MicroPython 與有採樣間距需求的感測器

tags: MicroPython ESP32

PaoyungJun 06, 2022

ℳ𝒾𝒸𝓇ℴ𝒫𝓎𝓉𝒽ℴ𝓃 隨手記

前言

在 MicroPython 的創作中，常常要用上多種感測或顯示元件，以標準的撰寫風格會以 while 讓任務輪詢，當遇上有採樣間距的元件則以 sleep 稍做停等，但一旦遇上多種感測元件却有著不同停等間隔時，就很容易造成干擾或卡頓。若每個被調用元件的模組都能做好時間的管理，令人困擾的問題或許就能得以改善。在此以坊間經常使用的 DHT11 溫濕度傳感器配搭 ESP32 做為例子。

Timer

MicroPython 在 ESP32 上有 4 組 Timer 可用，模式有 ONE_SHOT 和 PERIODIC，相當於 Javascript 中的 setTimeout 和 setInterval。相關文件可參閱官方說明。而在下方的範例中，要做時間管理就必須佔用一組，預設是 Timer3，也可視情況自行指定。

Quick reference for the ESP32

數據與異常

• DHT11 的官方文件說其採樣週期間隔不得低於 1 秒，網路上的教學則建議為 2 秒，以下的範例仍依官方建議，可視個人需求再行修改。
  
• 而在某些元件或應用時，數據容易產生跳動，但正常情況下溫濕度是不會在幾秒內產生明顯變化，所以通常會用上一點小技巧做去抖均化，不過 DHT11 的精度不高，比較看不出其差別，因此暫不納入考量，待日後有機會再行展示。

DHT11 datasheet

穿外套

MicroPython 的 dht 模組如前所述，採樣週期過短時會發出異常，造成程式執行的中斷，若希望能有一個可自行管理時間，不管何時呼叫它都不要阻斷和中斷的程式模組，就必須擴充模組的功能。擴充的方式有很多，正規做法是用 class 的繼承再加上 funtion 的覆寫來達成，在此不打算這麼做，而只是要幫原來的模組穿個外套

，將原來的 dht 包在裡面，利用 timer 在安全的時間才做動作，僅此而已。其用法必須和原來的 dht 一致，才能讓已套用它的程式碼做最小幅的修改，即能改善異常的問題。

程式

dht11.py

	# name: dht11.py, version: 0.1.0, author: [e-mail]
	# Copyright (c) 2022 Paoyung Chang. See the file LICENSE for copying permission.
	# License link: https://gist.github.com/paoyung/7e465ad984a6cf24024508831ec54516
	from machine import Pin, Timer
	from time import sleep, ticks_ms, ticks_diff
	import dht
	class DHT11:
	def __init__(self, pin, timer=Timer(3)):
	self.dht11 = dht.DHT11(pin)
	self.timer = timer
	self.last_ticks = 0
	self.t = 0
	self.h = 0
	def measure(self):
	now = ticks_ms()
	# 間隔要超過1秒以上才不會異常
	if ticks_diff(now, self.last_ticks) > 1200:
	self.last_ticks = now
	try:
	self.dht11.measure()
	except:
	return
	else:
	self.timer.init(period=1100, mode=Timer.ONE_SHOT, callback=self.read_data)
	else:
	# 間隔太短，略過
	pass
	def read_data(self, t):
	self.t = self.dht11.temperature()
	self.h = self.dht11.humidity()
	def temperature(self):
	return self.t
	def humidity(self):
	return self.h

view raw dht11.py hosted with ❤ by GitHub

將上述的程式存為 dht11.py 並上傳至 ESP32。用法就和原來的相同，僅做小幅的改變即可。

範例1

from machine import Pin
from dht11 import DHT11
from time import sleep

def demo():
    # 未指定 Timer，預設使用 Timer3
    d11 = DHT11(Pin(13))
    led = Pin(2, Pin.OUT)
    while 1:
        led.value(not led.value())
        d11.measure()
        print('T:', d11.temperature())
        print('H:', d11.humidity())
        print('---------')
        sleep(0.5)

範例2

from machine import Pin, Timer
from dht11 import DHT11
from time import sleep

def demo_interval():
    # 指定使用 Timer0
    tim0 = Timer(0)
    d11 = DHT11(Pin(13), tim0)
    led = Pin(2, Pin.OUT)
    def callback(t):
        d11.measure()
        print('T:', d11.temperature())
        print('H:', d11.humidity())
        print('---------')
    tim2 = Timer(2)
    tim2.init(period=1200, mode=Timer.PERIODIC, callback=callback)
    while 1:
        led.value(not led.value())
        sleep(0.5)

使用建議

範例 1 因在 measure 後執行了 sleep，而 measure 執行會佔用一小段時間，因此會增加實際 sleep 的時間，相對於較為要求精確的 case 會建議使用範例 2 的做法。

關於作者  

我是 𝙋𝙖𝙤𝙮𝙪𝙣𝙜，是 MicroPython 及 Espruino 的愛好者，一直認為：

「Maker 應該把重心放在應用上，而不該被語言工具限制了創意」

所以想藉由較為簡捷且詳細的解說讓更多人可以學習進而自由發揮，而非淪為只能將程式碼複製貼上的複製人，如果你認同這樣的理念，請一起為此目標努力，如果我的文章內容對你有幫助，請轉發或協助需要的人。若你願意請我喝杯咖啡 ☕ ，我會因此受到鼓勵且喜悅，謝謝！

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