bash script takes care of the rest:

#!/bin/bash
#
LOG_DIR=/home/pi/Logs/DHT
BIN_DIR=/home/pi/bin
SENSTYPE=22
SLEEP_TIME=5

function ReadSensor() {
   local sensorType="$1"
   local sensorId="$2"
   local WYNIK=""
   local SUCCESS=""

   ## 5 tries with 5s sleep between them
   for i in 1 2 3 4 5; do
      WYNIK=`sudo $BIN_DIR/Adafruit_DHT $sensorType $sensorId | tr '\n' ' '`
      SUCCESS=`echo $WYNIK | awk ' { if (NF > 10) {print "YES"} else { print "NO"}}'`

      if [ "$SUCCESS" = "YES" ] ; then
         echo "$sensorId=$i $WYNIK" >> $LOG_DIR/DHT22.log
         DHT_CURR_TEMP=`echo $WYNIK | awk '{print $13}'`
         DHT_CURR_HUM=`echo $WYNIK | awk '{print $17}'`
         break
      fi
      sleep $SLEEP_TIME;
      done

      ## All attempts to read sensors were unsuccessful
      if [ $SUCCESS = "NO" ] ; then
         echo "$sensorId=? $WYNIK" >> $LOG_DIR/DHT22.log
         DHT_CURR_TEMP="999.9"
         DHT_CURR_HUM="999.9"
      fi
}
echo "@`date "+%Y%m%d%H%M%S"`" >> $LOG_DIR/DHT22.log

## A sensor in the room:
ReadSensor $SENSTYPE "24"
READINGS="$DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"
sleep 12

## Outdoor sensor:
ReadSensor $SENSTYPE "25"
READINGS="$READINGS $DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"
sleep 12

## A sensor in the porch:
ReadSensor $SENSTYPE "22"
READINGS="$READINGS $DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"

## HTML + chart 
/usr/bin/perl /home/pi/bin/dht2ht.pl > /var/www/stats/DHT22.html

# Upload to google
/home/pi/bin/DHT_googledocs.ex.py $READINGS

As in the case of 1-Wire bus there are problems with the reading of the sensor. That's why the function ReadSensor is trying to read the sensor several times. Maximum number of failed attempts, we have observed during several days of operation is 3.

The script runs every 30 minutes from cron:

1,31 * * * * /home/pi/bin/dht2ht.sh

LOG file looks something like this:

@20121113230101
24=1 Using pin #24 Data (40): 0x2 0x22 0x0 0xc9 0xed Temp =  20.1 *C, Hum = 54.6 %
25=1 Using pin #25 Data (40): 0x3 0xe7 0x0 0x1c 0x6 Temp =  2.8 *C, Hum = 99.9 %
22=4 Using pin #22 Data (40): 0x2 0x73 0x0 0xb0 0x25 Temp =  17.6 *C, Hum = 62.7 %

Row starting with the @ contains the date and time (@ is added for subsequnt easy parsing). Lines that begin with nn = m contain the data retrived from the sensor (nn is the sensor number, m denotes the number of successful attempt or ? in case when all attempts were unsuccessful)

Note: I noticed that higher system load (including intensive I/O operations) cause problems to retrieve data from the sensors. I tried to run motion detection application (motion) configured to use as little system resources as possible with no success. Rapberry overclocked to 900 Mhz performs significantly better but still only about 20% tries returns some data. Exact nature of the problem is a mystery to me as for example top indicates that still more there 80% of CPU is free.

Other question to consider is: whether the readings are correct during high humidity? My outdoor sensors tend to indicate 99% humidity pretty frequently which seems suspicious. I have compared data obtained from 3 different sensors (namely WH 2080 clone, Oregon Scientific's RMS300 and DHT-22) and some differ significantly.

Conversion to HTML and generating charts with `dht2ht.pl`

Perl script dht2ht.pl creates a HTML table and charts showing temperature/humidity readings as well as dew point, calculated with the following approximation formula: $$ D_p = (237.7 \cdot \gamma(T, H) ) / (17.271 - \gamma(T, H) ) $$

where: $$ \gamma(T, H) = 17.271 \cdot T / (237.7 + T) + \log (H / 100.0) $$

Script outcome is available here. All scripts and other stuff discussed in this blog post are available here.

Google.docs sheet containing readings from all my 3 sensors is available here. (Note: for some important reasons Adafruit_DHT_googledocs.ex.py script started adding data from the 162th line of the spreadsheet.)

url | Sat, 08/12/2012 13:39 | tagi: dht22, english, inne, linux, perl, raspberry pi, rpi

Raspberry Pi/czujnik DHT-22: rejestrowanie temperatury i wilgotności

Rys. #1: DHT-22

Rys. #2: Testowanie DHT-22

Rys. #3: Okablowanie

Do wykonania instalacji potrzebne są:

Czujnik DHT-22 temperatury/wilgotności (ok. 30 zł za sztukę). Droga sprawa...

