温湿度传感器简介,数字温湿度传感器DHT11介绍

1.温湿度传感器介绍

1.1温度和湿度的相关概念

因为温度和湿度彼此密切相关，无论是由于温度和湿度、物理量本身或实际人的寿命，集成温度和湿度的传感器也就相应产生了。温湿度传感器是指能将温度和湿度转换成易于测量和处理的电信号的设备或装置。市面上的温湿度传感器一般测量温度和相对湿度。

温度：测量物体冷热的物理量。它是国际单位制中七个基本物理量之一。在生产和科研中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们他的生活与他息息相关。

湿度：湿度与生活的关系由来已久，但很难用数量来表达。

日常生活中最常用的湿度物理量是空气的相对湿度。表示为%RH。在物理量的推导中，相对湿度和温度有着密切的关系。一定体积的封闭气体，其温度越高，相对湿度越低，温度越低，相对湿度越高。它涉及到热能工程的复杂知识。

湿度的一些定义：

绝对湿度：指每单位体积空气中所含水蒸气的实际量，通常以克为单位。温度对绝对湿度有直接影响。一般来说，温度越高，放出的水蒸气越多，绝对湿度就越大。反之，绝对湿度小。

饱和湿度：在一定温度下，单位体积空气中所能容纳的最大水蒸气量。如果超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结成水滴。此时的空气湿度称为饱和湿度。空气的饱和湿度不是固定的，它随着温度的变化而变化。温度越高，单位体积空气所能容纳的水蒸气越多，饱和湿度就越大。

露点：指含有一定量水蒸气的空气(绝对湿度)。当温度下降到一定程度，所含的水蒸气就会达到饱和。

(饱和湿度)并开始液化成水。这种现象叫做凝结。水蒸气开始液化成水的温度叫做露点温度& gt；简称。如果温度继续下降到露点以下，空气中过饱和的水蒸气就会在物体表面凝结成水滴。此外，风与空气中的温湿度密切相关，也是影响空气温湿度变化的重要因素之一。

1.2温度和湿度的测量方法

湿度测量技术有着悠久的历史。随着电子技术的发展，现代测量技术也发展迅速。湿度测量原则上可分为30种二、。湿度用绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比例(重量或体积)等表示。但是湿度测量一直是世界计量领域最著名的问题之一。一个看似简单的数值，说到底涉及到相当复杂的物理化学理论分析和计算，初学者可能会忽略很多湿度测量中必须注意的因素，从而影响合理使用。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、干湿球法和各种电子传感器法。这里的双压法和双温法是基于热力学的P、V、T平衡原理，平衡时间长。分流法基于绝对湿度和绝对干燥空气的精确混合。由于采用了现代测量和控制手段，这些设备可以做得相当精确。但由于它们复杂、成本高，操作费时费力，主要用于标准测量，测量精度可达2% RH至1.5% RH。静态法中的饱和盐法是湿度测量中最常用的方法，简单易行。而饱和盐法对液相和气相平衡要求严格，对环境温度的稳定性要求高。起床平衡需要很长时间，低湿点需要更长时间。尤其是室内湿度和瓶内湿度相差较大时，每次打开都需要平衡6~8小时。露点法测量的是湿空气达到饱和时的温度，这是热力学的直接结果。它具有较高的精度和较宽的测量范围。精密露点仪的精度可以达到0.2甚至更高。然而，基于现代光电原理的冷镜露点仪价格昂贵，而且常常要配一个标准的湿度发生器。

干湿球法，发明于18世纪。它历史悠久，使用最广泛。干湿球法是一种间接法，利用干湿球方程来换算湿度值，而这个方程是有条件的：即湿球附近的风速必须达到2.5m/s以上，这个条件用普通的干湿球温度计来简化，所以其精度只有5~7%RH，明显低于电子湿度传感器。显然，干湿球不是一个静态的方法，所以不要不要简单的认为仅仅提高两个温度计的测量精度就意味着提高湿度计的测量精度。这里强调两点：第一，由于湿度是温度的函数，温度的变化会决定性地影响湿度的测量结果。无论哪种方式，首要的是精确地测量和控制温度。需要注意的是，即使是保温良好的恒温恒湿箱，其工作室内也存在一定的温度梯度。所以这个空间的湿度很难做到完全均匀。其次，由于原理和方法的巨大差异，各种测量方法很难直接校准和识别，大部分只能间接比较。因此，很难在两种湿度测量方法之间检查整个湿度范围(相对湿度0~100%RH)的测量结果，或者校准所有温度范围内每个点的测量结果。比如通风式干湿球湿度计，要求有规定风速的流动空气，而饱和盐定律要求严格密封，所以两者不能相提并论。最好的办法是按照国家对检定系统(标准)规定的传输方式和检定规程，逐步对湿度测量仪器进行鉴定。

2数字温湿度传感器DHT11

2.1 DHT 11简介

DHT11数字温湿度传感器是一种带校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有高可靠性和优异的长期稳定性。传感器包括电阻式湿度传感器和NTC温度传感器，并与高性能8位单片机相连。因此，该产品具有品质卓越、反应超快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传感器都在极其精确的湿度校准室中进行校准。校准系数以程序的形式存储在OTP存储器中，在处理检测信号时，这些校准系数要在传感器中调用。单线串行接口使系统集成简单快速。超小的体积、极低的功耗和超过20米的信号传输距离使其成为各种应用，甚至是最苛刻应用的最佳选择。该产品为4引脚单排引脚封装。连接方便，可根据用户要求提供特殊包装形式的要求。

