温度和湿度采集模块概要.docx

STC89C52RC 单片机3.3温度和湿度采集模块1.通讯过程如图1所示图1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，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 者输出咼电平均可，总线由上拉电阻拉咼主机眸主机僧号 号总线为低电平，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.格式见下面图示•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数字0信号表示方法如图4所示信号线说明：主机信号DHT信号图4数字1信号表示方法•如图5所示VCCGNP单总绒IBit卄始5Ous I*7 Ous琢7下一廿升始信号线说明：主机信号DHT信号温湿度传感器模块温湿度传感器选用瑞士 Sensirion公司生产的SHT10。

SHT1X系列共有三个型号：SHT10、 SHT11、SHT15，他们都是SMD贴片封装的，他们依次性能越来越好，其中SHT10属于经济型 的温湿度传感器三者的温湿度性能如下图所示图3.4 SHT1X系列各型号传感器的湿度、温度最大误差从曲线中可以看出，无论是湿度还是温度，SHT10的误差都是最大的，SHT15误差最小， 但是它们的价格也相差很大，SHT10多为二三十元一个，而SHT15价格上百因此，从满足大 棚温湿度监测的要求来看，SHT10已经足够，故选用SHT10OSHT10与单片机的接口电路如下所示：GND丄U41DATADATASCKSCK4VDDSHT1DCapIOO11F图3.5 SHT10与单片机的接口电路SHT10采用类似于I2C的两线制串行总线，一根是时钟线，一根是数据线数据线要通过 一个上拉电阻接到VCC,目的是避免信号冲突，使单片机的引脚只提供低电平，要得到高电平则 使该引脚悬空，由上拉电阻提供高电平89C51单片机2.2.1. 温湿度采样系统为了更精确的反映温室的温度和湿度，取温湿度各4路信号采样简单平均处理作为温室的温 度和湿度在分辨率达到的前提下，温湿度的精度为1%。

2.2.2. 温湿度控制系统首先，系统启动后，提示用户输入温度的上限与下限的温度值用户输入之后，系统自动求 出中间值，根据实际温度的情况采取相应的方案如下图2-2-1 所示下限温度 中间温度 上限温度28 32 36图 2-2-1如果该时刻的实际温度值低于用户给定的下限温度值时，系统立即启动报警装置，且系统处 于升温状态，直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止升温反之， 如果实际温度值高于用户设定的上限值时，系统也会立即启动报警装置，且系统处于降温状态， 直到实际温度达到用户输入的上下限温度的中间值一定区间内时停止降温选择中间值作为控制参数，防止升温——降温——升温的死循环，因为温度低于下限时会一 直升温，可能导致温度高于上限系统又开始降温，这样系统便一直重复升温——降温——升温过 程，导致设备在某一个温湿度点附近频繁的启停，使设备寿命下降，而且没有实际意义选择中间值的一定区间，是防止达到中间值时，采取了停止升温或者降温措施，温度还是会 持续上升或下降一会儿，这时候温度可能不是正好在中间值处，系统便还是采取升温或者降温的 措施，而此时的温度值可能已经是很适合植被生长的需要的温度值。

所以本方案选在中间值的正 负一度区间内，认为此区间内都是适合的，不产生任何控制动作变化，这样就能解决设备频繁启 停问题AT89S52DHT11数字温湿度传感器是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 和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［15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存在OTP内存中，传感器内部在检测型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，使其成为给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DHT11 的简介•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•无需外加器件•超长的信号传输距离•超低能耗•4引脚安装•完全互换引脚说明建议接线长度短于20米时，用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合 适的上拉电阻引脚1： VDD供电3-5.5V引脚2： DATA串行数据，单总线引脚3： NC空脚，悬空引脚4： GND接地，电源负极口口 VDD| 1 T T | ,MCU 1 nATA 空 DHT114F-inGND图3.6典型应用电源引脚DHT11的供电电压为3 —5.5V。

传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在 此期间无需发送任何指令电源引脚（VDD, GND）之间可增加一个100nF的电容, 用以去耦滤波串行接口（单线双向）1. 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）通过一个漏极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5.1kQ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构，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［162. 单总线传送数据位定义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3. 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4•数据时序图用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主 机开始信号结束后,DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集, 用户可选择读取部分数据•从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集， 如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转 换到低速模式。

甘履｝7 * ・冊T咱砸vccI鮭蟲时弭汕値号丄 mtn I-图3.7数据时序图主机僵号5•外设读取(1) DHT11上电后，测试环境温湿度数据，并记录数据，同时DHT11的DATA数据线由上拉电阻拉高一直保持高电平；此时DHT11的DATA引脚处于输入状态， 时刻检测外部信号2）微处理器的I/O设置为输出同时输出低电平，且低电平保持时间不能小于 18ms，然后微处理器的I/O设置位输入状态，由于上拉电阻，微处理器的I/O即DHT11 的DATA数据线也随之变高，等待DHT11作出回答信号图3.8主机发送起始信号（3）DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结 束，延迟后DHT11的DATA引脚处于输出状态，输出80us的低电平作为应答信号， 紧接着输出80us的高电平通知外设准备接受数据，微处理器的I/O此时处于输入状 态，检测到I/O有低电平（DHT11回应信号）后，等待80us的高电平后的数据接 收图3.9发送信号（4）由DHT11的DATA引脚输出40位数据，微处理器根据I/O电平的变化接 收40位数据，位数据“0”的格式为：50us的低电平和26-28us的高电平；位数据“1” 的格式为：50us的低电平加70us的高电平。

50us 26u^-28us< > V ►VDD — —— ——GND 殳 *_ 匸机信甘 从机信号图3.10位数据“0”的格式SOus 70iis4—— -> < VDD * V JrGND 、 £一 匸机伫兮 从机信号图3.11位数据“1”的格式测量分辨率测量分辨率分别为8bit （温度）、8bit （湿度）电气特性VDD=5V, T = 25°C，除非特殊标注表3.1电气特性表参数条件mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次89C51温湿度检测电路的设计本系统选择的温湿度传感器是由瑞士 Sensirion公司推出了 SHT10单片数字温 湿度集成传感器，采用CMOS过程微加工专利技术(CMOSens technology),确保产品 具有极高的可靠性和出色的长期稳定性该传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元 件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与l4位的A/D转换器 以及串行接口电路实现无缝连接每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标 定，以镜面冷凝式湿度计为参照校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的 过程中使用。

两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单微小的体积、极 低的功耗，使其成为各类应用的首选如图2-3所示，传感器SHT10的原理图RH SensorSCKDigita linter -faceDATAGNDCalibrationMemeryTemp SensorVDD图2-3传感器SHT10的原理图如图2-4所示，传感器SHT10的电路连接图图2-4 SHT10传感器电路图（1） 数字集成温湿度传感器SHT10的主要特点a. 相对湿度和温度的测量兼有露点输出；b. 全部校准，数字输出；c. 接口简单（2-wire）,响应速度快；d. 超低功耗，自动休眠；e. 出色的长期稳定性；f. 超小体积（表面贴装）；g. 测湿精度土 45%RH，测温精度±0.5°C（25°C）2） 引脚说明a. 电源引脚（VDD、GND）SHT10的供电电压为2.4V〜5.5V传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态 恢复在此期间不发送任何指令电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电 容器，用于去耦滤波b. 串行接口SHT10的两线串行接口（bidirectional 2-w。