Измерение температуры и влажности при помощи датчика DHT11.

Статья в PDF 

Catcatcat_dht-11_150DHT11 недорогой цифровой датчик температуры и влажности. Он использует емкостной датчик влажности и терморезистор для измерения температуры окружающего воздуха, данные выдает в цифровой форме по шине типа 1-wire. В использовании он довольно прост, но требует точного определения длительности временных сигналов, чтобы декодировать данные. Единственный недостаток это возможность получения данных не чаще 1 раза в две секунды.

Особенности.
· Температурная компенсация во всем диапазоне работы
· Измерение относительной влажности и температуры
· Калиброванный цифровой сигнал
· Отличная долгосрочная стабильность показаний
· Не требуются дополнительные компоненты
· Возможность передачи данных на большое растояние
· Низкое энергопотребление
· 4-контактный корпус и полностью взаимозаменяемы

Детали.
Для преобразования данных внутри датчика используется 8-битный микроконтроллер, В процессе производства датчики калибруются и калибровочная константа записывается вместе с программой в память микроконтроллера. Однопроводный последовательный интерфейс дает возможность быстрой интеграции в устройство. Его небольшие размеры, низкое энергопотребление и до-20-метром передачи сигнала, что делает его привлекательным выбором для различных приложений.

Диапазон измеряемых параметров.

Обзор:

Параметр Диапазон измерения Точность Разрешение
Влажность 20-90% ±5% 1
Температура 0-50°С ±2°С 1

Подробные спецификации:

Параметр Условия Минимальное Типичное Максимальное
Влажность
Разрешение 1% 1% 1%
8 бит
Стабильность ±1%RH
Точность 25°С ±4%RH
0-50°С ±5%RH
Взаимозаменяемость  полностью взаимозаменяемы
Диапазон
измерения
 0°С 30%RH 90%RH
 25°С 20%RH 90%RH
50°С 20%RH 80%RH
Время отклика
(в секундах)
1/e(63%)25℃,
1m/s Air
6 10 15
Гистерезис ±1%RH
Долговременная
стабильность
типичная ±1%RH/year
Температура  1°С  1°С  1°С
Разрешение 8 бит 8 бит 8 бит
Стабильность ±1°С
Точность ±1°С ±2°С
Диапазон
измерения
0°С 50°С
Время отклика
(в секундах)
6 30

Электрические параметры:

Параметр Режим Мин Типовое Макс Ед.изм.
Напряжение питания DC 3 5 5.5 V
Ток потребления Измерение 0.5 2.5 mA
Ожидание 100 150 uA
Среднее 0.2 1 mA

Габаритные размеры и подключение:

Catcatcat_dht-11_01a

Питание DHT11 составляет 3-5.5V DC. После подачи питания на датчик, необходимо выдержать паузу длительностью не менее 1 секунды перед началом считывания данных. Для фильтрации напряжения питания можно добавить один конденсатор 0,1 мкФ между Vdd и Vss.

Последовательный интерфейс (Single-Wire Двусторонний)

Весь обмен данными выполняется по одной одному проводу (шине). На шине может присутствовать только один датчик. Для получения высокого уровня используется подтягивающий резистор (5-10 кОм), т.е в пассивном состоянии на шине высокий уровень. Формат обмена данными может быть разделен на три этапа:

1) Инициализации.
2) Преамбула.
3) Передача данных.

Инициализация.

Процесс чтения данных начинается с импульса инициализации который формирует микроконтроллер. Он должен установить на шине низкий уровень на время не менее 18 mS, для инициализации  DHT-11.

Catcatcat_dht-11_02n

Преамбула.

Микроконтроллер после формирования импульса инициализации должен сразу перевести порт в режим чтения (режим приема данных). Если датчик готов к передачи данных, он ответит сформировав преамбулу. Один период меандра длительностью ~160 us.

Catcatcat_dht-11_02b

Микроконтроллер получив ответ от датчика, может начать чтение данных.

Передача данных.

Данные представляют собой 5 байт данных, которые читаются по битно микроконтроллером, т.е всего 40 бит.

Catcatcat_dht-11_04

Первые два байта данные влажности (относительная влажность), целая и дробная часть. Третий и четвертый температура (градусы Цельсия), целая и дробная часть и пятый последний байт контрольная сумма, которая равна сумме первых 4 байт. К сожалению хотя и присутствуют байты отвечающие за десятые доли градуса и процента, реально контроллер датчика их не вычисляет (хотя это и понятно при такой точности это бесполезно), поэтому  в них всегда присутствуют нули. Если реально считывать эти байты то мы увидим, например:

bait0 = 41    // влажность
bait1 = 0
bait2 = 31    // температура
bait3 = 0
bait4 = 72    // контрольная сумма

Но нет худа без добра, если в этих байтах всегда нули, то можно это значение (аналогично как для контрольной суммы) использовать для достоверности передачи данных.

Данные кодируются длительностью высокого уровня в каждом бите, бит начинается стробом низкого уровня длительностью приблизительно 50-54uS, после строба идет высокий уровень, если длительность высокого уровня в пределах 24 uS, то это передается «0», если в пределах 70 uS — передается «1».

Бит ‘0 ‘:

Catcatcat_dht-11_09
Бит ‘1 ‘:

Catcatcat_dht-11_10

Catcatcat_dht-11_11

По окончанию передачи данных датчик передает последний строб, устанавливает на шине высокий уровень и переходит в спящий режим.

Логика чтения данных может быть следующая.

Вид передачи полностью:

Catcatcat_dht-11_12

Датчик подключается ко входу который может формировать прерывания по изменению уровня на входе. Для определения длительности импульса можно использовать таймер микроконтроллера.

Для демо проекта используем плату ILLISSI_B4_primum с установленным микроконтроллером PIC16F1936. Для индикации данные будем выводить, через USB порт на терминал программы AN1310 Microchip.

Catcatcat_dht-11_13

Вариант построение программа для чтения данных с датчика для компилятора MPLAB® XC8 Compiler v1.20. Для измерение длительности мы применим таймер Timer0. А для контроля моментов изменения сигнала на входах будем использовать возможность микроконтроллера формировать прерывания по изменению состояния на входах. Всё декодирование данных будет выполняться в прерывании (благо там минимум работы), поэтому для основной программы остается только дать «толчек» для выдачи данных и обработать их когда данные будут готовы.

Настройка прерывание для работы с датчиком

Функция запуска измерения (её можно в ставить в главный цикл для постоянного получения данных)

Вариант обработки прерываний

Вывод: простой недорогой датчик влажности и температуры, для проектов бытового назначения.

[box title=»Файлы для загрузки» color=»#521BDE»] Демонстрационный проект, MPLAB® X IDE v1.85MPLAB® XC8 Compiler v1.20

[/box]


Translate »

Copyright © Catcatcat 2013-2017. Все права защищены.
Копирование разрешается только с указанием активной ссылки на правообладателя.

e-mail: catcatcat.electronics@gmail.com