【Protues仿真】基于AT89C52单片机的温湿度测量

目录

1DHT11温度湿度传感器

1.1传感器简介

1.2引脚定义（从左到右，面对网格面）

1.3时序 & 校验（原理速览）

1.4常见故障排查

2 DHT11温度湿度传感器数据

2.1 DHT11温度湿度传感器数据格式

2.1.1数据格式

2.1.2例子

2.13注意

2.2 DHT11温度湿度传感器数据传输时序

2.3 DHT11的数据信号转换

2.4 DHT11温度湿度传感器数据传输时序实测

2.5 仿真过程可能遇到的问题

2.5.1 无法读取有效数据

2.5.2 数据失真

3基于AT89C52单片机的温湿度测量电路原理图

3.1连接电路

3.2设置元件参数：

4基于AT89C52单片机的温湿度测量控制程序

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摘要：DHT11温湿度传感器是一款低成本数字传感器，采用单总线协议通信，测量范围为0-50℃（±2℃精度）和20-90%RH（±5%RH精度）。供电电压3.3V-5.5V，建议5V供电，采样周期需≥1秒。其40bit数据帧包含湿度、温度整数部分（小数位固定为0）和校验和。使用时需注意DATA引脚需4.7kΩ上拉电阻，避免接线过长（＞20m）和采样间隔过短。常见故障包括数据全零（上拉电阻问题）、固定值（校验失败）或异常值（传感器受潮）。文章还详细介绍了基于AT89C52单片机的硬件连接方案和软件实现流程，包括时序控制、数据校验及LCD1602显示程序。对于更高精度需求，建议升级至DHT22或SHT30系列传感器。

1DHT11温度湿度传感器

1.1传感器简介
 

功能：同时测量温度（0–50 °C）和相对湿度（20–90 %RH）。
数字输出：单总线（One-Wire）协议，不是 1-Wire，也不是 I²C，而是“自定义单线”。
供电：3.3 V–5.5 V 均可，但官方标称 5 V。
精度：温度 ±2 °C，湿度 ±5 %RH（典型值）。
采样周期：≥1 s；换句话说，两次读取必须间隔 1 秒以上，否则返回上一次数据。

1.2引脚定义（从左到右，面对网格面）

VCC（3.3–5 V）

DATA（单线 I/O，需上拉 4.7 kΩ 到 VCC）

NC（空脚，有时厂家把它当 GND，请查自己模块的丝印）

GND

1.3时序 & 校验（原理速览）
 

主机把 DATA 拉低 ≥18 ms → 拉高 20–40 μs → 切换到输入 → DHT11 回 80 μs 低 + 80 μs 高 → 开始 40 bit 数据，高位在前：
8 bit 湿度整数
8 bit 湿度小数
8 bit 温度整数
8 bit 温度小数
8 bit 校验和 = 前 4 字节之和的低 8 位

1.4常见故障排查

1读出来全是 0 或 NaN：
DATA 引脚没上拉，或上拉电阻太大/太小。
采样间隔 <1 s。
接线过长 >20 m，信号失真。

2温度固定 0 °C 或 25 °C：
校验和失败，库返回旧值。

3湿度 99 % 或 1 %：
传感器进水或长期高湿，塑料外壳结露。

4在 3.3 V 系统不稳定：
某些 DHT11 批次 3.3 V 边缘供电，换成 5 V 供电 + 电平转换。

5升级路线
精度：DHT22/AM2302（-40–80 °C，±0.5 °C，±2–3 %RH）。
长期稳定性：Sensirion SHT30/SHT31/SHT35（I²C 接口，±0.2 °C，±2 %RH）。
低功耗：SHTC3（1.8 V，睡眠 0.5 µA）。
工业级：AM2315C（防结露，RS485）。

2 DHT11温度湿度传感器数据

2.1 DHT11温度湿度传感器数据格式

DHT11 一次完整的“应答帧”固定 40 bit（5 Byte），数据按 高位在前（MSB first） 顺序一次性从 DATA 脚发出。

2.1.1数据格式

字节序号

位宽

含义

取值范围

说明

Byte0

8 bit

湿度整数部分

0x00–0xFF (实际 0–90)

8 位无符号

Byte1

8 bit

湿度小数部分

0x00

DHT11 永远为 0（保留位）

Byte2

8 bit

温度整数部分

0x00–0xFF (实际 0–50)

8 位无符号

Byte3

8 bit

温度小数部分

0x00

DHT11 永远为 0（保留位）

Byte4

8 bit

校验和

0x00–0xFF

Byte0+Byte1+Byte2+Byte3 的低 8 位

2.1.2例子

主机收到的 40 bit 原始数据为：
0010 0011 0000 0000 0001 1001 0000 0000 0010 1100
按字节划分：
Byte0 = 0x23 = 35 → 湿度整数 = 35 %
Byte1 = 0x00 → 湿度小数 = 0 → 湿度 = 35.0 %
Byte2 = 0x19 = 25 → 温度整数 = 25 °C
Byte3 = 0x00 → 温度小数 = 0 → 温度 = 25.0 °C
Byte4 = 0x2C = 44，校验和正确（0x23+0x00+0x19+0x00 = 0x3C → 低 8 位 0x3C？不对，这里举例值仅作演示，实际必须等于前 4 字节和）。

