dht11溫濕度傳感器工作原理詳解

DHT11功能

對溫濕度數(shù)據(jù)進行采集。

DHT11封裝尺寸圖

在進行PCB封裝設(shè)計的時候會用到。

引腳說明

1、VDD 供電 3.3～5.5V DC

2、DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線

3、NC 空腳

4、GND 接地，電源負

溫濕度采集范圍

濕度采集范圍5%~95%，在環(huán)境溫度為25℃時，濕度采集精度是±5%。溫度采集范圍是-20℃~60℃，在環(huán)境溫度為25℃時，溫度采集精度是±2℃。

DHT11供電電壓為3.3V~5.5V，測量時的供電電流為1.0mA，待機時的供電電流為0.06mA。

典型電路

傳感器的DATA口需要接4.7K的上拉電阻。上拉電阻的作用是在單片機不進行輸出以及傳感器待機時，使得DATA口為高電平，當總線閑置時， 其狀態(tài)為高電平。

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 校驗位。

數(shù)據(jù)讀取步驟

步驟一: DHT11上電后(DHT11上電后要等待 1S 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不能發(fā)送任何指令)，測試環(huán)境 溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平;此時 DHT11的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。

步驟二: 微處理器的 I/O設(shè)置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 18ms(最大不得超過 30ms)， 然后微處理器的 I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的 I/O即 DHT11的 DATA 數(shù)據(jù)線也隨之變 高，等待 DHT11作出回答信號，發(fā)送信號如圖所示：

步驟三: DHT11 的 DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結(jié)束，延遲后 DHT11 的 DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 83微秒的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出 87 微秒的高電平通知外設(shè)準備接 收數(shù)據(jù)，微處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平(DHT11回應(yīng)信號)后，等待 87微秒 的高電平后的數(shù)據(jù)接收，發(fā)送信號如圖所示：

步驟四: 由 DHT11 的 DATA引腳輸出 40 位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù) I/O電平的變化接收 40 位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)“0” 的格式為： 54 微秒的低電平和 23-27 微秒的高電平，位數(shù)據(jù)“1”的格式為： 54 微秒的低電平加 68-74 微秒的高電平。位數(shù)據(jù)“0”、“1”格式信號如圖所示：

DHT11為 4 針單排引腳封裝，如下圖，采用單線制串行接口，只需加適當?shù)纳侠娮?，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。

二.傳感器參數(shù)

1.DHT11電氣參數(shù)如下：

型號 測量范圍 測濕精度 測溫精度 分辨率 封裝

2.引腳定義

3.典型電路

DHT11的供電電壓為 3-5.5V，電源引腳(VDD，GND)之間可增加一個100nF 的電容，用以去耦濾波。DATA引腳并聯(lián)一個5K以上的上拉電阻，增強信號的抗干擾額能力。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。

三.傳感器控制時序

1.數(shù)據(jù)格式

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,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零，操作流程如下:

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,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)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和

8位校驗和：

“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”相加所得結(jié)果的末8位。

2.控制時序

要實現(xiàn)對DHT11傳感器的控制和數(shù)據(jù)的讀取，需先學(xué)會分析DHT11的控制時序。時序主要分為三部分：1：觸發(fā)DHT11采集數(shù)數(shù)據(jù);2：讀取數(shù)字0;3：讀取數(shù)字1;。

(1)觸發(fā)DHT11采集數(shù)據(jù)

總線空閑狀態(tài)為高電平,單片機把總線拉低等待DHT11響應(yīng),單片機把總線拉低必須大于18ms,保證DHT11能檢測到起始信號。

當DHT11接收到單片機的開始信號后,等待單片機開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號。

單片機發(fā)送開始信號結(jié)束后,延時等待20-40us后,切換為輸入狀態(tài)，等待DHT11的80us低電平信號結(jié)束，然后判斷DHT11是否是否發(fā)出 80us 的高電平;如果是，即可開始采集數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)字0信號時序

當DHT11輸出數(shù)字0時， 單片機讀取到的信號為50 us的低電平，之后為26-28 us的高電平。

(3)數(shù)字1信號時序

當DHT11輸出數(shù)字0時， 單片機讀取到的信號為50 us的低電平，之后為70 us的高電平。

由此可知DHT11輸出數(shù)字0和數(shù)字1的區(qū)別在于高電平的時間，由此單片機可在讀取到高電平后，延時30us后，識別此時總線的電平，高電平為數(shù)字1，低電平為數(shù)字0;

(4)總時序圖

用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。

從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集。當一次完整的采集數(shù)據(jù)后，DHT11會轉(zhuǎn)換到低速模式。