REZYSTOR 0,25W 10K OHM węglowy (1,00 zł za 100 sztuk na Allegro).

Do tego: przewody połączeniowe żeńskie, przewód telefoniczny czterożyłowy lub inny podobny, kostka elektryczna oraz rurka termokurczliwa do izolacji i wzmocnienia połączeń. (Por. Raspberry Pi: magistrala 1-Wire i rejestracja temperatury.)

UWAGA: tańszą wersja DHT-22 jest DHT-11 (aka SHT-11). Połasiłem się nawet na takowy, bo taniej ale nie polecam. Przede wszystkim mierzy temperaturę w przedziale od 0C do 50C (z kiepską dokładnością +/- 2C) więc nie nadaje się do pomiaru temperatury zewnętrznej. Do tego odczyt wilgotności jest zaniżony i nie działa podłączony do niektórych pinów GPIO (być może jest to problem oprogramowania, którego używam). Dla porównania DHT-22 mierzy temperaturę w przedziale od -40C do +80C z dokładnością +/- 0,5C.

Na stronie learn.adafruit.com znajduje się tutorial, z którego korzystałem...

Hardware

Sensor DHT-22 ma cztery piny (por. rys #1). Podłączyłem linie danych (DQ) do pinów P22, P24 i P25 (każdy sensor musi mieć oddzielną linię danych). Vdd każdego sensora do pina P1 (zasilanie 3,3V). GND (masa) każdego czujnika do pina P6. Ponadto każde DQ należało połączyć za pomocą rezystora z linią zasilania Vdd.

Pin Null nie jest wykorzystywany.

Lutowanie i łączenie wszystkiego do kupy wykonałem w sposób identyczny (kostka elektryczna, rurka termokurczliwa itp.) z opisanym bardziej szczegółowo we wpisie Raspberry Pi: magistrala 1-Wire i rejestracja temperatury.

Software

Pobieram, kompiluję i instaluję niezbędną bibliotekę:

pi@raspberrystar $ wget http://www.open.com.au/mikem/bcm2835/bcm2835-1.8.tar.gz
pi@raspberrystar $ tar -zxvf bcm2835-1.8.tar.gz
pi@raspberrystar $ cd bcm2835-1.8
pi@raspberrystar $ ./configure && make && sudo make install

Pobieram program do obsługi czujników:

pi@raspberrystar $ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code.git
pi@raspberrystar $ cd Adafruit-Raspberry-Pi-Python-Code
pi@raspberrystar $ cd Adafruit_DHT_Driver

W pliku Makefile należy dopisać -l rt na końcu wiersza zaczynającego się od CFLAGS:

CFLAGS =  -std=c99 -I. -lbcm2835 -l rt

teraz:

## w katalogu Adafruit_DHT_Driver
pi@raspberrystar $ make

Jeżeli wszystko działa, to:

# Uruchomienie ./Adafruit_DHT typ-czujnika nr-pina-DQ
pi@raspberrystar $ sudo ./Adafruit_DHT 22 25
Using pin #25
Data (40): 0x3 0xe7 0x0 0x17 0x1
Temp =  2.3 *C, Hum = 99.9 %

W katalogu Adafruit_DHT_Driver znajduje się też skrypt Pythona pn. Adafruit_DHT_googledocs.ex.py służący do wysyłania odczytanych danych do arkusza google.docs. Skrypt Adafruit_DHT_googledocs.ex.py do działania potrzebuje modułu gspread:

pi@raspberrystar $ wget http://pypi.python.org/packages/source/g/gspread/gspread-0.0.13.tar.gz
pi@raspberrystar $ tar -zxvf gspread-0.0.13.tar.gz
pi@raspberrystar $ cd gspread
pi@raspberrystar $ sudo python setup.py install

Skrypt Pythona Adafruit_DHT_googledocs.ex.py: 1) w nieskończonej pętli uruchamia co 30 sekund program Adafruit_DHT, 2) wyłuskuje z wydruku wartości temperatury/wilgotności, 3) wysyła co trzeba na google.docs. Fragment skryptu wygląda następująco:

while(True):
 output = subprocess.check_output(["./Adafruit_DHT", "2302", "4"]);
 print output
 # search for humidity printout
  matches = re.search("Hum =\s+([0-9.]+)", output)
  if (not matches):
        time.sleep(3)
        continue
  humidity = float(matches.group(1))
  ## pominięty kod ...

 time.sleep(30)

Ponieważ ja chcę oprócz wysłania na google.docs coś tam jeszcze zrobić z danymi, to miałem do wyboru albo rozbudować Adafruit_DHT_googledocs.ex.py o dodatkową funkcjonalność albo go uprościć. Wybrałem to drugie: moja wersja Adafruit_DHT_googledocs.ex.py ogranicza się wyłącznie do wysłania na google.docs wartości przekazanych jako argumenty wywołania:

temp = float(sys.argv[1])
humidity = float(sys.argv[2])
## pominięty kod ...

