山西电子技术 2011 年第 4 期 文章编号:1674-4578(2011)04-0045-02 应用实践 基于 DHT11 的实验室多点温湿度报警系统设计 王志宏，白翠珍 ( 山西医科大学 基础医学院，山西 太原 030001) 摘 要:以单片机为控制核心，采用 DHT11 温湿度传感器，12864LCD 显示模块，实现了实验室多点温湿度参数 的实时采集、显示和超限报警功能。系统的优点为单总线串口通信，使系统结构简化，节约了单片机资源，易于系 统的功能扩展。 关键词:DHT11; 单片机; 温湿度传感器; 报警 中图分类号:TP723 文献标识码:A 0 引言 实验室作为学生实验和科研活动的重要场所，实验室环 境指标是否符合要求，直接关系到实验能否顺利进行，乃至 实验的成败，特别是对于医学院校生物、生理等实验课程，都 要求稳定的实验室环境，所以对于实验室环境参数的检测就 显得尤为重要。传统的实验室温度湿度检测方案基本使用 温湿度传感器采集信号，经放大、滤波、校准、模数转换、显示 等硬件电路实现，这种方案由于硬件系统复杂，调试困难，使 用时系统小元件故障就可能造成系统不稳定乃至瘫痪 。鉴 于此，我们采用数字温湿度传感器 DHT11 对传统温湿度检 测方案进行改进设计，对实验室温湿度参数采用多点检测， 实现了实时综合评估实验室温湿度环境适宜性的目的。 1 系统原理及硬件构成 1． 1 系统原理 实验室多点温湿度报警系统原理框图如图 1 所示，由低 性价比单片机对数字温湿度传感器控制，通过模拟温度传感 器通讯时序，实现对温湿度数据采集，并对数据处理、显示。 当温湿度数据超出设定温湿度值时，由单片机驱动报警装 置，实现现场报警功能。 图 1 系统原理结构框图 1． 2 硬件选型 3 1 ，主控 芯 片 为 ST7921 ］，与传统 8051 单片机［ 单 片 机 选 用 国 产 宏 晶 科 技生 产 的 高 性 价 比 ］相比，其具有功 STC89C51RC 系列［ 耗低，抗外部电磁辐射干扰强，程序下载方式为 UART 方式 等优 点，使 用 非 常 方 便。 显 示 模 块 采 用自 带 汉 字 库 的 ，要 求 支 持 串 口 通 信 ( 部 分 LCD12864 LCD 模块需要跳线才能实现串口通信功能) 。报警装置采 用 LED 与蜂鸣器实现声光报警，当温湿度超出设定值时，单 片机 I / O 口输出高电平，经 NPN 型三极管驱动大电流蜂鸣 器和高亮发光管，实现报警功能。 1． 3 DHT11 特性研究 ［ 2 ］数字温湿度传感器，是一款含有已校准数字信 DHT11 号输出的温湿度复合传感器。测量范围相对湿度 20% ～ ，摄氏温度 0 ～ 50 ℃ 。传感器包括一个电阻式感湿 90% RH 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。数据接口采用单线制串行接口，信号传输距离可达 20 m 以上。传感器典型连接方式如图 2 所示，电源正与地 跟单片机电源正和地相连接， 8 路数据接口分别接 5． 1 k 上 拉电阻与单片机 P1 口连接。 图 2 DHT11 典型连接图 DHT11 数字温湿度传感器采用单线双向的串行接口技 ，数据分小数部分和整数部分，一次 术，一次通讯时间约 4ms ，高位在先。即 8bit 湿度整数数据 完整的数据传输为 40bit + 8bit 湿度小数数据 + 8bit 温度整数数据 + 8bit 温度小数数 据 + 8bit 校验码，其中校验数据等于上述 4 个 8bit 数据之和 ; 温 所得结果的末 8 位。例如: 读取数据为: 湿度为: 36． 50% ， ， 度为 22． 80 ℃ 0010 0100 0011 0010 ，其数值对应于温湿度如表 ， 0001 0110 0101 0000 1 所示。 ，则对应的 40bit 数据为: ， 1011 1100 表 1 40bit 数据结构表 二进制 十六进制 十进制 湿度整数 湿度小数 温度整数 温度小数 0010 0100 0011 0010 0001 0110 0101 0000 24H 32H 16H 50H 36． 50 22． 80 BCH 1011 1100 校 验 码 DHT11 与单片机主机通讯过程时序如图 3 所示，总线空 闲状态为高电平，主机把总线拉低大于 18 ms 等待 DHT11 响应，等开始信号结束后，延时等待 20 ～ 40 μs ， DHT11 然后 发送 80 μs 低电平响应信号，然后主机读取 DHT11 的响应信 号，若总线为低电平，说明 DHT11 发送响应信号， DHT11 发 ，准备发送数据，每 1bit 数 送响应信号后，再把总线拉高 80 μs 收稿日期: 2011 － 05 － 12 作者简介: 王志宏( 1979- ) ，男，山西临县人，实验师，主要从事生物物理研究。 

64 山 西 电 子 技 术 2011 年 ; 70 μs 表示数字 1 据都以 50 μs 低电平时隙开始，高电平的长短( 26 μs ～ 28 μs ) 决定了数据位是 0 或 1。如 表示数字 0 果读取响应信号为高电平，则 DHT11 没有响应，应当检测器 件或电路。当最后 1bit 数据传送完毕后， DHT11 拉低总线 ，随后 总 线 由 上 拉 电 阻 拉 高 进 入 空 闲 状 态。当 用 户 50 μs MCU 再次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，这是读到的数据为上次测量的数据， 要得到实时温湿度数据，必须连续两次读取温湿度值，且第 二次读到的值为当前的温湿度值。这一点特别值得注意。 图 3 DATA 数据通讯时序图 2 系统软件 4 软件结构比较简单，总体流程如图 4 所示。主要包括了 ］，数据的读取、计算、显示、超限判断 系统各部分的初始化［ 等。程序编写首先要用单片机软件模拟 DHT11 时序，驱动 单个传感器模块，然后应用模块化编程方法集成整个系统软 件，以实现各项功能。 3 总结 本文采用了单总线数字温度、湿度传感器，应用单片机 原理， LCD 显示技术，实现了实验室多点温湿度参数的实时 显示和超限报警系统，保障了实验室环境的可靠性，有效地 提高了实验成功率。