基于DHT11温湿度传感器和nrf24l01模块的多点数据采集
基于DHT11传感器和Nrf24L01模块的多点温湿度采集系
统
一、设计背景
农业大棚种植具有大范围，温湿度要求高的特点。温度，湿度严重影响农作物的生长与产量，所以，对其的测量出其重要。基于这样的考虑，设计了该套多点温湿度采集无线传输系统。
二、系统构成
该系统由89C52RC单片机、DHT11温湿度传感器、Nrf24L01无线传输模块构成。具有多点温湿度采集、汇总的特点（本实验采用两个点采集汇总一点完成）
2、接受点
Nrf24L01无线
传输模块
三、硬件设计
1、DHT11传感器简介
DHT11产品概述
DHT11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。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个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DHT11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OTP内存中，传感器内部在检测信号的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。
建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适
的上拉电阻
（3）电源引脚
DHT11的供电电压为3－5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。
（4）串行接口 (单线双向)
DATA 用于微处理器与 DHT11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
+8bi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,DHT11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.从模式下,DHT11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,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。
1.通讯过程如图1所示
图1
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束
后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。
图2
总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,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
图4
数字1信号表示方法.如图5所示
图5
（5）测量分辨率
测量分辨率分别为 8bit（温度）、8bit（湿度）。
（6）电气特性
注:采样周期间隔不得低于1秒钟。
（7）应用信息
（7.1）工作与贮存条件
超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程/可参阅7.3小节的“恢复处理”。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。
（7.2）暴露在化学物质中
电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。
（7.3）恢复处理
置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50-60℃和< 10%RH的湿度条件下保持2 小时（烘干）；随后在20-30℃和>70%RH的湿度条件下保持 5小时以上。
（7.4）温度影响
气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可
能最小，并在两者之间留出一道缝隙。
（7.5）光线
长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。
（7.6）配线注意事项
DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。（8）封装信息
（10）焊接信息
手动焊接，在最高260℃的温度条件下接触时间须少于10秒。
（11）注意事项
(1)避免结露情况下使用。
(2)长期保存条件：温度10－40℃，湿度60％以下。
2、nRF24L01模块简介
（1）nRF24L01芯片简介
功能描述：
真正的GFSK 单片式收发芯片
内置硬件链路层
增强型ShockBurstTM 功能
自动应答及自动重发功能
地址及CRC 检验功能
无线速率：1 或2Mbps
SPI 接口速率：0~8Mbps
125 个可选工作频道
很短的频道切换时间，可用于跳频
与nRF 24XX 系列完全兼容
I/O 可接受5V 电平的输入
20 脚QFN 4×4mm 封装
极低成本晶振±60ppm
使用低成本电感和双面PCB 板
低工作电压：1.9~3.6V
概述：
nRF24L01 是一款工作在2.4~2.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频
率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、
频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。
极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为9mA，接收模式时为12.3mA。
掉电模式和待机模式下电流消耗更低。
结构框图：
引脚及其功能：
电气特性：
条件：VDD=+3V，VSS=0V，T A=－40℃到+85℃
极限范围：
VDD…………………………….+3.6V VSS………………………………0V
输入电压
VI………………………………-0.3V~5.25V
输出电压
VO……………………………. VSS~VDD
总功耗
PD（TA=85℃）……………………… 60mW
温度
工作温度……………………-40℃~+85℃
存储器温度…………………-40℃~+125℃
注意：强行超过一项或多项极限值使用将导致器件永久性损坏。术语表:
功能描述：
工作模式
nRF24L01可以设置为以下几种主要模式
nRF24L01在不同模式下的引脚功能
