-
实验五
温湿数据采集实验
一、实验目的
1
．了解智能传感器
DHT11
的原理与应用
2
．掌握智能传感器
DHT
11
的编程与操作方法
3
．理解微处理器与湿度传感器
DHT11
之间的通讯
二、实验材料
1
．具有
USB
串口通讯的
PC
机
1
台
2
．
ADS1.2
集成开发软件
1
套
3
．
J-Link-ARM
仿真器及软件
1
套
4
．
NXP LPC2378
实验节点板
1
个
5
．
LCD
显示实验板
1
个
6
．温湿
度传感器模块
1
个
三、实验原理
振动传感器实验环境由
PC
机（安装有
Windows
XP
操作系统、
ADS1.2
集成开发环境
和
J-Link-ARM-V410i
仿真器）
、
J-Link-
ARM
仿真器、
NXP LPC2378
实验节点板、温湿度传
感器、实验模块和
LCD
显示实验模块组成，如图
4.5.1
所示。
显示
传感
通讯
模块
模块
模块
接口
接口
接口
J-Link-ARM
仿真器
USB
连接线
A
型接口
B
型接口
PC
机
实验节点板
20
针
JTAG
连接线
图
4.5.1
传感器实验环境
1
．温湿度传感器简介
（
1
）温度、湿度的相关概念
由于温度与湿度不管是从由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活
中都有着密切的关系，
所以温湿度一体的传感器就会相应产生。
温湿度传感器是指能将温度
量和湿度量转换成容易被测量处理的
电信号的设备或装置。
市场上的温湿度传感器一般是测
量温度量
和相对湿度量。
温度：度量物体冷热的物理量，是国际单位制
中
7
个基本物理量之一。在生产和科学研
究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们的生活也和他密切相关。
湿度：湿度很久以前就与生活存在着密切的关系
,
但用数量来进行表示较为困难。日常
生活中最常用的表示湿度的物理量
是空气的相对湿度。用
%RH
表示。在物理量的导出上相
对湿度与温度有着密切的关系。
一定体积的密闭气体，
其温度越高相对湿度越低，
温度越低，
其相对湿度越高
。其中涉及到复杂的热力工程学知识。
有关湿度的一些定义：
相对湿度：<
/p>
在计量法中规定，湿度定义为
“
物象状态
的量
”
。
日常生活中所指的湿度为相<
/p>
对湿度，用
RH%
表示。总之，即气体中
（通常为空气中）所含水蒸气量（水蒸气压）与其
空气相同情况下饱和水蒸气量（饱和水
蒸汽压）的百分比。
绝对湿度：
指单
位容积的空气里实际所含的水汽量，
一般以克为单位。
温度对绝
对湿度
有着直接影响，一般情况下，温度越高，水蒸气发得越多，绝对湿度就越大；相反
，绝对湿
度就小。
饱和湿度：
在一定温度下，单位容积，空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过
这个限度，
多余的水蒸气就会凝结，
变成水滴，此时的空气
湿度变称为饱和湿度。
空气的饱
和湿度不是固定不变的，
它随着温度的变化而变化。
温度越高，
单位容
积空气中能容纳的水
蒸气就越多，饱和湿度就越大。
露点：
指含有一定量水蒸气（绝对湿度）
的空气
，当温度下降到一定程度时所含的水蒸
气就会达到饱和状态
（饱
和湿度）并开始液化成水，这种现象叫做凝露。水蒸气开始液化成
水时的温度叫做
“
露点温度
”
简称<
/p>
“
露点
”
。如果
温度继续下降到露点以下，
空气中超饱和的水
蒸气就会在物体表
面上凝结成水滴。
此外，
风与空气中的温湿度有密切关系，
也是影响空气
温湿度变化的重要因素之一。
（
2
）温度、湿度的测量方法
①湿度测量传感器常见的几个测量方法
湿度测量技术来由已久。
随着电子技术的发展，
近代测量技术也有了飞速的发展。
湿度
测量从原理上划分二
、三十种之多。对湿度的表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气
与干气的比值（重
量或体积）等等。但湿度测量始终是世界计量领域中最著名的难题之一。
一个看似简单的
量值，
深究起来，
涉及相当复杂的物理
—
化学理论分析和计算，
初涉者可能
会
忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而影响
[2]
的合理
使用。
常见的湿度测量方法有：动态法（双压法、双温法、分
流法）
，静态法（饱和盐法、硫
酸法）
，露点法、干湿球法和形形色色的电子式传感器法。
这里双压
法、双温法是基于热力学
P
、
V
、
T
平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于
绝
对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精
密，
却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达
±
2%RH
-±
1.5%RH
。
静态法中的饱和盐法
，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、
气两
相的平衡要求很严，
对环境温度的稳定要求较高。
用起来要求
等很长时间去平衡，
低湿点要
求更长。特别在室内湿度和瓶内湿
度差值较大时，每次开启都需要平衡
6~8
小时。
露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，
是热力学
的直接结果，
准确度高，
测量范围宽。
计量用的精密露点仪准确度可达
±
0.2
℃甚至更高。
但用现代光
