溫濕度傳感器簡(jiǎn)介,數(shù)字溫濕度傳感器DHT11介紹

1.溫濕度傳感器簡(jiǎn)介

1.1溫度、濕度的相關(guān)概念

由于溫度與濕度不管是從由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。

溫度：度量物體冷熱的物理量，是國(guó)際單位制中7個(gè)基本物理量之一。在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，許多物理現(xiàn)象和化學(xué)過(guò)程都是在一定的溫度下進(jìn)行的，人們的生活也和他密切相關(guān)。

濕度：濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。

日常生活中最常用的表示濕度的物理量是空氣的相對(duì)濕度。用%RH表示。在物理量的導(dǎo)出上相對(duì)濕度與溫度有著密切的關(guān)系。一定體積的密閉氣體，其溫度越高相對(duì)濕度越低，溫度越低，其相對(duì)濕度越高。其中涉及到復(fù)雜的熱力工程學(xué)知識(shí)。

有關(guān)濕度的一些定義：

絕對(duì)濕度：指單位容積的空氣里實(shí)際所含的水汽量，一般以克為單位。溫度對(duì)絕對(duì)濕度有著直接影響，一般情況下，溫度越高，水蒸氣發(fā)得越多，絕對(duì)濕度就越大；相反，絕對(duì)濕度就小。

飽和濕度：在一定溫度下，單位容積，空氣中所能容納的水汽量的最大限度。如果超過(guò)這個(gè)限度，多余的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)，變成水滴，此時(shí)的空氣濕度變稱為飽和濕度?？諝獾娘柡蜐穸炔皇枪潭ú蛔兊?，它隨著溫度的變化而變化。溫度越高，單位容積空氣中能容納的水蒸氣就越多，飽和濕度就越大。

露點(diǎn)：指含有一定量水蒸氣（絕對(duì)濕度）的空氣，當(dāng)溫度下降到一定程度時(shí)所含的水蒸氣就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)

（飽和濕度）并開(kāi)始液化成水，這種現(xiàn)象叫做凝露。水蒸氣開(kāi)始液化成水時(shí)的溫度叫做“露點(diǎn)溫度”簡(jiǎn)稱“露點(diǎn)”。如果溫度繼續(xù)下降到露點(diǎn)以下，空氣中超飽和的水蒸氣就會(huì)在物體表面上凝結(jié)成水滴。此外，風(fēng)與空氣中的溫濕度有密切關(guān)系，也是影響空氣溫濕度變化的重要因素之一。

1.2溫度、濕度的測(cè)量方法

濕度測(cè)量技術(shù)來(lái)由已久。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近代測(cè)量技術(shù)也有了飛速的發(fā)展。濕度測(cè)量從原理上劃分二、三十種之多。對(duì)濕度的表示方法有絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、濕氣與干氣的比值（重量或體積）等等。但濕度測(cè)量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中最著名的難題之一。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的量值，深究起來(lái)，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理—化學(xué)理論分析和計(jì)算，初涉者可能會(huì)忽略在濕度測(cè)量中必需注意的許多因素，因而影響的合理使用。常見(jiàn)的濕度測(cè)量方法有：動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點(diǎn)法、干濕球法和形形色色的電子式傳感器法。這里雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于絕對(duì)濕氣和絕對(duì)干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可達(dá)±2%RH -±1.5%RH。靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測(cè)量中最常見(jiàn)的方法，簡(jiǎn)單易行。但飽和鹽法對(duì)液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對(duì)環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來(lái)要求等很長(zhǎng)時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長(zhǎng)。特別在室內(nèi)濕度和瓶?jī)?nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開(kāi)啟都需要平衡6~8小時(shí)。露點(diǎn)法是測(cè)量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2℃甚至更高。但用現(xiàn)代光—電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。

干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測(cè)濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡(jiǎn)化了，所以其準(zhǔn)確度只有5~7%RH,明顯低于電子濕度傳感器。顯然干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測(cè)量精度就等于提高了濕度計(jì)的測(cè)量精度。這里強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一，由于濕度是溫度的函數(shù)，溫度的變化決定性地影響著濕度的測(cè)量結(jié)果。無(wú)論那種方法，精確地測(cè)量和控制溫度是第一位的。須知即使是一個(gè)隔熱良好的恒溫恒濕箱，其工作室內(nèi)的溫度也存在一定的梯度。所以此空間內(nèi)的濕度也難以完全均勻一致。第二，由于原理和方法差異較大，各種測(cè)量方法之間難以直接校準(zhǔn)和認(rèn)定，大多只能用間接辦法比對(duì)。所以在兩種測(cè)濕方法之間相互校對(duì)全濕程（相對(duì)濕度0~100%RH）的測(cè)量結(jié)果，或者要在所有溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果，是十分困難的事。例如通風(fēng)干濕球濕度計(jì)要求有規(guī)定風(fēng)速的流動(dòng)空氣，而飽和鹽法則要求嚴(yán)格密封，兩者無(wú)法比對(duì)。最好的辦法還是按國(guó)家對(duì)濕度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)（標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的傳遞方式和檢定規(guī)程去逐級(jí)認(rèn)定。

2數(shù)字溫濕度傳感器DHT11

2.1DHT11簡(jiǎn)介

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)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

圖4.5.2 DHT11產(chǎn)品實(shí)物圖

2.2DHT11的應(yīng)用領(lǐng)域

DHT11廣泛應(yīng)用在一下幾個(gè)方面：暖通、空調(diào)、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、汽車數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品自動(dòng)控制、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器