待机模式：
待机模式I 在保证快速启动的同时减少系统平均消耗电流。在待机模式I 下，晶振正常工作。在待机
模式II 下部分时钟缓冲器处在工作模式。当发送端TX FIFO 寄存器为空并且CE 为高电平时进入待机模式
II。在待机模式期间，寄存器配置字内容保持不变。
掉电模式：
在掉电模式下,nRF24L01 各功能关闭，保持电流消耗最小。进入掉电模式后，nRF24L01 停止工作，
但寄存器内容保持不变。启动时间见表格13。掉电模式由寄存器中PWR_UP 位来
控制
数据包处理方式：
nRF24L01 有如下几种数据包处理方式：
ShockBurstTM（与nRF2401，nRF24E1，nRF2402，nRF24E2 数据传输率为1Mbps 时相同）
增强型ShockBurstTM 模式
ShockBurstTM 模式：
ShockBurst 模式下nRF24L01 可以与成本较低的低速MCU 相连。高速信号处理是由芯片内部的射频协议处理的，nRF24L01 提供SPI 接口，数据率取决于单片机本身接口速度。ShockBurst 模式通过允许与单片机低速通信而无线部分高速通信，减小了通信的平均消耗电流。
在ShockBurstTM 接收模式下，当接收到有效的地址和数据时IRQ 通知MCU，随后MCU 可将接收到的数据从RX FIFO 寄存器中读出。
在ShockBurstTM 发送模式下，nRF24L01 自动生成前导码及CRC 校验，参见表格12。数据发送完毕后IRQ 通知MCU。减少了MCU 的查询时间，也就意味着减少了MCU 的工作量同时减少了软件的开发
时间。nRF24L01 内部有三个不同的RX FIFO 寄存器（6 个通道共享此寄存器）和三个不同的TX FIFO 寄存器。在掉电模式下、待机模式下和数据传输的过程中MCU 可以随时访问FIFO 寄存器。这就允许SPI接口可以以低速进行数据传送，并且可以应用于MCU 硬件上没有SPI 接口的情况下。
增强型的ShockBurstTM 模式：
增强型ShockBurstTM 模式可以使得双向链接协议执行起来更为容易、有效。典型的双向链接为：发送方要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便于发送方检测有无数据丢失。一旦数据丢失，则通过重新发送功能将丢失的数据恢复。增强型的ShockBurstTM 模式可以同时控制应答及重发功能而无需增加MCU
工作量。
nRF24L01 在接收模式下可以接收6 路不同通道的数据，见图4。每一个数据通道使用不同的地址，但是共用相同的频道。也就是说6 个不同的nRF24L01 设置为发送模式后可以与同一个设置为接收模式的nRF24L01 进行通讯，而设置为接收模式的nRF24L01 可以对这6 个发射端进行识别。数据通道0 是唯一的一个可以配置为40 位自身地址的数据通道。1~5 数据通道都为8 位自身地址和32 位公用地址。所有的数据通道都可以设置为增强型ShockBurst 模式。nRF24L01 在确认收到数据后记录地址，并以此地址为目标地址发送应答信号。在发送端，数据通道0被用做接收应答信号，因此，数据通道0 的接收地址要与发送端地址相等以确保接收到正确的应答信号。
见图5 选择地址举例。
nRF24L01 配置为增强型的ShockBurstTM 发送模式下时，只要MCU 有数据要发送，nRF24L01 就会启动ShockBurstTM 模式来发送数据。在发送完数据后nRF24L01 转到接收模式并等待终端的应答信号。如果没有收到应答信号，nRF24L01 将重发相同的数据包，直到收到应答信号或重发次数超过SETUP_RETR_ARC 寄存器中设置的值为止，如果重发次数超过了设定值，则产生MAX_RT 中断。
只要收到确认信号，nRF24L01 就认为最后一包数据已经发送成功（接收方已经收到数据），把TX FIFO中的数据清除掉并产生TX_DS 中断（IRQ 引脚置高）。在增强型ShockBurstTM 模式下，nRF24L01 有如下的特征：当工作在应答模式时，快速的空中传输及启动时间，极大的降低了电流消耗。
低成本。nRF24L01 集成了所有高速链路层操作，比如：重发丢失数据包和产生应答信号。无需单片机硬件上一定有SPI 口与其相连。SPI 接口可以利用单片机通用I/O 口进行模拟
由于空中传输时间很短，极大的降低了无线传输中的碰撞现象
由于链路层完全集成在芯片上，非常便于软硬件的开发。
增强型ShockBurstTM 发送模式：
1、配置寄存器位PRIM_RX 为低
2、当MCU 有数据要发送时，接收节点地址（TX_ADDR）和有效数据(TX_PLD)通过SPI 接口写入nRF24L01。发送数据的长度以字节计数从MCU 写入TX FIFO。当CSN 为低时数据被不断的写入。发送端发送完数据后，将通道0 设置为接收模
式来接收应答信号，其接收地址(RX_ADDR_P0)与接收端地址(TX_ADDR)相同。例：在图5 中数据通道5 的发送端(TX5)及接收端(RX)地址设置如下：TX5：TX_ADDR=0xB3B4B5B605
TX5：RX_ADDR_P0=0xB3B4B5B605
RX：RX_ADDR_P5=0xB3B4B5B605
3、设置CE 为高，启动发射。CE 高电平持续时间最小为10 us。
4、nRF24L01 ShockBurstTM 模式：
无线系统上电
启动内部16MHz 时钟
无线发送数据打包（见数据包描述）
高速发送数据（由MCU 设定为1Mbps 或2Mbps）
5、如果启动了自动应答模式（自动重发计数器不等于0，ENAA_P0=1），无
线芯片立即进入接收模式。如果在有效应答时间范围内收到应答信号，则认为数据成功发送到了接收端，此时状态寄存器的TX_DS 位置高并把数据从TX FIFO 中清除掉。如果在设定时间范围内没有接收到应答信号，则重新发送数据。如果自动重发计数器（ARC_CNT）溢出（超过了编程设定的值），则状态寄存器的MAX_RT 位置高。不清除TX FIFO 中的数据。当MAX_RT 或TX_DS 为高电平时IRQ 引脚产生中断。IRQ 中断通过写状态寄存器来复位（见中断章节）。如果重发次数在达到设定的最大重发次数时还没有收到应答信号的话，在MAX_RX 中断清除之前不会重发数据包。数据包丢失计数器(PLOS_CNT)在每次产生MAX_RT 中断后加一。也就是说：重发计数器ARC_CNT 计算重发数据包次数，PLOS_CNT 计算在达到最大允许重发次数时仍没有发送成功的数据包个数。
6、如果CE 置低，则系统进入待机模式I。如果不设置CE 为低，则系统会发送TX FIFO 寄存器中下一包数据。如果TX FIFO 寄存器为空并且CE 为高则系统进入待机模式II.
