【雕爷学编程】MicroPython手册之 SAMD21 DHT驱动

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

SAMD21是一系列使用32位ARM® Cortex®-M0+处理器的低功耗微控制器，由Microchip Technology公司开发。SAMD21的技术参数如下：

1、处理器：32位ARM® Cortex®-M0+，最高工作频率为48MHz，每兆赫兹可达2.46 Coremark。
2、存储器：闪存容量从32KB到256KB不等，SRAM容量从4KB到32KB不等。
3、电源管理：支持多种低功耗模式，如空闲和待机模式，最低功耗为3.5μA/MHz。
4、外设：拥有丰富的智能和灵活的外设，如直接内存访问控制器（DMAC）、事件系统、定时器/计数器（TC/TCC）、实时时钟（RTC）、看门狗定时器（WDT）、CRC-32生成器、通用串行总线（USB）2.0接口、串行通信接口（SERCOM）、Inter-IC Sound（I2S）接口、模数转换器（ADC/DAC）、模拟比较器（AC）和外设触摸控制器（PTC）。
5、封装：支持多种封装形式，从32引脚到64引脚不等，包括TQFP、QFN、UFBGA和WLCSP。
6、标准：符合AEC-Q100 Grade 1的汽车级标准，工作温度范围为-40°C到+125°C。

MicroPython的SAMD21 DHT驱动是指在MicroPython环境中使用SAMD21微控制器实现的DHT驱动。

主要特点：

硬件支持：SAMD21 DHT驱动通过SAMD21微控制器的硬件外设实现，具有硬件支持的特点。这使得DHT传感器的数据读取和通信能够在硬件层面上得到有效的支持，提供更高的性能和稳定性。
简单接口：SAMD21 DHT驱动提供简单易用的接口，使得开发者能够方便地通过MicroPython代码读取DHT传感器的数据。这简化了DHT应用的开发过程，降低了学习和使用的门槛。
温湿度数据获取：SAMD21 DHT驱动主要用于获取DHT传感器所测量的温度和湿度数据。它能够与DHT传感器进行通信，并解析传感器返回的数据，提供准确的温湿度数值供用户使用。
低功耗：DHT传感器本身具有低功耗的特点，而SAMD21微控制器也支持低功耗模式。因此，SAMD21 DHT驱动在低功耗应用中具有一定的优势。

应用场景：

室内环境监测：SAMD21 DHT驱动适用于室内环境监测应用，如家庭自动化、智能办公等。通过与DHT传感器的结合，可以实时监测室内温度和湿度变化，为用户提供舒适的生活和工作环境。
温湿度控制：在温湿度控制系统中，SAMD21 DHT驱动可以用于实时监测环境温湿度，并根据设定的阈值进行控制操作。例如，自动调节空调、加湿器或除湿器的运行状态，以维持设定的温湿度范围。
农业领域：SAMD21 DHT驱动在农业领域中有广泛应用。通过与DHT传感器结合，可以监测农作物生长环境的温湿度变化，并根据数据进行灌溉、通风等农业控制操作，提高农作物产量和质量。

注意事项：

引脚配置：在使用SAMD21 DHT驱动之前，需要正确配置相关的GPIO引脚。确保所选的引脚与DHT传感器的连接正确，并满足引脚的电压和功能要求。
数据解析：DHT传感器通常通过特定的通信协议返回温湿度数据，SAMD21 DHT驱动需要能够正确解析传感器返回的数据，提取出准确的温湿度数值。在使用驱动时，需要了解传感器的通信协议，并对数据解析进行适当的处理。

综上所述，MicroPython的SAMD21 DHT驱动通过SAMD21微控制器的硬件外设实现，具有硬件支持、简单接口、温湿度数据获取和低功耗等特点。适用于室内环境监测、温湿度控制和农业领域等应用场景。在使用SAMD21 DHT驱动时，需要注意正确配置GPIO引脚、了解传感器的通信协议并进行数据解析，以确保温湿度数据的准确性和可靠性。

