温湿度传感器理解

     注：相对湿度 = 绝对湿度 / 饱和湿度×100% 。
     DHT11数字温湿度传感器

     DHT11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，也是一款电容式湿度传感器。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。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

• 注：艾克姆科技IK-ZET6开发板有DHT11传感器专用接口J17，用户不需要购买带PCB的DHT11模块。
  DHT11数字温湿度传感器的规格参数

  下面介绍下DHT11数字温湿度传感器的规格参数，DHT11模块的规格参数在此不做介绍。

  表1：DHT11数字温湿度传感器规格参数

  参数	规格
  工作电压	3.3V~5.5V
  外形尺寸	23.2(L)mm ×12.5(W)mm
  测量范围	温度：-20~+60℃ 湿度：5~95%RH
  精度	温度：±2℃ 湿度：±5%RH （25℃）
  分 辨 率	温度：0.1℃ 湿度：1%RH
  衰 减 值	温度：<0.1℃/年 湿度：<1%RH/年
  输出信号	单总线数字信号
  外壳材料	ABS塑料
  重量	1g
  引脚数	4个

  DHT11数字温湿度传感器的管脚定义

  下面介绍DHT11数字温湿度传感器的管脚定义，首先将DHT11数字温湿度传感器的引脚号标注下。

  DHT11管脚号	管脚名	功能描述
  1	VCC	供电正
  2	DATA	串行数据引脚
  3	NC	空脚
  4	GND	供电地

  • 注：MCU的GPIO口可以和DHT11的串行数据引脚DATA连接，但需要该引脚上接有上拉电阻方可有效采集传感器信息。
    DHT11数字温湿度传感器与开发板连接

    IK-ZET6开发板上设计了1个DS18B20/DHT11传感器接口，该接口串行数据引脚DATA连接到STM32F103ZET6的PB1引脚上。通过单总线通信协议读取DHT11传感器采集的数据。

  • 注：独立GPIO表示开发板没有其他的电路使用这个GPIO，非独立GPIO说明开发板有其他电路用到了该GPIO。
    软件设计
    DHT11数字温湿度传感器单总线通信

    DHT11数字温湿度传感器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4.7kΩ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。
    单总线介绍

    单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。我们知道，SPI、I²C串行通信会有专用的时钟线，而单总线则是采用单根信号线，这根信号线既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的。

    单总线通信的优势：节省I/O口、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等。

    单总线的数据传输速率一般为16.3Kbit/s，最大可达142Kbit/s，通常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。主设备I/O口可直接驱动200m范围内的从设备，经过扩展后可达1km范围。
    DHT11数字温湿度传感器与MCU通信

    DHT11数字温湿度传感器DATA引脚用于与微处理器MCU进行单总线通信，下图给出MCU作为单总线通信的主机与DHT11从机之间通信的步骤。

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    图5：MCU与DHT11单总线通信步骤示意

  • 注：

  • 1、需要注意一次传送40位数据是高位先出，下面给出40位数据的格式：

    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

    2、传送的40位数据之间也有特殊关系，如下：

    8bit校验位=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

    3、传送的40位数据，位数据“0”和位数据“1”的格式如下：

    位数据“0”：54us的低电平 + (23~27) us的高电平；

    位数据“1”：54us的低电平 + (68~74) us的高电平。

    DHT11数字温湿度传感器接收数据计算示例

  • 举例DHT11检测温度为正值时的40位数据如下：

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    图6：MCU与DHT11单总线通信步骤示意

  • 举例DHT11检测温度为负值时的40位数据如下：

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    图7：MCU与DHT11单总线通信步骤示意

  • 举例DHT11检测到的40位数据校验有误需丢弃的数据如下：

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     参考链接：【STM32F103ZET6开发板】第3-3讲：DHT11温湿度传感器 - 知乎 (zhihu.com)