发送端发送完数据后，将通道0 设置为接收模式来接收应答信号，其接收地址(RX_ADDR_P0)与接收端地址(TX_ADDR)相同。例：在图5 中数据通道5 的发送端(TX5)及接收端(RX)地址设置如下：
TX5：TX_ADDR=0xB3B4B5B605
TX5：RX_ADDR_P0=0xB3B4B5B605
RX：RX_ADDR_P5=0xB3B4B5B605
增强型ShockBurstTM接受模式：
1、ShockBurstTM接受模式是通过设置寄存器中PRIM_RX 位为高来选择的。
准备接收数据的通道必须被使能（EN_RXADDR 寄存器），所有工作在增强型ShockBurstTM 模式下的数据通道的自动应答功能是由(EN_AA 寄存器)来使能的，有效数据宽度是由RX_PW_Px 寄存器来设置的。地址的建立过程见增强型ShockBurstTM 发送章节。
2、接收模式由设置CE 为高来启动。
3、130us 后nRF24L01 开始检测空中信息。
4、接收到有效的数据包后（地址匹配、CRC 检验正确），数据存储在RX_FIFO 中，同时RX_DR 位置高，并产生中断。状态寄存器中RX_P_NO 位显示数据是由哪个通道接收到的。
5、如果使能自动确认信号，则发送确认信号。
6、MCU 设置CE 脚为低，进入待机模式I（低功耗模式）。
7、MCU 将数据以合适的速率通过SPI 口将数据读出。
8、芯片准备好进入发送模式、接收模式或掉电模式
两种数据双方向的通讯方式
如果想要数据在双方向上通讯,PRIM_RX 寄存器必须紧随芯片工作模式的变化而变化。处理器必须保证PTX 和PRX 端的同步性。在RX_FIFO 和TX_FIFO 寄存器中可能同时存有数据。
自动应答（RX）：
自动应答功能减少了外部MCU 的工作量，并且在鼠标/键盘等应用中也可以不要求硬件一定有SPI 接口，因此降低成本减少电流消耗。自动重应答功能可以通过SPI 口对不同的数据通道分别进行配置。
在自动应答模式使能的情况下，收到有效的数据包后，系统将进入发送模式并发送确认信号。发送完确认信号后，系统进入正常工作模式（工作模式由PRIM_RX 位和CE 引脚决定）。
自动重发功能（ART）(TX)：
自动重发功能是针对自动应答系统的发送方。SETUP_RETR 寄存器设置：启动重发数据的时间长度。在每次发送结束后系统都会进入接收模式并在设定的时间范围内等待应答信号。接收到应答信号后，系统转入正常发送模式。如果TX FIFO 中没有待发送的数据且CE 脚电平为低，则系统将进入待机模式I。如果没有收到确认信号，则系统返回到发送模式并重发数据直到收到确认信号或重发次数超过设定值（达到最大的重发次数）。有新的数据发送或PRIM_RX 寄存器配置改变时丢包计数器复位。
数据包识别和CRC 校验应用于增强型ShockBurstTM 模式下：
每一包数据都包括两位的PID（数据包识别）来识别接收的数据是新数据包还是重发的数据包。PID识别可以防止接收端同一数据包多次送入MCU。在发送方每从MCU 取得一包新数据后PID 值加一。PID和CRC 校验应用在接收方识别接收的数据是重发的数据包还是新数据包。如果在链接中有一些数据丢失
了，则PID 值与上一包数据的PID 值相同。如果一包数据拥有与上一包数据相同的PID 值，nRF24L01 将
对两包数据的CRC 值进行比较。如果CRC 值也相同的话就认为后面一包是前一包的重发数据包而被舍弃。
1：接收方：
接收方对新接收数据包的PID 值与上一包进行比较。如果PID 值不同，则认为接收的数据包是新
数据包。如果PID 值与上一包相同，则新接收的数据包有可能与前一包相同。接收方必须确认CRC
值是否相等，如果CRC 值与前一包数据的CRC 值相等，则认为是同一包数据并将其舍弃。
2：发送方：
每发送一包新的数据则发送方的PID 值加一。
和CRC 校验应用在接收方识别接收的数据是重发的数据包还是新数据包。如果在链接中有一些数据丢失
了，则PID 值与上一包数据的PID 值相同。如果一包数据拥有与上一包数据相同的PID 值，nRF24L01 将
对两包数据的CRC 值进行比较。如果CRC 值也相同的话就认为后面一包是前一
包的重发数据包而被舍弃。
CRC 校验的长度是通过SPI 接口进行配置的。一定要注意CRC 计算范围包括整个数据包：地址、PID和有效数据等。若CRC 校验错误则不会接收数据包，这一点是接收数据包的附加要求，在上图没有说明。
载波检测—CD：
当接收端检测到射频范围内的信号时将CD 置高，否则CD 为低。内部的CD 信号在写入寄存器之前是经过滤波的，内部CD 高电平状态至少保持128us 以上。在增强型ShockBurstTM模式中只有当发送模块没有成功发送数据时，推荐使用CD 检测功能。如果发送端PLOS_CNT显示数据包丢失率太高时，可将其设置位接收模式检测CD值，如果CD为高（说明通道出现了拥挤现象），需要更改通信频道；如果CD为低电平状态（距离超出通信范围），可保持原有通信频道，但需作其它调整。
数据通道：
nRF24L01 配置为接收模式时可以接收6 路不同地址相同频率的数据。每个数据通道拥有自己的地址并且可以通过寄存器来进行分别配置。
数据通道是通过寄存器EN_RXADDR 来设置的，默认状态下只有数据通道0 和数据通道1 是开启状态的。
每一个数据通道的地址是通过寄存器RX_ADDR_Px 来配置的。通常情况下不允许不同的数据通道设置完全相同的地址。
数据通道0 有40 位可配置地址。数据通道1~5 的地址为：32 位共用地址+各自的地址（最低字节）。图7 所示的是数据通道1~5 的地址设置方法举例。所有数据通道可以设置为多达40 位，但是1~5 数据通道的最低位必须不同。
当从一个数据通道纵接收到数据，并且此数据通道设置为应答方式的话，则nRF24L01 在收到数据后产生应答信号，此应答信号的目标地址为接收通道地址。寄存器配置有些是针对所有数据通道的，有些则是针对个别的。如下设置举例是针对所有数据通道的：
●CRC 使能/禁止
●CRC 计算
●接收地址宽度
●频道设置
●无线数据通信速率
●LNA 增益
●射频输出功率
寄存器配置：
nRF24L01 所有配置都在配置寄存器中，所有寄存器都是通过SPI 口进行配置的。
SPI 接口：
SPI 接口是标准的SPI 接口，其最大的数据传输率为10Mbps。大多数寄存器是可读的。
SPI 指令设置：
SPI 接口可能用到的指令在下面有所说明。CSN 为低后SPI 接口等待执行指令。每一条指令的执行都必须通过一次CSN 由高到低的变化。
SPI 指令格式：
<命令字：由高位到低位（每字节）>
<数据字节：低字节到高字节，每一字节高位在前>参看图8 及图9
R_REGISTER 和W_REGISTER 寄存器可能操作单字节或多字节寄存器。当访问多字节寄存器时首先要读/写的是最低字节的高位。在所有多字节寄存器被写完之前可以结束写SPI 操作，在这种情况下没有写完的高字节保持原有内容不变。例如：RX_ADDR_P0 寄存器的最低字节可以通过写一个字节给寄存器RX_ADDR_P0 来改变。在CSN 状态由高变低后可以通过MISO 来读取状态寄存器的内容。
中断：
nRF24L01 的中断引脚（IRQ）为低电平触发，当状态寄存器中TX_DS、RX_DR 或MAX_RT 为高时触发中断。当MCU 给中断源写‘1’时，中断引脚被禁止。可屏蔽中断可以被IRQ 中断屏蔽。通过设置可屏蔽中断位为高，则中断响应被禁止。默认状态下所有的中断源是被禁止的。
SPI 时序：
图8、9、10 和表9、10 给出了SPI 操作及时序。在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。在图8 至图10 中用到了下面的符号：