本系统还可以根据需要增加其他模块， 通过控制比如通风，加温等装置，达到自动控制实验室环境 的目的。 图 4 程序流程图 参考文献 ［1］ STC89C51RC / RD + 系列单片机器件手册［EB / OL］． http / / www． MCU-Memory． com． 2009． 02． 02． ［2］ 温湿度模块 DHT11 产品手册［EB / OL］． http / / www． aosong． com． ［3］ 李泉溪． 单片机原理与应用实例仿真［M］． 北京: 北京 航空航天大学出版社，2009: 266 － 269． ［4］ 刘向宇． PIC 单片机 C 语言设计实例精粹［M］． 北京: 电子工业出版社，2010: 181 － 182． Design and Implementation of Multi-point Temperature and Humidity Alarm Systemin Laboratory Based on DHT11 advantage of system is the using of single bus serial communication easily expand the function． ; : Key words DHT11 MCU ; temperature humidity sensor ; alarm 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 ( 上接第 40 页) ［2］ Zoran ZIVKOVIC，Ferdinand VAN DER HEIJDEN． Re- cursive Unsupervised Learning of Finite Mixture Models ［J］． IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2004，26( 5) : 651 － 656． ［4］ Long W，Yang Y． Stationary Background Generation: An- alternative to the Difference of Two Images［J］． Pattern Recognition，1990，23( 12) : 1351 － 1359． ［5］ 肖梅，韩崇昭． 一种视频序列的背景提取算法［J］． 光 ［J］． 软件学报，2005，16( 9) : 1568 － 1576． ［3］ 侯志强，韩崇昭． 基于像素灰度归类的背景重构算法 电工程，2005，32( 4) : 78 － 81． Background Extraction in Traffic Flow Eetection by Video ( 1． The College of Information ， Tang Jia-lin1 ， Wang Zhen-bo2 ， ， Beijing Institute of Technology Zhuhai Campus ， Chen Hua-chun1 ， ， Zhuhai Guangdong 519085 ， ; ) China ， Chin 2． Research Center of Intelligent Transportation System Sun Yat-Sen University Guangzhou Guangdong 510006 Background extraction is a fundamental and critical task in video traffic detection system． Approaches of background ex- that are the methods based on model and the model-free methods． With lower time-consuming model-free methods can satisfy the demand on real-time processing in video traffic detection system． This essay compares four and background learning method by ana- including medial filtering histogram method median filtering ， ， ， ， : Abstract ， traction can be divided into two groups feature common model-free methods lyzing traffic video : ， ， Key words and gains a conclusion on their features． model-free methods background extraction ; ; background updates ( College of Preclinical Medicine Taiyuan Shanxi 030001 ， China ) Wang Zhi-hong ， Bai Cui-zhen ， Shanxi Medical University ， The system takes MCU as control core and uses temperature and humidity sensor-DHT11 and 12864LCD display mod- : Abstract ule to realize the real-time collecting displaying and overrun alarming of multi-point temperature and humidity parameters in Lab ， ． The makes a simple system structure to save the MCU resources and ， ，