2.3DHT11的產(chǎn)品特點(diǎn)

2.4DHT11的外形尺寸

圖4.5.3DHT11的外形尺寸圖

2.5產(chǎn)品參數(shù)2.5.1產(chǎn)品電路圖

圖4.5.4 DHT11引腳圖

2.5.2DHT11引腳說(shuō)明

表4.5.1 DHT11 引腳說(shuō)明

2.5電氣特性VDD=5V，T = 25℃，除非特殊標(biāo)注

表4.5.3 DHT11電氣特性

注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。2.6典型電路

2.6.1典型應(yīng)用1建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。示意圖見(jiàn)圖4.5.5

圖4.5.5 DHT11典型應(yīng)用1

2.6.2典型應(yīng)用2微處理器與 DHT11 的連接典型應(yīng)用電路如圖4.5.7所示，DATA 上拉后與微處理器的 I/O 端口相連。

1.典型應(yīng)用電路中建議連接線長(zhǎng)度短于 20 米時(shí)用 5.1K 上拉電阻，大于 20 米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況降低上拉電阻的阻值。(2) 使用 3.5V 電壓供電時(shí)連接線長(zhǎng)度不得大于 20cm。否則線路壓降會(huì)導(dǎo)致傳感器供電不足，造成測(cè)量偏差。(3) 每次讀出的溫濕度數(shù)值是上一次測(cè)量的結(jié)果，欲獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),需連續(xù)讀取兩次，但不建議連續(xù)多次 讀取傳感器，每次讀取傳感器間隔大于 5 秒即可獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖4.5.6 DHT11典型應(yīng)用2

2.7串行通信說(shuō)明（單線雙向）2.7.1單總線說(shuō)明DHT11 器件采用簡(jiǎn)化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線 完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏枀開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠 釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線；單總線通常要求外接一個(gè)約 5.1kΩ 的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)， 其狀態(tài)為高電平。由于它們是主從結(jié)極，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問(wèn)器件都必須 嚴(yán)格遵循單總線序列，如果出現(xiàn)序列混亂，器件將不響應(yīng)主機(jī)。

2.7.2單總線傳送及數(shù)據(jù)位定義

DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40 位數(shù)據(jù)，高位先出。

數(shù)據(jù)格式:8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 校驗(yàn)位。

2.7.3校驗(yàn)位數(shù)據(jù)定義

2.8數(shù)據(jù)時(shí)序圖

圖4.5.7 數(shù)據(jù)時(shí)序圖

總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可, 總線由上拉電阻拉高。

總線為低電平,說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始,高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見(jiàn)下面圖示.如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平,則DHT11沒(méi)有響應(yīng),請(qǐng)檢查線路是否連接正常.當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。

圖4.5.8 主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)及從機(jī)響應(yīng)信號(hào)

數(shù)字0信號(hào)表示方法如圖3所示

圖4.5.9 數(shù)字0信號(hào)表示方法

數(shù)字1信號(hào)表示方法.如圖4.5.10所示

圖4.5.10 數(shù)字0信號(hào)表示方法

2.9應(yīng)用信息

2.9.1工作與貯存條件超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。返回正常工作條后，傳感器會(huì)緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。在非正常工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過(guò)程。

2.9.2暴露在化學(xué)物質(zhì)中電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會(huì)受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測(cè)量值漂移和靈敏度下降。在一個(gè)純凈的環(huán)境中，污染物質(zhì)會(huì)緩慢地釋放出去。下文所述的恢復(fù)處理將加速實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。高濃度的化學(xué)污染會(huì)導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞。

2.9.3恢復(fù)處理置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過(guò)如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)。在50-60℃和< 10%RH的濕度條件下保持2小時(shí)（烘干）；隨后在20-30℃和>70%RH的濕度條件下保持 5小時(shí)以上。

2.9.4溫度影響氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測(cè)量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板的其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。

2.9.5光線

長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽(yáng)光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中，會(huì)使性能降低。2.9.6配線注意事項(xiàng)

DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。

3．DHT11獲取溫濕度的流程

溫濕度采集程序的流程圖如圖4.5.12所示。

圖4.5.12 溫度采集及處理過(guò)程 (流程圖由MD語(yǔ)法畫(huà)出)

溫度獲取的子程序的流程如圖4.5.13所示。

圖4.5.12 溫度采集子函數(shù) (流程圖由MD語(yǔ)法畫(huà)出)

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.實(shí)驗(yàn)器材連線

本實(shí)驗(yàn)所使用的振動(dòng)傳感器實(shí)物圖如圖4.5.14所示

圖4.5.14 DHT11模塊實(shí)物圖

將溫濕度傳感模塊安裝到開(kāi)發(fā)板上，然后用JLINK仿真器的一端用USB接口與電腦相連，一端的20Pin的JTAG引腳與NXP LPC2378節(jié)點(diǎn)板的J2相連，并給NXP LPC2378節(jié)點(diǎn)板上電，如圖4.5.15所示。

圖4.5.15 實(shí)驗(yàn)電路連接圖

2.溫濕度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)通過(guò)DHT11模塊測(cè)量實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)的溫濕度，并通過(guò)LCD顯示在屏幕上，模擬萬(wàn)年歷上的溫度和濕度功能。具體的代碼這里就不貼出來(lái)了。