Cn-SPI 指令位
Sn-状态寄存器位
Dn-数据位（备注：由低字节到高字节，每个字节中高位在前）
与nRF24XX 兼容的寄存器配置：
如何建立nRF24L01 从nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 接收数据：使用与nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 相同的CRC 配置
设置PRIM_RX 位为1
相应通道禁止自动应答功能
与发射模块使用相同的地址宽度
与发射模块使用相同的频道
在nRF24L01 和nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 两端都选择1Mbit/s 的数据传输率
设置正确的数据宽度
设置PWR_UP 和CE 为高
如何建立nRF24L01 发射，nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 接收数据：使用与nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 相同的CRC 配置
设置PRIM_RX 位为0
设置自动重发计数器为0 禁止自动重发功能
与nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 使用相同的地址宽度
与nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 使用相同的频道
在nRF24L01 和nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 两端都选择1Mbit/s
的数据传输率
设置PWR_UP 为高
发送与nRF2401/ nRF2402/ nRF24E1/ nRF24E2 寄存器配置数据宽度相同的
数据长度。
设置CE 为高启动发射
打包格式描述：
增强型ShockBurstTM 模式下的数据包形式。
重要的时序数据
下面是nRF24L01 部分工作时序数据。
nRF24L01 时序信息
nRF24L01 在掉电模式下转入发射模式或接收模式前必须经过1.5ms 的待机模式。注意：当关掉电源VDD 后寄存器配置内容丢失，模块上电后需重新进行配置。
（2）nRF24L01模块简介
（一）、产品特性
2.4GHz 全球开放ISM 频段，最大0dBm 发射功率，免许可
证使用
支持六路通道的数据接收
DHT11-温湿度传感器
3.3 DHT11传感器模块设计 3.3.1 DHT11传感器简介 DHT11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。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个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DHT11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OTP存中，传感器部在检测信号的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。 DHT11传感器实物图如下3-3所示： 图3-3 DHT11传感器实物图 （1）引脚介绍： Pin1：(VDD)，电源引脚，供电电压为3~5.5V。
Pin2：（DATA），串行数据，单总线。 Pin3:（NC），空脚，请悬浮。 Pin4（VDD），接地端，电源负极。 （2）接口说明： 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。 图3-4 DHT11典型应用电路 （3）数据帧的描述： DATA 用于微处理器与 DHT11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 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 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。 （4）电气特性：VDD=5V，T = 25℃，除非特殊标注 表3-2 DHT11的电气特性 参数条件Min typ max 单位供电DC 3 5 5.5 V 供电电流测量0.5 2.5 mA 平均0.2 1 mA 待机100 150 uA 采样周期秒 1 次注:采样周期间隔不得低于1秒钟。
大学物理实验-温度传感器实验报告
关于温度传感器特性的实验研究 摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波 尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。 关键词：定标转化拟合数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下： TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下： Rt=R0[1+At+B t2+C(t-100)t3] (-200℃ DHT11温湿度传感器与单片机之间的通信 一DHT11的简介： 1 接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使 用合适的上拉电阻 2数据帧的描述 DATA 用于微处理器与DHT11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 +8bi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。 3时序描述 用户MCU发送一次开始信号后,DHT11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.从模式下,DHT11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,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。 1.通讯过程如图1所示 图1 总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。 图2 总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,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 Datasheet SHT1x (SHT10, SHT11, SHT15 数字温湿度传感器 ? 完全标定? 数字信号输出? 低功耗 ? 卓越的长期稳定性 ? SMD 封装–适于回流焊接 外形尺寸 图 1 SHT1x 传感器尺寸(1mm=0.039inch,“ 11”表示该传感器型号为 SHT11。外部接口:1:GND, 2: DATA, 3: SCK, 4: VDD 传感器芯片 此说明书适用于 SHT1x-V4。 SHT1x-V4 是第四代硅传感芯片,除了湿度、温度敏感元件以外,还包括一个放大器, A/D 转换器, OTP 内存和数字接口。第四代传感器在其顶部印有产品批次号,以字母及数字表示,如“ A5Z ”,见图 1。 材质 传感器的核心为 CMOS 芯片,外围材料顶层采用环氧 LCP ,底层为 FR4。