2013届 光信息科学与技术专业 毕业设计（论文）
2.3.1温湿度传感器介绍
图2-3-1DHT21实物图
DHT21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，它应用专用的温湿度传感和数字模块采集技术，具有很高的稳定性和可靠性，DHT21传感器内含一个NTC测温和一个电阻式感湿元件，并与一个8位的高性能单片机相连接，在精确的湿度校验室中DHT21传感器进行过校准，以程序的形式校准系数储存在0TP内存中，检测信号的时候，在处理过程中传感器内部要调用这些校准系数，采用单线制的串行接口，使系统集成可以有较低的功耗，而且更加简单快速，信号传输距离超过20米，作为一个数字温湿度传感器DHT21具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点，它的性能指标如下：湿度测量范围为20％～90％RH；湿度测量精度为±5％RH；温度测量范围为0～50 ℃，温度测量精度为±2℃，工作电压3．0～5．5 V，相应时间<5S，DHT2l采用4针单排引脚封装, 传感器通电后，需要等待1s，这是因为要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令,电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波[5]。
四条引角中有两条是电源引脚，有两条是输出数据的引脚，你只需要给他供上额定电压，然后再他的输出引脚采集信号就可以了，输出信号如果是模拟量的话，通过A/D芯片，将模拟量转换为数字信号，然后传送给单片机。DHT21是数字传感器，所以不需要进行模数的转换。 （1）DHT21温湿度传感器产品参数： 相对湿度 分 辨 率：16Bit 重 复 性：±1%RH 精 度：25°C ±5%RH 互 换 性：可完全互换
响应时间：1/e（63%）25°C 6s 1m/s 空气 6s
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迟 滞：＜±0.3%RH 长期稳定性：＜±0.5%RH/yr 温度
分 辨 率：16Bit 重 复 性：±0.2°C 量程范围：25°C ±2°C 响应时间：1/e(63%) 10s 电气特征
供 电：DC 3.5-5.5V
供电电流：测量0.3mA 待机60μA 采样周期：次大于2秒 引脚说明
（1）VDD 供电3.5-5.5V （2）DATA 串行数据，单总线 （3）NC 空脚
（4）GND 接地，电源负极
温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早期使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻，随着温度环境的变化，它的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式就可以计算出当前环境温度。随着科技进步，现代的温度传感器已经走向了数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践各个领域，为我们的生活提供了便利。美国DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，既与单片机接口仅占用一个I/O口，无需任何外部元件，直接将环境温度转换成数字信号。
DHT21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。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DHT21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储存在OPT内存中，传感器内部在检测信号的
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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，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
温湿度传感器AW3485Y性能长期稳定，自带显示屏，温度量程在-20℃～+70℃，准确度在±0.3℃，湿度量程0～99.9%RH，响应时间静止空气8s。但是价格较贵。
综上所述，相比这几种温湿度传感器，DHT21为最佳选择。首先它把温度湿度传感器集合为一个传感器件，在应用时比较方便。仅有三个管脚，应用简单，且体积小。从价格方面考虑DHT21也具有一定优势，相比AW3485Y价格，仅为其八分之一。同时DHT21原理简单，较容易学习。通过如上的比较，无论是从性能上、价格上、封装上面来讲，选择DHT21是最佳选择[6]。
2.3.2串行接口(单线双向)
DATA 用于微处理器与 DHT21之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,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校验和。
数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。
用户MCU发送一次开始信号后,DHT21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.如果没有接收到主机发送开始信号,DHT21不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
总线空闲状态为高电平的时候主机把总线拉低等待DHT21响应, DHT21能检测到起始信号，主机必须把总线拉低，至少大于18ms。DHT21一旦接收到主机的开始信号，接着就等待开始信号的结束,然后发送80us的低电平响应信号，要读取DHT21的响应信号,必须等待开始信号的结束，并延时等待20-40us后才能够接受，主机发送开始信号后,这时候就可输出高电平或切换到输入模式,接着总线由上拉电阻拉高[14]。
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DHT21发送响应信号的时候总线为低电平 ,DHT21把总线拉高80us之前,必须等到响应信号发送，准备发送数据时,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,数据位是0或1是由高电平的长或短来决定。假如响应信号的读取为高电平,但是DHT21无响应响应,这时候说明路线可能连接不正常，当最后一bit数据传送结束后，DHT11把总线拉低50us,接着总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。
2.3.3电气特性
VDD=5V，T = 25℃
表2-3-3电气特性(注：采样周期间隔不得低于1秒钟) 参数 供电 供电电流 条件 DC 测量 平均 待机 采样周期 秒 min 3 0.5 0.2 100 1 typ 5 max 5.5 2.5 1 150 单位 V Ma Ma Ua 次 2.3.4性能说明
表2-3-4 性能说明 参数 分辨率 条件 Min 1 精度 重复性 温度 温度 量程范围 0℃ 50℃ 25℃ 长期稳定性 迟滞 互换性 分辨率 8 1 重复性 典型值 30 20 20 ±1 ±1 可完全互换 8 1 ±1 8 1 Bit ℃ ℃ 25℃ 0-50℃ Typ 8 1 ±4 ±1 90 80 90 %RH %RH %RH %RH/yr ℃ Max ± 1 ±5 单位 Bit %RH %RH %RH %RH 10
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响应时间 量程范围 精度 1/e(63%) 6 0 ±1 30 50 ±2 S ℃ ℃ 2.3.5引脚说明
表2-3-5 DHT21引脚说明 pin 1 2 3 4 名称 VDD DATA NC GND 注释 供电3－5.5V 串行数据，单总线 空脚，悬空 接地，电源负极
注意 引脚2在接单片机时，同时要在数据线接一上拉电阻，接到电源上。
2.3.6应用信息
电阻式温、湿度传感器暴露在化学物质中会受到干扰，导致灵敏度下降，当处于极限状态时，传感器可以通过程序处理，回复到初试的校准状态，在不符合规范的范围内使用传感器，不仅会导致几乎3%的临时漂移信号，而且会加速产品的老化，转为正常的使用范围后，会渐渐恢复校准状态；温度是影响气体相对湿度的关键，因此测量时最好让湿度传感器工作温度相同。
2.3.7 封装信息
图2-3-7 DHT21的封装信息
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