—
电原理的
冷镜式露点仪价格
昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。
干湿球法，
这是
18
世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间
接方法，
它用干湿球方程换算出湿度值，
而此方程是有条件的：
< br>即在湿球附近的风速必需达
到
2.5m/s
以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有
5~7%R
H,
明显低
于电子湿度传感器。
显然干
湿球也不属于静态法，
不要简单地认为只要提高两支温度计的测
量精度就等于提高了湿度计的测量精度。
需要强调两点：
第一，
由于湿度是温度的函数，
温度的变化决定性地影响着湿度的测量结果。
无论那种
方法，
精确地测量和控制温度是第一
位的。
须知即使是一个隔热良好的恒温恒湿箱，
其工作
室内的温度也存在一定的梯度。所以此空间内的湿度也难以完全均匀一致。
第二，
由于原理和方法差异较大，
各种测量方法之间难以直接校准和认定，
大多只能用
间接办法比
对。所以在两种测湿方法之间相互校对全湿程（相对湿度
0~100%RH
）的测量结
果，
或者要在所有温度范围内校准各点的
测量结果，
是十分困难的事。
例如通风干湿球湿度
计要求有规定风速的流动空气，
而饱和盐法则要求严格密封，
两者无法比对。
最好的办法还
是按国家对湿度计量器具
检定系统（标准）规定的传递方式和检定规程去逐级认定。
2
．数字温湿度传感器
DHT11 <
/p>
（
1
）
DHT1
1
简介
DHT11
< br>数字温湿度传感器是广州奥松电子有限公司生产的一款含有已校准数字信号输
出的
温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，
确保产品具有
极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元
件和一个
NTC
测温元件，
并与一个高
性能
8
位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、
抗干扰能力强、
性价比极高等优点。每个
DHT11
传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数
以程序的形式储存
在
OTP
内存（一次性可编程只读存储器，
One Time Programmable Read
Only
Memory, OTPROM,
简称
OTP
< br>）中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校
准系数。单线制串行接口
，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输
距离可达
20
米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为
4
针
单排
引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
图
4.5.2
DHT11
产品实物图
（
2
）
DHT11
的应用领
域
DHT11
广泛应用在一下几个方
面：暖通、空调、测试及检测设备、汽车数据记录器、消
费品自动控制、气象站、家电、
湿度调节器、医疗、除湿器
（
3
）
DHT11
的产品特点
< br>
?
?
?
?
?
?
?
?
相对湿度和温度测量
全部校准，数字输出
卓越的长期稳定性
无需额外部件
超长的信号传输距离
超低能耗
4
引脚安装
完全互换
（
4
）
DHT11
的外形尺寸
图
4.5.3
DHT11
的外形尺寸图
（
5
）产品参数
R12
5K
DATA
NC
VDD
GND
2
3
1
4
VCC
DHT11
图
4.5.4
DHT11
引脚图
表
4.5.1 DHT11
引脚说明
Pin
1
2
3
4
参数
湿度
分辨率
重复性
精度
25
℃
1
1
8
±
1
±
4
1
名称
VDD
DATA
NC
GND
条件
注释
供电
3
－
5.5VDC
串行数据，单总线
空脚，请悬空
接地，电源负极
表
4.5.2
DHT11
特性表
Min
Typ
Max
单位
%RH
Bit
%RH
%RH
0
－
50
℃
互换性
量程范围
0
℃
25
℃
50
℃
响应时间
1/e(63%)25
℃，
1m/s
空气
典型值
1/e(63%)
参数
供电
供电电流
采样周期
30
20
20
6
可完全互换
10
±
5
90
90
80
15
%RH
%RH
%RH
%RH
S
迟滞
长期稳定性
温度
分辨率
重复性
精度
量程范围
响应时间
1
8
±
1
0
6
条件
DC
测量
平均
待机
秒
min
3
0.5
0.2
100
1
±
1
±
1
1
8
±
1
type
max
5
5.5
2.5
1
150
1
8
±
2
50
30
单位
V
mA
mA
uA
次
%RH
%RH/yr
℃
Bit
℃
℃
℃
S
表
4.5.3
DHT11
电气特性
注
:
VDD=5V
，
T = 25
，除非特
殊标注。采样周期间隔不得低于
1
秒钟。
（
6
）典型电路
< br>
?
典型应用
1
建议连接线长度短于
20
米时用
5K
Ω
上拉电阻，大于
20
米时根据实际情况
使用合适的上
拉电阻。示意图见图
4.5.6
< br>。
VDD
VCC
5K
1Pin
2Pin
MC
U
DATA
DHT11
4Pin
GND
图
4.5.6
DHT11
典型应用
1
?