传感器符合 ROHS 和 WEEE 标准,因此不含 Pb, Cd, Hg, Cr(6+, PBB, PBDE 。 实验包 如要进行直接的传感器测量,传感器性能检验或者温湿度实验,客户可选用 EK-H2,其中包括传感器和与电脑配套的软、硬件。 如需进行更复杂的,要求更高的测量,可选用 EK-H3。它可以同时进行 20个点的温湿度测量。 产品概述 SHT1x (包括 SHT10, SHT11 和 SHT15 属于 Sensirion 温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上,输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的 CMOSens? 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性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此,该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。 每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定,校准系数以程序形式储存在 OTP 内存中,用于内部的信号校准。两线制的串行接口与内部的电压调整,使 基于单片机的DHT11温湿度 传感器设计 姓名：史延林 指导老师：黄智伟 学院：电气工程学院 学号：20094470321 摘要： 温湿度是生活生产中的重要的参数。本设计为基于单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温 湿度的控制报警。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用LCD1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。 关键词：单片机；DHT11温湿度传感器； LCD1602显示 第一章：课程构思 1.1课题背景 温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。 对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。 温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。1.2主要内容 基于51单片机SHT11温湿度传感器检测程序(含电路图) 下面是原理图： 下面是SHT11与MCU连接的典型电路： 下面是源代码： view source print? 001.#include 1、DHT11产品概述 DHT11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。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个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DHT11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OTP内存中，传感器内部在检测信号的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。 2、应用领域 ?暖通空调?测试及检测设备 ?汽车?数据记录器 ?消费品?自动控制 ?气象站?家电 ?湿度调节器?医疗 ?除湿器应用领域 3、接口说明 建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻 4、电源引脚 DHT11的供电电压为 3－5.5V。传感器上电后，要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。 5、串行接口 (单线双向) DATA 用于微处理器与 DHT11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 +8bi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。 6、封装信息 第7章DS18B20温度传感器 7.1 温度传感器概述 温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早起使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻，随着环境温度的变化，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。随着科技的进步，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域，为我们的生活提供便利。随着现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化、正成为传感器发展的一个重要方向。美国DALLS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。7.2 DS18B20温度传感器介绍 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1.DS18B20温度传感器的特性 ①独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 ②在使用中不需要任何外围元件。 ③可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 ④测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。 ⑤通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 ⑥用户可自设定非易失性的报警上下限值。 ⑦支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 ⑧负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2.引脚介绍 DS18B20有两种封装：三脚TO-92直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚SOIC贴片式。下图为实验板上直插式DS18B20的原理图。 3.工作原理 单片机需要怎样工作才能将DS18B20中的温度数据独取出来呢？下面将给出详细分析。 课程设计任务书 题目基于AD590的温度测控系统设计 系(部) 信息科学与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 班级电气092 学生姓名刘玉兴 学号090819210 月日至月日共周 指导教师(签字) 系主任(签字) 年月日 摘要 温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一。过去温度检测系统设计中,大多采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当,就会造成整个系统性能的下降。随着半导体技术的高速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展, 数字化、微型化、集成化成为了传感器发展的主要方向。 