隨著科技的不斷發(fā)展，汽車、空調(diào)、除濕器、烘干機等種類繁多的電器都已進入人們的日常生活，而這些電器設(shè)備很多都離不開對溫度、濕度等環(huán)境因素的要求。因此，溫度、濕度傳感器用途越來越廣泛。新一代的數(shù)字傳感器不再需要外置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，并具有標準接口，使用方便，得到了越來越多的應(yīng)用。DHT11作為一種新型的單總線溫濕度數(shù)字傳感器，具有更多的優(yōu)點，它使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單，控制方便，易于實現(xiàn)。
1 單總線通信簡介
目前常用的微機與外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C總線、SPI總線和SCI總線。其中I2C總線以同步串行兩線方式進行通信(1條時鐘線，1條數(shù)據(jù)線)，SPI總線則以同步串行三線方式進行通信(1條時鐘線，1條數(shù)據(jù)輸入線，1條數(shù)據(jù)輸出線)，而SCI總線是以異步方式進行通信的(1條數(shù)據(jù)輸入線，1條數(shù)據(jù)輸出線)。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線。近年來，美國的達拉斯半導體公司(Dallas Semiconductor)推出了一項特有的單總線(1-wire Bus)技術(shù)。該技術(shù)與上述總線不同。它采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單、硬件開銷少、成本低、便于總線擴展和維護等優(yōu)點。
單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。主機可以是微控制器，從機是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過1條信號線。當只有1個從機設(shè)備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作;當有多個從機設(shè)備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。
2 DHT11的主要特點及引腳說明
廣州奧松電子有限公司新近推出的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有很高的可靠性與穩(wěn)定性。DHT11傳感器包括1個電阻式感濕元件和1個NTC測溫元件，并與1個高性能8位單片機相連接。單線制串行接口，使系統(tǒng)連接可以更簡潔。功耗極低，信號傳輸距離可達20 m以上。作為一種新型的單總線數(shù)字溫濕度傳感器，DHT11具有體積小、功耗低、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、控制簡單、性價比高等優(yōu)點，能夠廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。其基本指標如下：
◆溫濕度復合傳感器;
◆全量程標定校準，單線數(shù)字輸出;
◆濕度測量范圍為20%～90%RH;
◆溫度測量范圍為0～+50℃;
◆濕度測量精度為±5.0%RH;
◆溫度測量精度為±1.0℃;
◆響應(yīng)時間<5 s;
◆低功耗;
◆超長的信號傳輸距離;
◆出色的長期穩(wěn)定性;
◆超小體積。
DHT11采用4針單排引腳封裝，電路連接方便，引腳說明如表1所列。
DATA是用于微處理器與DHT11之間的通信和同步的串行雙向接口，采用單總線數(shù)據(jù)格式。每次通信都是以高位先出的順序傳輸40位數(shù)據(jù)，用時約為4 ms。數(shù)據(jù)格式為：
8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位校驗和數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當前小數(shù)部分用于以后擴展，現(xiàn)讀出為零。
數(shù)據(jù)傳送正確時，校驗和數(shù)據(jù)等于“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。
3 典型應(yīng)用電路
DHT11與微處理器的電路連接非常簡單，典型應(yīng)用電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)線長度短于20 m時可以使用5 kΩ上拉電阻，大于20 m時可根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。
MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送出40位的測量數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。
4 時序說明
通信過程非常簡單，如圖2所示(圖2～圖5中實線為主機信號，虛線為DHT信號)。首先主機(微處理器)在數(shù)據(jù)線上發(fā)出開始信號，DHT11在檢測到此信號后回復響應(yīng)信號，并拉高數(shù)據(jù)線電平，開始向主機發(fā)送測量得到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，釋放總線。
詳細時序如圖3所示?？偩€空閑狀態(tài)為高電平。需要讀取DHT11的測量數(shù)據(jù)時，主機先把總線拉低18 ms以上的低電平，這就是主機發(fā)出的開始信號。當DHT11檢測到總線上的開始信號時，在主機開始信號結(jié)束后發(fā)送80μs低電平的響應(yīng)信號。主機發(fā)送完開始信號，延時等待20～40μs后，從總線讀取DHT11的響應(yīng)信號。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，說明DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。如果總線為低電平，說明DHT11正常發(fā)送了響應(yīng)信號。
DHT11發(fā)送完響應(yīng)信號后，將總線拉高80μs，準備發(fā)送數(shù)據(jù)。每一位數(shù)據(jù)都以50μs低電平時隙開始，以高電平的時長來區(qū)分數(shù)據(jù)位是0或1，26～28μs的高電平表示0，70μs的高電平表示1(具體格式見圖4和圖5)。當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50μs，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。
數(shù)字0信號表示方法如圖4所示，數(shù)字1信號表示方法如圖5所示。
溫濕度讀取子程序如下：
5 基于DHT11的倉庫溫濕度測控系統(tǒng)應(yīng)用實例
DHT11已被成功地應(yīng)用到了倉庫管理控制系統(tǒng)中。如圖6所示，采用STC89C52RC處理器實現(xiàn)對DHT11的控制，按照DHT11的時序在數(shù)據(jù)線上發(fā)送起始信號，再從數(shù)據(jù)線讀取DHT11的測量數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)進行分析處理，一路送至數(shù)碼管顯示，另一路通過RS232口送至計算機。也可以將測量數(shù)據(jù)存入單片機內(nèi)的Flash中，以備查閱。如果測量數(shù)據(jù)顯示當前庫內(nèi)的溫濕度超出了倉庫設(shè)定溫濕度范圍，則單片機SFC89C52RC將產(chǎn)生報警信號。將該報警信號一路接人報警裝置中觸發(fā)報警，另一路控制繼電器打開抽濕機和空調(diào)的電源來調(diào)節(jié)庫內(nèi)溫度和濕度。這樣便有效地實現(xiàn)了DHT11對倉庫溫濕度的控制，完善了對倉庫的管理。
結(jié) 語
淘寶網(wǎng)上DHT11單片價格僅7.8元。作者對DHT11與DS18820及一些水銀溫濕度測量器的測量數(shù)據(jù)進行了比較，驗證了DHT11測量數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性。低廉的價格、小巧的體積、準確穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)、簡單的單總線控制方式、簡潔的電路連接，這些將使DHT11擁有良好的應(yīng)用前景。
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