案例1：读取DHT传感器的数:

from machine import Pin, I2C
import dht

# 初始化I2C和DHT对象
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
dht_sensor = dht.DHT22(i2c)

# 读取温度和湿度数据
temperature, humidity = dht_sensor.read()

# 打印温度和湿度数据
print("Temperature: {0:.2f} C".format(temperature))
print("Humidity: {0:.2f} %".format(humidity))

要点解读：这个程序首先导入了必要的库，然后初始化了I2C和DHT对象。接着，它使用read方法读取温度和湿度数据，并将它们存储在变量中。最后，它打印出温度和湿度数据。

案例2：写入DHT传感器的数据

from machine import Pin, I2C
import dht

# 初始化I2C和DHT对象
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
dht_sensor = dht.DHT22(i2c)

# 设置DHT传感器的地址
DHT_ADDR = 0x40

# 要写入的温度和湿度数据
temperature = 25.0
humidity = 60.0

# 将温度和湿度数据转换为字节数组
temp_bytes = bytearray([0xFF, (temperature >> 8) & 0xFF, temperature & 0xFF])
hum_bytes = bytearray([0xFF, (humidity >> 8) & 0xFF, humidity & 0xFF])

# 写入温度和湿度数据
dht_sensor.write(DHT_ADDR, temp_bytes, hum_bytes)

要点解读：这个程序与第一个案例类似，但它读取的是一个DHT22传感器的数据。首先，它设置了DHT传感器的地址，然后使用write方法将温度和湿度数据写入传感器。需要注意的是，这里需要将温度和湿度数据转换为字节数组，并按照DHT22传感器的要求进行编码。

案例3：读取多个DHT传感器的数据

from machine import Pin, I2C
import dht

# 初始化I2C和DHT对象
i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
dht_sensors = [dht.DHT22(i2c) for i in range(3)]

# 读取每个DHT传感器的数据
for i, sensor in enumerate(dht_sensors):
    temperature, humidity = sensor.read()
    print("Sensor {}: Temperature: {0:.2f} C, Humidity: {1:.2f} %".format(i, temperature, humidity))

要点解读：这个程序创建了一个包含三个DHT22传感器的列表，并使用循环分别读取每个传感器的数据。需要注意的是，这里使用了enumerate函数来获取当前循环的索引值，以便在输出时能够区分不同的传感器。

案例4：使用DHT驱动读取DHT11温湿度传感器的温湿度值

import machine  
import dht  
  
# 设置GPIO引脚为DHT11通信引脚  
pin = machine.Pin(1, machine.Pin.IN)  
dht_device = dht.DHT11(pin)  
  
# 读取温湿度值  
temperature, humidity = dht_device.read()  
print("Temperature:", temperature)  
print("Humidity:", humidity)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine和dht。
然后将GPIO引脚1设置为DHT11通信引脚，并创建一个DHT11对象。
使用dht_device.read()方法读取温湿度值，并将结果保存在temperature和humidity变量中。
最后打印出温湿度值。

案例5：使用DHT驱动读取DHT22温湿度传感器的温湿度值

import machine  
import dht  
  
# 设置GPIO引脚为DHT22通信引脚  
pin = machine.Pin(1, machine.Pin.IN)  
dht_device = dht.DHT22(pin)  
  
# 读取温湿度值  
temperature, humidity = dht_device.read()  
print("Temperature:", temperature)  
print("Humidity:", humidity)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine和dht。
然后将GPIO引脚1设置为DHT22通信引脚，并创建一个DHT22对象。
使用dht_device.read()方法读取温湿度值，并将结果保存在temperature和humidity变量中。
最后打印出温湿度值。

案例6：使用DHT驱动读取多个DHT传感器的温湿度值

import machine  
import dht  
  
# 设置GPIO引脚为DHT传感器通信引脚  
pins = [machine.Pin(i, machine.Pin.IN) for i in range(1, 4)]  
dht_devices = [dht.DHT11(pin) for pin in pins]  
  
