單總線傳感器DHT11在溫溫度測(cè)控中的應(yīng)用

　　隨著科技的不斷發(fā)展，汽車、空調(diào)、除濕器、烘干機(jī)等種類繁多的電器都已進(jìn)入人們的日常生活，而這些電器設(shè)備很多都離不開對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，它使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)。
　　
　　1、單總線通信簡(jiǎn)介
　　
　　目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)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(jìn)行通信（1條時(shí)鐘線，1條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信（1條時(shí)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(jìn)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(hào)線。近年來，美國(guó)的達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（DallasSemiconductor）推出了一項(xiàng)*的單總線（1-wireBus）技術(shù)。該技術(shù)與上述總線不同。它采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)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(jiǎn)單、硬件開銷少、成本低、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過1條信號(hào)線。當(dāng)只有1個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作;當(dāng)有多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。
　　
　　2、DHT11的主要特點(diǎn)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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)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(gè)電阻式感濕元件和1個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與1個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。單線制串行接口，使系統(tǒng)連接可以更簡(jiǎn)潔。功耗極低，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20m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*力強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其基本指標(biāo)如下：
　　
　　◆溫濕度復(fù)合傳感器;
　　
　　◆全量程標(biāo)定校準(zhǔn)，單線數(shù)字輸出;
　　
　　◆濕度測(cè)量范圍為20%～90%RH;
　　
　　◆溫度測(cè)量范圍為0～+50℃;
　　
　　◆濕度測(cè)量精度為±5.0%RH;
　　
　　◆溫度測(cè)量精度為±1.0℃;
　　
　　◆響應(yīng)時(shí)間<5s;
　　
　　◆低功耗;
　　
　　◆超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離;
　　
　　◆出色的長(zhǎng)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(shí)約為4ms。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(yàn)和數(shù)據(jù)
　　
　　數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。
　　
　　數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)，校驗(yàn)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(jiǎn)單，典型應(yīng)用電路如圖1所示。　　
　　數(shù)據(jù)線長(zhǎng)度短于20m時(shí)可以使用5kΩ上拉電阻，大于20m時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。
　　
　　MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40位的測(cè)量數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。
　　
　　4、時(shí)序說明
　　
　　通信過程非常簡(jiǎn)單，如圖2所示（圖2～圖5中實(shí)線為主機(jī)信號(hào)，虛線為DHT信號(hào)）。首先主機(jī)（微處理器）在數(shù)據(jù)線上發(fā)出開始信號(hào)，DHT11在檢測(cè)到此信號(hào)后回復(fù)響應(yīng)信號(hào)，并拉高數(shù)據(jù)線電平，開始向主機(jī)發(fā)送測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，釋放總線。　　
　　詳細(xì)時(shí)序如圖3所示。總線空閑狀態(tài)為高電平。需要讀取DHT11的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)先把總線拉低18ms以上的低電平，這就是主機(jī)發(fā)出的開始信號(hào)。當(dāng)DHT11檢測(cè)到總線上的開始信號(hào)時(shí)，在主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后發(fā)送80μs低電平的響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送完開始信號(hào)，延時(shí)等待20～40μs后，從總線讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，說明DHT11沒有響應(yīng)，請(qǐng)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(hào)。　　
　　DHT11發(fā)送完響應(yīng)信號(hào)后，將總線拉高80μs，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。每一位數(shù)據(jù)都以50μs低電平時(shí)隙開始，以高電平的時(shí)長(zhǎng)來區(qū)分?jǐn)?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(dāng)zui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(jìn)入空閑狀態(tài)。　　
　　數(shù)字0信號(hào)表示方法如圖4所示，數(shù)字1信號(hào)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(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)DHT11的控制，按照DHT11的時(shí)序在數(shù)據(jù)線上發(fā)送起始信號(hào)，再從數(shù)據(jù)線讀取DHT11的測(cè)量數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算機(jī)。也可以將測(cè)量數(shù)據(jù)存入單片機(jī)內(nèi)的Flash中，以備查閱。如果測(cè)量數(shù)據(jù)顯示當(dāng)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(jī)SFC89C52RC將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。將該報(bào)警信號(hào)一路接人報(bào)警裝置中觸發(fā)報(bào)警，另一路控制繼電器打開抽濕機(jī)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(shí)現(xiàn)了DHT11對(duì)倉庫溫濕度的控制，完善了對(duì)倉庫的管理。
　　
　　6、結(jié)語
　　
　　淘寶網(wǎng)上DHT11單片價(jià)格僅7.8元。作者對(duì)DHT11與DS18820及一些水銀溫濕度測(cè)量器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了DHT11測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。低廉的價(jià)格、小巧的體積、準(zhǔn)確穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單的單總線控制方式、簡(jiǎn)潔的電路連接，這些將使DHT11擁有良好的應(yīng)用前景。