以单片机为核心的控制系统．利用汇编语言程序设计实现整个系统的控制过程。在软件方面，结合ADC0809并行8位A／D转换器的工作时序，给出80C51单片机与ADC0908并行A ／D转换器件的接口电路图，提出基于器件工作时序进行汇编程序设计的基本技巧。本系统包括温度传感器，数据传输模块，温度显示模块和温度调节驱动电路，其中温度传感器为数字温度传感器AD590，包括了单总线数据输出电路部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 关键词：单片机、汇编语言、ADC0809、温度传感器AD590 Abstract Temperature is the most common one of process parameters in automatic control and industrial production. In the traditional temperature measurement system design, often using simulation technology to design, and this will inevitably encounter error compensation, such as lead,complex outside circuit,poor anti-jamming and other issues, and part of a deal with them Improperly, could cause the entire system of the decline. With modern science and technology of semiconductor development, especially large-scale integrated circuit design technologies, digital, miniaturization, integration sensors are becoming an important direction of development. In the control systems with the core of SCM，assembly language programming is used to achieve the control of the whole system．Combining with the operation sequence of ADC0809，the interface circuit diagrams of 80C51 SCM and ADC0809 parallel A／D conveger ale given．The basic skills of assembly language programming based on the operation se—quenee of the chip ale put forward．This system include temperature sensor and data transmission, the moduledisplays 数字温湿度传感器DHT11 1、概述 DHTxx 系列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。传感器包括一个电阻式测湿元件和一个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DHTxx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OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行输出接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。本产品为 4 针单排引脚封装，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 ２、产品特性 湿温度传感器的一体化结构能相对的同时对相对湿度和温度进行测量。 数字信号输出，从而减少用户信号的预处理负担。 单总线结构输出有效的节省用户控制器的I/O口资源。并且，不需要额外电 器元件。 独特的单总数据传输线协议使得读取传感器的数据更加便捷。 全部校准。编码方式为8位二进制数。 40bit 二进制数据输出。其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte；温度 整数部分1Byte，小数部分1Byte。其中，湿度为高16位。最后1Byte为校验和。 卓越的长期稳定性，超低功耗。 4引脚安装，超小尺寸。 各型号管脚完全可以互换。 测量湿度范围从20％RH到90％RH；测量温度范围从0℃到50℃。 适用范围包括恒湿控制，消费家电类产品，温湿度计等领域。 ３、外型与引脚排列 引脚说明： Vcc 正电源 Dout 输出 NC 空脚 GND 地- 1 - 图3.0 DHT外型及管脚 4、详细引脚说明： 传感器管脚方向识别：正面（有通气孔的一面）看过去，从左到右依次为1、2、3、4脚。 表4.0 电源引脚，DHTxx的供电电压为 3.5~5.5V。传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。 5、订货信息 6 温度传感器实验 姓名学号 一、目的 1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理； 2、掌握热电偶的冷端补偿原理； 3、掌握热电偶的标定过程； 4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。 二、仪器 温度传感器实验模块 热电偶（K 型、E 型） CSY2001B 型传感器系统综合实验台（以下简称主机） 温控电加热炉 连接电缆 万用表：VC9804A，附表笔及测温探头 万用表：VC9806，附表笔 三、原理 （1）热电偶测温原理 由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。 图1中T 为热端，To 为冷端，热电势 本实验中选用两种热电偶镍铬—镍硅（K 分度）和镍铬—铜镍（E 分度）。 （2）热电偶标定 以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热电偶，被校热电偶热电势与标准热电偶热电势的误差为 式中：——被校热电偶在标定点温度下测得的热电势平均值。 ——标准热电偶在标定点温度下测得的热电势平均值。 ——标准热电偶分度表上标定温度的热电势值。 ——被校热电偶标定温度下分度表上的热电势值。 ——标准热电偶的微分热电势。 （3）热电偶冷端补偿 热电偶冷端温度不为0℃时，需对所测热电势值进行修正，修正公式为： E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0) 即：实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势 （4）铂热电阻 铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T≤650℃时， 式中：——铂热电阻T℃时的电阻值 ——铂热电阻在0℃时的电阻值 A——系数（=3.96847×10-31/℃） B——系数（=-5.847×10-71/℃2） 将铂热电阻作为桥路中的一部分在温度变化时电桥失衡便可测得相应电路的输出电压变化值。 （5）PN结温敏二极管 半导体PN 结具有良好的温度线性，根据PN 结特性表达公式 可知，当一个PN 结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，温度每升高一度，PN 结正向压降就下降2mv，利用PN 结的这一特性可以测得温度的变化。 （6）热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的热敏元件。它呈负温度特性，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。图2为金属铂热电阻与热敏电阻温度曲线的比较。 新型温湿度传感器SHT10的原理及应用 收藏此信息打印该信息添加：不详来源：未知 摘要：详细介绍Sensirion传感器公司推出的新型集成数字式温湿度传感器。该传感器采用CMOSens专利技术将温度湿度传感器、A/D转换器及数字接口无缝结合，使传感器具有体积小、响应速度快、接口简单、性价比高等特点。本文结合实例讲解该传感器的命令、时序，以及其在单片机系统中的应用。 关键词：SHT10；温湿度传感器；数字传感器；ATmeg8L 引言 随着社会的不断发展前进，人们进入了数字化信息时代，对生活质量的要求越来越高。汽车、空调、除湿器、烘干机等都已家喻户晓，它们都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。 瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSens technology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。 1 SHT10的特点 SHT10的主要特点如下： ◆相对湿度和温度的测量兼有露点输出； ◆全部校准，数字输出； ◆接口简单（2-wire）,响应速度快； ◆超低功耗，自动休眠； ◆出色的长期稳定性； ◆超小体积（表面贴装）； ◆测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃（25℃）。 2 引脚说明及接口电路 （1）典型应用电路 SHT10典型应用电路如图1所示。 （2）电源引脚（VDD、GND） SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100uF的电容器，用于去耦滤波。 实验一 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv) 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。 使用电池：AAA1.5V 1节 HTC-1温湿度计用户手册 产品规格： 湿度分辨率：1％ 温度测量范围：-10℃~70℃ 温度测量精度：约±1.0℃（1.8 oF）温度分辨率：0.1℃（0.2 oF） 湿度测量范围：30％RH~99％RH。 湿度测量精度：±5％(30%-70%) ±7％(其他) 基本功能： 温度/湿度显示 ℃/ oF温度切换显示 最高/最低温湿度记忆功能 12/24小时制时钟 整点报时功能 每日闹钟功能 日历显示功能 操作方法： 1、依机背指示方向推开电池门，取出电池隔片，然后装回电池门，该机即可用。 2、按键功能：（MODE）切换时钟与闹钟显示模式/设定当前时间、 闹钟、12或24小时制、日期（ADJ）调整被设项目的数值；（MEMORY）显示记忆中的最高/最低温湿度值/清除记忆的最高/ 最低温湿度值；（℃/ oF）切换温度单位以℃（摄氏度）或oF（华氏度）显示；（RESET）清除所有设定/记忆值，返回初始状态。 3、在初始状态下按住（MODE）1秒，当前时间的分钟数开始闪动，按（ADJ）可以调节分钟数，连续按（MODE）可以分别设定“时钟”、“12/24”、“月（M）”、“日（D）” 4、在当前时钟模式下，（时钟与分钟之间的两点每秒闪动一次）切换显示为闹钟模式（时钟与分钟之间的两点不闪动），此时按（ADJ）可以切换“闹钟”（Alarm）功能/“整点报时”()功能的开与关，再按住（MODE）2秒，可以设定闹铃时间，同时启动“整点极时”功能，（）符号出现。 5、在闹钟模式下，若无任何操作则一分钟后自动返回当前时钟，此时按一次（ADJ）切换至日历显示，3秒后自动返回当前时钟按 MAX/MIN钮，显示温/湿度最后次清除（CLEAR）以来的最大值。 6、按（MEMORY）可以显示记忆的温/湿度最大值（MAX）和最小值（MIN），按住（MEMORY）超过2秒可清除记忆的最大/最小值。 注意事项： 1、初次使用/更换电池时请按一次（RESET）（在机背后）； 2、若该机出现任何不良，请按一次（RESET） 3、电池用完后请放回政府指定地点 温湿度传感器SHT11 1 SHT11简介SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下： ◆高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上； ◆提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高； ◆测量精度可编程调节，内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)； ◆测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能； ◆封装尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式； ◆高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。 2 SHT11的引脚功能 SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如图1所示。 各引脚的功能如下： ◇脚1和4--信号地和电源，其工作电压范围是2.4～5.5 V； ◇脚2和脚3--二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线； ◇脚5～8--未连接。 3 SHT11的内部结构和工作原理 微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信的。通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I／O口模拟该通信时序。微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来 实现的，命令代码的含义如表1所列。 4 SHT11应用设计 微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信，所以硬件接门设计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器通用I／O口模拟通信协议。 4.1 硬件设计 SHT11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是：DATA数据线需要外接上拉电阻，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK最低频率没有要求；当工作电压高于4.5V时，SCK频率最高为10 MHz，而当工作电压低于4.5 V时，SCK最高频率则为1 MHz。