# 读取多个DHT传感器的温湿度值  
for device in dht_devices:  
    temperature, humidity = device.read()  
    print("Temperature:", temperature)  
    print("Humidity:", humidity)

要点解读：
首先导入所需的模块，包括machine和dht。
然后创建一个包含多个GPIO引脚的列表，每个引脚连接一个DHT传感器。使用列表推导式创建多个DHT11对象，每个对象对应一个传感器。
使用for循环遍历dht_devices列表，并读取每个传感器的温湿度值。每次循环将结果打印出来。

案例7：案例一：使用DHT11传感器测量并显示温度和湿度值

import time
import machine
import dht

# 创建一个Pin对象，连接到数据线上
dat = machine.Pin(12)

# 创建一个DHT11对象
d = dht.DHT11(dat)

# 循环10次，每次测量并显示温度和湿度值
for i in range(10):
    # 调用measure方法，启动测量
    d.measure()
    # 调用temperature方法，获取温度值，单位为摄氏度
    temp = d.temperature()
    # 调用humidity方法，获取湿度值，单位为百分比
    hum = d.humidity()
    # 打印温度和湿度值
    print('Temperature:', temp, 'C')
    print('Humidity:', hum, '%')
    # 等待2秒，再次测量
    time.sleep(2)

案例8：使用DHT22传感器测量并显示温度和湿度值

import time
import machine
import dht

# 创建一个Pin对象，连接到数据线上
dat = machine.Pin(12)

# 创建一个DHT22对象
d = dht.DHT22(dat)

# 循环10次，每次测量并显示温度和湿度值
for i in range(10):
    # 调用measure方法，启动测量
    d.measure()
    # 调用temperature方法，获取温度值，单位为摄氏度
    temp = d.temperature()
    # 调用humidity方法，获取湿度值，单位为百分比
    hum = d.humidity()
    # 打印温度和湿度值
    print('Temperature:', temp, 'C')
    print('Humidity:', hum, '%')
    # 等待2秒，再次测量
    time.sleep(2)

案例9：使用DHT12传感器测量并显示温度和湿度值，并使用I2C接口

import time
import machine
import dht

# 创建一个I2C对象，连接到SDA和SCL引脚上
i2c = machine.I2C(sda=machine.Pin(20), scl=machine.Pin(21))

# 创建一个DHT12对象，传入I2C对象作为参数
d = dht.DHT12(i2c)

# 循环10次，每次测量并显示温度和湿度值
for i in range(10):
    # 调用measure方法，启动测量
    d.measure()
    # 调用temperature方法，获取温度值，单位为摄氏度
    temp = d.temperature()
    # 调用humidity方法，获取湿度值，单位为百分比
    hum = d.humidity()
    # 打印温度和湿度值
    print('Temperature:', temp, 'C')
    print('Humidity:', hum, '%')
    # 等待2秒，再次测量
    time.sleep(2)

这些程序的要点解读如下：
首先，导入需要的模块，包括time、machine、dht。
然后，创建一个Pin对象或一个I2C对象，连接到数据线或SDA和SCL引脚上。这里假设数据线连接到12号引脚，SDA连接到20号引脚，SCL连接到21号引脚。
接着，创建一个DHT11、DHT22或DHT12对象，传入Pin对象或I2C对象作为参数。这个对象封装了DHT系列传感器的特定操作，如启动测量、读取温度值、读取湿度值等。
然后，进入一个循环，每次测量并显示温度和湿度值。
在循环中，首先调用DHT对象的measure方法，启动测量。这个方法需要等待至少2秒才能完成测量，所以使用time模块的sleep方法暂停2秒。
然后，调用DHT对象的temperature方法和humidity方法，分别获取温度值和湿度值。这两个方法都会返回一个整数或浮点数，表示温度值或湿度值，单位分别为摄氏度和百分比。然后，使用print函数打印温度和湿度值。

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。确保正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。