温湿度传感器：测量环境温度和湿度的利器

1.温湿度传感器的功能

温湿度传感器是传感器家族中的一员，它是把空气中的温、湿度信息通过一定的检测装置测量后，按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足用户对感知温湿度的需求[83]。

2.温湿度传感器的工作原理

温湿度传感器主要是由湿敏电容和转换电路两部分组成。湿敏电容的结构是由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极几部分组成。两个下电极与湿敏材料、上电极构成的两个电容成串联连接。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于相对湿度（Relative Humidity，RH）0～100%的变化，传感器的输出呈0～1 V的线性变化。

3.温湿度传感器的参数

本书在设计仿蛇机器人时选择了高品质的DHT11温湿度传感器，该模块为常见的数字式温湿度传感器，同样，它可以在任意一家电子商店中以较低价格购得，其外观结构如图3-12所示[84]。

DHT11温湿度传感器拥有3.3～5 V的宽电压输入范围，静态电流低于2 mA，具有测试周围环境温度和湿度的功能，同时具有数字输出端口，单总线输出，工作稳定可靠，其主要技术参数如表3-2所示[85]。

图3-12　DHT11温湿度传感器

表3-2　DHT温湿度传感器性能参数

DHT11温湿度传感器模块的板上有一个半径为1 mm的机械孔可以用于定位。该模块共有3PIN端口，接口从上到下依次编号为1、2、3，其定义如下：

1号PIN端口：接VCC电源（供电范围3.3～5 V）；

2号PIN端口：数据发生端，发送串行数据，共8 bit；

3号PIN端口：接外部电路的地。

4.温湿度传感器的应用(www.xing528.com)

温湿度传感器的工作详细流程如下：

首先，主机M0发出起始信号并等待DHT响应信号；其次，当温度传感器（DHT）通知M0准备接收信号后，DHT发送准备好的数据；最后，当数据发送并接收完成后，DHT发出结束信号并在其内部重测环境温湿度数据且予以记录，然后等待下一次M0的起始信号。

（1）M0起始信号：首先，需设置DATA引脚为输出状态并输出高电平；其次，再将DATA输出置为低电平，持续时间大于18 ms，此时DHT检测到后从低功耗模式转变为高速模式；最后，将DATA引脚设置为输入状态，由于上拉电阻的关系，DATA就变为高电平，从而完成一次起始信号，具体如图3-13所示。

（2）DHT响应信号、准备信号：该过程发生在DHT在M0 DATA引脚输出低电平时，从低功耗模式转至高速模式，等待DATA引脚变为高电平。具体工作流程为：首先，DHT输出80μs低电平作为应答信号；其次，DHT输出80μs高电平通知微处理器准备接收数据；最后，连续发送40位数据（上次采集的数据）；具体过程如图3-14所示。

图3-13　M0起始信号时序图

图3-14　DHT响应信号时序图

（3）DHT数据信号：当数据为“0”格式时，50μs的低电平后转为26～28μs的高电平，如图3-15（a）所示；当数据为“1”格式时，50μs的低电平的后转为+70μs的高电平，具体过程如图3-15（b）所示。

图3-15　DHT数据信号类型

（a）位数据“0格式”；（b）位数据“1”格式

（4）DHT结束信号：DHT的DATA引脚输出40位数据后，继续输出低电平50μs后转为输入状态，由于上拉电阻，DATA随之变为高电平。DHT内部开始重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部的起始信号，具体过程如图3-16所示。

图3-16　DHT结束信号时序图

由流程可知，每一次M0获取的数据总是DHT上一次采集的数据，要想得到实时的数据，连续两次获取即可。但有关方面不建议连续多次读取DHT，每次读取的间隔时间大于5秒就足够获取到准确的数据，上电时DHT需要1 s的时间稳定。