图4 . 5 . 2 DHT 11产品实物图

2.2 DHT 11的应用领域

DHT11广泛应用于以下几个方面：暖通空调、空调、测试和试验设备、汽车数据记录仪、消费品自动控制、气象站、家用电器、湿度调节器、医疗和除湿机。

2.3 DHT 11的产品特性

2.4 DHT 11的外形尺寸

图4 . 5 . 3 DHT 11的外形尺寸

2.5产品参数2.5.1产品电路图

图4.5.4 DHT11引脚图

2 . 5 . 2 DHT 11引脚描述

表4.5.1描述4.5.1 DHT11引脚

2.5电气特性VDD=5V，T=25，除非另有规定。

表4 . 5 . 3 DHT 11的电气特性

注：采样周期间隔不应小于1秒。2.6典型电路

2.6.1典型应用1连接线长度小于20m时建议使用5K上拉电阻，大于20m时根据实际情况使用合适的上拉电阻。示意图见图4.5.5。

图4 . 5 . 5 DHT 11的典型应用1

2.6.2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。数据被上拉并连接到微处理器的I/O端口。

1.在典型应用电路中，连接线长度小于20m时，建议使用5.1K的上拉电阻，大于20m时，根据实际情况降低上拉电阻的阻值。(2)使用3.5V电压供电时，连接线长度不得大于20cm。否则，线电压降会导致传感器供电不足，造成测量偏差。(3)每次读取的温度和湿度值是最后一次测量的结果。要获得实时数据，需要连续读取两次，但不建议连续多次读取传感器。当每次读取传感器之间的间隔大于5秒时，可以获得准确的数据。

图4 . 5 . 6 DHT 11的典型应用2

2.7串行通信描述(单线双向)2.7.1单总线描述DHT11装置采用简化单总线通信。单总线是指只有一条数据线，系统中的数据交换和控制都由单总线完成。设备(主设备或从设备)通过漏开路或三态端口连接到数据线，以允许设备释放总线，让其他设备在不发送数据时使用总线；单条总线通常需要一个约5.1 k的外部上拉电阻，因此当总线空闲时，其状态为高电平。因为它们是主从节点，只有当主机调用从机时，从机才能应答，所以主机访问设备必须严格遵循单总线顺序。如果序列混乱，设备将不会响应主设备。

2.7.2单总线传输和数据位定义

用于数据微处理器与DHT11之间的通信和同步，采用单总线数据格式，一次传输40位数据，最高位先出。

数据格式：8位湿度整数数据8位湿度小数数据8位温度整数数据8位温度小数数据8位奇偶校验位。

2.7.3校验位数据的定义

2.8数据时序图

图4.5.7数据定时图

当总线空闲状态为高电平时，主机将总线拉低，等待DHT11响应。主机必须将总线拉低18毫秒以上

总线的低电平表示DHT11发送响应信号。DHT11发送应答信号后，将总线上拉80us，准备发送数据。数据位以50us低电平槽开始，高电平的长度决定数据位是0还是1。格式如下图所示。如果读响应信号是高电平，DHT11不响应。请检查线路是否连接正确。当传输最后一位数据时，DHT11

图4.5.8主机发送启动信号和从机响应信号

0数字信号表示方法如图3所示。

图4.5.9数字0信号的表示方法

1数字信号表示。如图4.5.10所示

图4.5.10数字0信号表示方法

2.9申请信息

2.9.1超出推荐工作范围的工作和储存条件可能导致高达3%RH的临时漂移信号。回到正常工作状态后，传感器会慢慢回到校准状态。长期在非正常工况下使用，会加速产品的老化过程。

2.9.2接触化学物质的电阻式湿度传感器的敏感层会受到化学蒸气的干扰，化学物质在敏感层中的扩散可能导致测量值的漂移和灵敏度的降低。在纯净的环境中，污染物会慢慢释放出来。下面描述的恢复过程将加速这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器传感层完全损坏。

2.9.3恢复放置在极端工作条件或化学蒸汽中的传感器。通过以下程序，可以将其恢复到校准状态。在50-60和70%相对湿度下保持5小时以上。

2.9.4温度影响气体的相对湿度，相对湿度在很大程度上取决于温度。因此，在测量湿度时，湿度传感器应尽可能在同一温度下工作。如果与放热的电子元件共用一个印刷电路板，安装时应使DHT11尽量远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳通风良好。为了减少热传导，DHT11与印刷电路板的其他部分之间的镀铜应尽可能小，并在它们之间留有间隙。

灯光

长期暴露在阳光下或强烈的紫外线辐射会降低性能。布线注意事项

数据线的质量会影响通信距离和质量，建议使用高质量的屏蔽线。

3.DHT 11获取温度和湿度的过程

温湿度采集程序流程图如图4.5.12所示。

图4.5.12温度采集和处理过程(MD文法绘制的流程图)

获取温度的子程序流程如图4.5.13所示。

图4.5.12温度采集子功能(流程图由MD语法绘制)

四、实验内容

1.实验设备的连接

本实验中使用的振动传感器的物理图如图4.5.14所示。

图4 . 5 . 14 DHT 11模块的物理图

将温湿度传感模块安装在开发板上，然后用JLINK仿真器的一端通过USB接口连接到计算机上，一端的20针JTAG引脚连接到恩智浦LPC2378节点板的J2上，给恩智浦LPC2378节点板上电，如图4.5.15所示。

图4.5.15实验电路连接图

2.温湿度测量实验

实验室内的温湿度由DHT11模块测量，并通过LCD显示在屏幕上，模拟万年历上的温湿度功能。具体代码这里就不贴了。