硬件连接如图3所示。 4.2 软件设计 微处理器和温湿度传感器通信采用串行二线接口SCK和DATA，其中SCK为时钟线，DATA为数据线。该二线串行通信协议和I2C协议是不兼容的。在程序开始，微处理器需要用一组"启动传输"时序表示数据传输的启动，如图4所示。当SCK时钟为高电平时，DATA翻转为低电平；紧接着SCK变为低电平，随后又变为高电平；在SCK时钟为高电平时，DATA再次翻转为高电平。 AD590温度测试系统实验报告 一实验感想与总结 经过一个多月的实验，从开始的温度传感器到最后的接口总线，16单片机，TLC2543，串口等等的学习，完成了一个小的智能开换系统的了解，制作与测试。同时也让我学到了不少知识及动手操作能力，第一次感觉自己在课间时间也学到了东西，也见识到了一些简单的器材，机械，这样的感觉真的特别好，我希望这样的实验可以多安排一些，能让我们好好学一番，在这里先谢谢老师啦，谢谢！ 1 具体的一些感想： （1)我是从原理图打印出来以后开始对这个实验了解的。画原理图时不能为了快单纯的画线，要注意图中接口处的标注，每个接口的功能是不一样的，要提前认识原件的接口设置。 （2)假如不借用标准号直接Update生成pCB图时，画线要注意每根线的连接必须正确，否则将导致PCB图无法显示或整个设计的错误；另外，就是可以借助标准号直接生成。 （3)在设置原理图时，每个元器件的封装必须要有，否则就会和我们一样，在Update后元器件就没有，无法进行布线连接。另外就是在对每个元器件画封装的时候，要注意管脚处的数字标号设置，应该完全按照器件结构去描述（我们在设置AD590封装设计时，标号用‘0’和‘1’显然在封装时就无法显示，导致AD590就只有一根连接线，无法完成正确的布线连接） （4)在Update后进行布线时，我看着视频学了一下，可当自己 操作时，一点都不如意（开始的第一次安放元器件后，布线开始，有好多线要跳接，线看着还凌乱）。又试着做了四五次之后才真正体会到“话真不是说说的，自己操作后才知道它的难啊”。最后实验室回来，按照老师发的那个PCB布线图，自己再开始尝试，遇到一个新问题，布线时，那些GND，VCC,+5v线的连接用的是一些不规则图形布线，我还是无法触及。 （5)焊接电路板，自己完成了通孔的打眼，焊点的焊接。 （6)测试时，发现自己做的电路板没有电源显示的LED灯,当测试时不能醒目的了解电路是否供电；电路通过一个7805T输入9.25v电压输出5.11v使电路正常工作；部分器件的安放还是不太好，电路板整体看上去比较凌乱。 （7)我们还没进行程序调试，在后八周会好好完成。 2 总结 经过一个月的实验学习，从刚开始的AD590温度测试原理图的分析，到最后电路板的制作测试，我们小组完成了一个小型的智能测试系统的制作，不进让我们体会到理实验是检验真理的唯一标准，还让我们认识到了一部分的元器件，学习到了一些经验。读AD590手册制作指出，AD590的工作电压是4到30v，如果是4.8v是不能实现的，必须通过实验才让我们记得更确切。一个月的学习制作，让我从实验中领悟到了课本上无法学到的很多东西，知道了真实制作和想想是很大区别的，用理论联系实际，从实践中学习，总结过去的错误，注重现实制作的重要，读懂更 SWD系列 温度传感器用户使用说明书北京传感星空自控技术有限公司 SWD 系列温度传感器 使用说明书 SWD 系列温度传感器是用铂金属丝制成的测温度电阻器，可用来测量各种液体、气体等流体的温度。具有精度高、分辨率好，安全可靠、使用方便等优点，也可以直接测量各种生产过程中的液体、蒸气和气体介质的温度。 一、原理 本传感器是利用铂金属（PT100）在温度变化时自身电阻也随着变化的特性来测量温度的。它的受热元件是利用细铂丝均匀的双绕在绝缘材料制成的骨架上。 二、技术指标 1、0℃对应电阻为100Ω，100℃对应电阻为138.5Ω 2、测量范围：-200～500℃ 3、时间参数：<5秒 4、外型尺寸：参照定货要求 三、传感器接线示意图 四、 安装使用方法及注意事项1、本温度传感器通过螺纹固定。在固定的时候切记不要用力过度，以免损坏传感器。 2、如传感器有杂质粘附于传感器上，要及时清洗，保证传感器可靠、准确运行。 3、线缆的铺设以不防碍现场工作人员的现场操作和不易被砸碰、损坏且架 设安全可靠为原则。三线制四线制 4、传感器接触的介质应为经常流动的介质，这样才能保证所测值的准确性。 五、故障现象及现场处理办法 1、如果温度传感器在使用过程中发生故障，如无信号输出或超过标准输出，首先应检查线缆的断线、短路及接线的脱落。 2、怀疑温度传感器有故障，可用万用表测量铂电阻的电阻值是否在正常范围之内。如铂电阻的输入正常，则应检查上位仪表。 3、本传感器出厂时已作密封处理，如出现故障，请送厂里维修，用户不要自行拆卸。 4、本传感器自出售之日起。一年内出现故障，可免费维修或更换，终身维修。 基于89C51单片机SHT11温湿度传感器电路图于程序作者：志杰 SHT11.h文件： #ifndef __SHT11_H__ #define __SHT11_H__ /************************* SHT11相关命令 **************************/ #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define TEM_TEST 0x03//温度检测命令 #define HUM_TEST 0x05//湿度检测命令 #define REG_READ 0x07//读寄存器 #define REG_WRITE 0x06//写寄存器 #define FUNCTION_SET 0x01//设置SHT11的工作精度为8位/湿度12位温度/************************** SHT11端口定义 ***************************/ sbit SHT11_DATA=P3^1; sbit SHT11_SCK=P3^0; sbit P33=P3^3; sbit P32=P3^2; sbit P36=P3^6; sbit P37=P3^7; uchar flag_tempeture=0; //显示温度位置的标志 uchar flag_humidity=0; //显示湿度位置的标志 uchar code str1[]={ 0x10,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06,0x00};//温度图标 uchar code str6_sht11[]="%RH "; uchar code str4_sht11[]="humi="; uchar code str2_sht11[]="temp="; uchar code str7_sht11[]=" ";//清除没不要的显示 /*************************** 函数名称:Delay() 函数功能:SHT11部延时 ****************************/ void Delay() { ; ; } /*************************** 函数名称:Delay_Ms() 函数功能:SHT11检测等待延时 函数说明:11ms/55ms/210ms 分别对应8位/12位/14位测量结果 对应的形参为N 则延时Nms ****************************/ void Delay_Ms(uint ms) // ms延时函数(AT89C51 11.0592MHz)DHT11温湿度传感器与单片机之间的通信
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