Resztą zajmie się poniższy skrypt basha:

#!/bin/bash
#
LOG_DIR=/home/pi/Logs/DHT
BIN_DIR=/home/pi/bin
SENSTYPE=22
SLEEP_TIME=5

function ReadSensor() {
   local sensorType="$1"
   local sensorId="$2"
   local WYNIK=""
   local SUCCESS=""

   ## zwiększyłem powtórzenia do 5 (sleep zmniejszony do 5s/było 10)
   for i in 1 2 3 4 5; do
      WYNIK=`sudo $BIN_DIR/Adafruit_DHT $sensorType $sensorId | tr '\n' ' '`
      SUCCESS=`echo $WYNIK | awk ' { if (NF > 10) {print "YES"} else { print "NO"}}'`

      if [ "$SUCCESS" = "YES" ] ; then
         echo "$sensorId=$i $WYNIK" >> $LOG_DIR/DHT22.log
         DHT_CURR_TEMP=`echo $WYNIK | awk '{print $13}'`
         DHT_CURR_HUM=`echo $WYNIK | awk '{print $17}'`
         break
      fi
      sleep $SLEEP_TIME;
      done

      ## Wszystkie próby okazały się nieudane
      if [ $SUCCESS = "NO" ] ; then
         echo "$sensorId=? $WYNIK" >> $LOG_DIR/DHT22.log
         DHT_CURR_TEMP="999.9"
         DHT_CURR_HUM="999.9"
      fi
}
echo "@`date "+%Y%m%d%H%M%S"`" >> $LOG_DIR/DHT22.log

## Czujnik w pokoju:
ReadSensor $SENSTYPE "24"
READINGS="$DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"
sleep 12

## Czujnik na zewnątrz:
ReadSensor $SENSTYPE "25"
READINGS="$READINGS $DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"
sleep 12

## Czujnik weranda:
ReadSensor $SENSTYPE "22"
READINGS="$READINGS $DHT_CURR_TEMP $DHT_CURR_HUM"

## zamiana na HTML + wykres
/usr/bin/perl /home/pi/bin/dht2ht.pl > /var/www/stats/DHT22.html

# Wyslanie na google
/home/pi/bin/DHT_googledocs.ex.py $READINGS

Podobnie jak w przypadku magistrali 1-Wire zdarzają się problemy z odczytaniem wartości czujnika. Na tą okoliczność funkcja ReadSensor próbuje odczytu kilkukrotnie. Maksymalna nieudana liczba prób, którą zaobserwowałem w ciągu kilkudniowej eksploatacji to 3.

Skrypt jest uruchamiany co 30 min przez crona:

1,31 * * * * /home/pi/bin/dht2ht.sh

Plik LOG wygląda jakoś tak:

@20121113230101
24=1 Using pin #24 Data (40): 0x2 0x22 0x0 0xc9 0xed Temp =  20.1 *C, Hum = 54.6 %
25=1 Using pin #25 Data (40): 0x3 0xe7 0x0 0x1c 0x6 Temp =  2.8 *C, Hum = 99.9 %
22=4 Using pin #22 Data (40): 0x2 0x73 0x0 0xb0 0x25 Temp =  17.6 *C, Hum = 62.7 %

Wiersz zaczynający się od @ zawiera datę i czas odczytu. Wiersze zaczynające się od nn=m zawierają odczytane dane (nn to numer czujnika, m numer próby w której odczytano wartości lub ? jeżeli wszystkie próby były nieudane)

Uwaga: zauważyłem, że przy intensywnych operacjach I/O są duże problemy z odczytaniem wskazań czujników.

Skrypt dht2ht.pl

Perlowy skrypt dht2ht.pl tworzy tabelę oraz wykresy prezentujące odczytane wartości plus obliczoną na ich podstawie temperaturę punktu rosy. Rezultat działania można oglądać tutaj. Omawiane w tym wpisie skrypty są zaś tutaj.

Arkusz google.docs zawierający odczyty z moich trzech czujników jest dostępny tutaj. (Uwaga: z jakiś ważnych powodów skrypt Adafruit_DHT_googledocs.ex.py zaczął dopisywanie danych od 162 wiersza arkusza.)

url | Wed, 14/11/2012 09:47 | tagi: dht22, inne, linux, perl, raspberry pi