典型应用
2
微处理器与
DHT11
的连接典型应用电路如图
4.5.7
所示，
DATA
上拉后与微处理器的
I/O
端口相连。典型应用电路中建议连接线长度短于
20
米时用
5.1K
Ω
上拉电阻，大于
20m
时
根据实际情况降低上拉电阻的阻值。使用
3.5V
电压供电时连接线长度不得大于
20cm
。否
则线路压降会导致传感器供电不足，
造成测量偏差。
每次读出的温湿度数值是上一次测量的
< br>结果，欲获取实时数据
,
需连续读取两次，但不建议连续
多次读取传感器，每次读取传感器
间隔大于
5
< br>秒即可获得准确的数据。
图
4.5.7
DHT11
典型应用
2
（
7
）串行通信说明（单线双向）
?
单总线说明
DHT11
器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、
控制均由单总线
完成。设备（主机或从机）通过一个漏枀开
路或三态端口连至该数据线，
以允许设备在不发送数据时能够
释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接
一个约
5.1kΩ
的上拉电阻，
这样，
当总线闲置时，
其状态为高电平。
由于它们是主从结极，
只有主机呼叫从机时
，从机才能应答，因此主机访问器件都必须
严格遵循单总线序
列，如
果出现序列混乱，器件将不响应主机。
?
单总线传送及数据位定义
DATA
用于微处理器与
DHT11
之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次传送
40
位数据，高位先出。
数据格式：
8bit
湿度整数数据
+ 8bit
湿度小数数据
+8bit
温度整数数据
+ 8bit
温度小
数数据
+8bit
校验位。
?
校验位数据定义
8bit
湿度整数数据
+ 8bit
湿度小数数据
+8bit
温度整数数据
+ 8bit
温度小数数据
8bit
校验位等于所得结果的
末
8
位。
示
例一：接收到的
40
位数据为：
0011 0101
0000
0000
0001 1000
0000 0000
0100 1101
湿度高
8
位
湿度低
8
位
温度高
8
位
温度低
8
位
校验位
计算：
0011 0101+0000
0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101
接收数据正确：
湿度：
0011 0101=35H=53%RH
温度：
0001
1000=18H=24
℃
示例二：接收到的
40
位数据为：
0011 0101
0000
0000
0001 1000
0000 0000
0100 1001
湿度高
8
位
湿度低
8
位
温度高
8
位
温度低
8
位
校验位
计算：
0011 0101+0000
0000+0001 1000+0000 0000
＝
0100 1101
01001101
不等于
0100 1001
本次接收的数据不正确，放弃，重新接收数据。
（
8
）数据
时序图
VCC
GND
单总线
主机发送
开始信号
DH
T
响应输出
数据‘
0
< br>’
拉高并延
时等待
拉高延时
准备输出
信号说明：
主机信号
DHT
信号
图
4.5.8
数据时序图
总线空闲状态为高电平，
主机把总线拉低等待
DHT11
响应，
主机把总线拉低必须大于
18
毫秒，<
/p>
保证
DHT11
能检测到起始信号。
DHT11
接收到主机的开始信号后，
等待
主机开始信号
结束
,
然后发送
80us
低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延时等待
20-40us
后，读取
DHT11
的响应信号，主机发送开始信号后
,
可以切换到输
入模式，或者输出高电平均可，总
线由上拉电阻拉高。
总线为低电平，
说明
DHT11
发送响应信号，
DHT11
发送响应信号后，
再把总线拉高
80us
，
准备发送数据，每一
bit
数据都以
50us
低电平时隙开始，高电平的长短定了数据位是
0
还是
1
。
如果读取
响应信号为高电平，则
DHT11
没有响应，请检查线路是否连
接正常。当最后一
bit
数据传送完毕后，
DHT11
拉低总线
50us
，随
后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
VCC
主机拉高
20-40us
DHT
拉高
80us
开始传送数据
GND<
/p>
单总线
主机至少拉低
18ms
DHT
响应信号
80us
信号说明：
主机信号
DHT
信号
图
4.5.9
主机发送起始信号及从机响应信号
数
字
0
信号表示方法如图
4.5.10<
/p>
所示。
VCC
GND
26us-28us
表示’
0<
/p>
’
下一
bit
开
始
单总线
1bit
开始
50us
信号说明：
主机信号
DHT
响应信号
80us
DHT
信号
图
4.5.10
数字
0
信号表示方法
数字
1
信号表示方法如图
4.5.11
所示。
VCC
GND<
/p>
单总线
1bit
开始
50us
信号说明：
主机信号
70
us
表示‘
1
’
下一
bit
开始
DHT
响应信号
80us
DHT
信
号
图
4.5.11
数字
0
信号表示方法
（
9
）应用信息
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：投标文件编制统一格式及要求
下一篇：WIN8各版本密钥(永久激活)