单总线传感器DHTll在温湿度测控中的应用

    摘要：新型单总线数字温湿度传感器DHTll具有体积小巧、接口简单、响应速度快、性价比高等特点。文章简要介绍了单总线概念，阐述了DHTll的基本原理和控制使用方法，以及其在仓库温湿度测控系统中的应用。DHTll的诸多优点，使其在自动控制和家电消费品领域中拥有较高的应用价值。
关键词：单总线；温湿度传感器；DHTll

引言
    随着科技的不断发展，汽车、空调、除湿器、烘干机等种类繁多的电器都已进入人们的日常生活，而这些电器设备很多都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。因此，温度、湿度传感器用途越来越广泛。新一代的数字传感器不再需要外置的A／D转换模块，并具有标准接口，使用方便，得到了越来越多的应用。DHTll作为一种新型的单总线温湿度数字传感器，具有更多的优点，它使系统设计更加简单，控制方便，易于实现。

1 单总线通信简介
    目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。其中I2C总线以同步串行两线方式进行通信(1条时钟线，1条数据线)，SPI总线则以同步串行三线方式进行通信(1条时钟线，1条数据输入线，1条数据输出线)，而SCI总线是以异步方式进行通信的(1条数据输入线，1条数据输出线)。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。近年来，美国的达拉斯半导体公司(Dallas Semi-conductor)推出了一项特有的单总线(1-wire Bus)技术。该技术与上述总线不同。它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单、硬件开销少、成本低、便于总线扩展和维护等优点。
    单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机是单总线器件，它们之间的数据交换只通过1条信号线。当只有1个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。

2 DHTll的主要特点及引脚说明
    广州奥松电子有限公司新近推出的DHTll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，具有很高的可靠性与稳定性。DHTll传感器包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件，并与1个高性能8位单片机相连接。单线制串行接口，使系统连接可以更简洁。功耗极低，信号传输距离可达20 m以上。作为一种新型的单总线数字温湿度传感器，DHTll具有体积小、功耗低、响应速度快、抗干扰能力强、控制简单、性价比高等优点，能够广泛应用于各个领域。其基本指标如下：
    ◆温湿度复合传感器；
    ◆全量程标定校准，单线数字输出；
    ◆湿度测量范围为20％～90％RH
    ◆温度测量范围为0～+50℃；
    ◆湿度测量精度为±5．O％RH；
    ◆温度测量精度为±1．O℃；
    ◆响应时间<5 s；
    ◆低功耗；
    ◆超长的信号传输距离；
    ◆出色的长期稳定性；
    ◆超小体积。
    DHTll采用4针单排引脚封装，电路连接方便，引脚说明如表1所列。

    DATA是用于微处理器与DHTll之间的通信和同步的串行双向接口，采用单总线数据格式。每次通信都是以高位先出的顺序传输40位数据，用时约为4 ms。数据格式为：
    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位校验和数据
    数据分小数部分和整数部分，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。
    数据传送正确时，校验和数据等于“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”所得结果的末8位。

3 典型应用电路
    DHTll与微处理器的电路连接非常简单，典型应用电路如图1所示。

   数据线长度短于20 m时可以使用5 kΩ上拉电阻，大于20 m时可根据实际情况使用合适的上拉电阻。
    MCU发送一次开始信号后，DHTll从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHTll发送响应信号，送出40位的测量数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。DHTll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，DHTll不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。

4 时序说明
    通信过程非常简单，如图2所示(图2～图5中实线为主机信号，虚线为DHT信号)。首先主机(微处理器)在数据线上发出开始信号，DHTll在检测到此信号后回复响应信号，并拉高数据线电平，开始向主机发送测量得到的数据。数据发送完毕后，释放总线。

    详细时序如图3所示。总线空闲状态为高电平。需要读取DHTll的测量数据时，主机先把总线拉低18 ms以上的低电平，这就是主机发出的开始信号。当DHTll检测到总线上的开始信号时，在主机开始信号结束后发送80μs低电平的响应信号。主机发送完开始信号，延时等待20～40μs后，从总线读取DHTll的响应信号。如果读取响应信号为高电平，说明DHTll没有响应，请检查线路是否连接正常。如果总线为低电平，说明DHTll正常发送了响应信号。
    DHTll发送完响应信号后，将总线拉高80μs，准备发送数据。每一位数据都以50μs低电平时隙开始，以高电平的时长来区分数据位是O或1，26～28μs的高电平表示O，70μs的高电平表示1(具体格式见图4和图5)。当最后一位数据传送完毕后，DHTll拉低总线50μs，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，数字1信号表示方法如图5所示。

    温湿度读取子程序如下：

5 基于DHTll的仓库温湿度测控系统应用实例
    DHTll已被成功地应用到了仓库管理控制系统中。如图6所示，采用STC89C52RC处理器实现对DHTll的控制，按照DHTll的时序在数据线上发送起始信号，再从数据线读取DHTll的测量数据。将这些数据进行分析处理，一路送至数码管显示，另一路通过RS232口送至计算机。也可以将测量数据存人单片机内的Flash中，以备查阅。如果测量数据显示当前库内的温湿度超出了仓库设定温湿度范围，则单片机STC89C52RC将产生报警信号。将该报警信号一路接入报警装置中触发报警，另一路控制继电器打开抽湿机和空调的电源来调节库内温度和湿度。这样便有效地实现了DHTll对仓库温湿度的控制，完善了对仓库的管理。

结语
    淘宝网上DHTll单片价格仅7．8元。作者对DHTll与DSl8820及一些水银温湿度测量器的测量数据进行了比较，验证了DHTll测量数据的准确性和稳定性。低廉的价格、小巧的体积、准确稳定的测量数据、简单的单总线控制方式、简洁的电路连接，这些将使DHTll拥有良好的应用前景。