2.13注意

DHT11 没有负数表示，如需负温请改用 DHT22/AM2302。
小数位固定为 0，所以有效分辨率分别是 1 %RH 和 1 °C。

2.2 DHT11温度湿度传感器数据传输时序

DHT11温湿度传感器的数据传输时序如上图所示，首先设备上电，默认位高电平

(主机信号)然后，主机至少拉低18ms，再拉高20-40us，等待DHT11的响应信号

(DHT11信号（包含响应信号和数据信号）)DHT11的响应信号先拉低40-50us，然后DHT11的响应信号再拉高40-50us，然后等待DHT11的数据信号

2.3 DHT11的数据信号转换

DHT11的数据信号转换如上图所示，一次完整的“应答帧”固定40 bit（5 Byte），每一bit数据开始都为12-14us的低电平(1bit数据的开始标志)；然后将模拟量(电压值)转换为二进制数，

当高电平持续时间为26-28us时，表示二进制“0”，当高电平持续时间为116-118us时，表示二进制“1”，这样就将1bit模拟量转化为数字量。

2.4 DHT11温度湿度传感器数据传输时序实测

DHT11温度湿度传感器数据传输时序如上图所示，低电平部分表示：主机读数据请求信号

高电平部分表示：数据采样间隙

高电平和低电平之间部分：DHT11信号（包含响应信号和数据信号）

DHT11的data引脚信号（包含响应信号和数据信号）局部放大如上图所示

再放大如上图所示

DHT11信号（包含响应信号和数据信号）如上图所示，与理论相差不多

2.5 仿真过程可能遇到的问题

2.5.1 无法读取有效数据

如上图所示，DHT11信号（包含响应信号和数据信号）未进行响应，所示一直为高电平。

解决措施：

主机至少拉低18ms，即延时18ms以上

2.5.2 数据失真

如上图所示，数据存在较多噪声，读取时会读错。

解决措施：

如上图所示，加上拉电阻。

3基于AT89C52单片机的温湿度测量电路原理图

3.1连接电路

按照上面的电路图连接各元件

DHT11的DATA引脚接P3.0，并添加10kΩ上拉电阻到VCC

LCD1602的RS、E分别接P2.0、P2.2

LCD1602的RW接P2.1

LCD1602的数据口D0-D7接P0.0-P0.7

P0口添加排阻上拉到VCC

添加11.0592MHz晶振和30pF电容到XTAL1和XTAL2

添加10kΩ电阻和10μF电解电容构成复位电路

3.2设置元件参数：

双击AT89C52，设置晶振频率为11.0592MHz

双击DHT11，可以设置初始温湿度值用于测试

4基于AT89C52单片机的温湿度测量控制程序

如上图所示，控制程序能够实现AT89C52单片机读取DHT11温湿度传感器数据并在LCD1602显示屏上显示。

//头文件与位定义#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit Data=P3^0; //DTH11 data线uchar rec_dat1[4]; //DTH11 湿度数据uchar rec_dat2[4]; //DTH11 温度数据 bit fg=1; sbit RS = P2^0; sbit RW = P2^1; sbit EN = P2^2;//ms延时函数int delay(unsigned char xms){ unsigned char x,y; for(x=xms;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); return 0;}//DHT11 us延时函数void DHT11_delay_us(uchar n){ while(--n);}//DHT11 ms延时函数void DHT11_delay_ms(uint z){ uint i,j; for(i=z;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}//LCD写命令int write_com(unsigned char com){ RS = 0; RW = 0; P0 = com; delay(5); EN = 1; delay(5); EN = 0; return 0;}//LCD初始化int LCD_init(){ EN = 0; write_com(0X38);//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 write_com(0X0C);//设置开显示，不显示光标 write_com(0X06);//写一个字符时，整屏右移 write_com(0X01);//清屏 return 0;}//LCD写数据int write_date(unsigned char data1){ RS = 1; RW = 0; P0 = data1; delay(5); EN = 1; delay(5); EN = 0; return 0;}//LCD显示void LCD_send(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char str[],unsigned char n){//输入：显示行数i,列数j，输出字符，输出字符长度nunsigned char x=0;if(i==1){write_com(0x80+j);}else{write_com(0x80+0x40+j);} for(x=0;x<n;x++) { write_date(str[x]); delay(150); }}//DHT11开始void DHT11_start(){//开始信号 低电平18us以上 高电平20-40us Data=1; DHT11_delay_us(2); Data=0; DHT11_delay_ms(40);//延时18ms以上 Data=1; DHT11_delay_us(30);//延时20-40us}//DHT11接收字节uchar DHT11_rec_byte() //接收一个byte(8bit){//处理响应信号 低电平40-50us高电平40-50us uchar i,dat=0; for(i=0;i<8;i++) //从高到低依次接收8位数据 {  while(!Data); //等40-50us //通过高电平持续时间分别0和1（二进制） //低电平为bit位分割 DHT11_delay_us(10); //延时60us，如果还为高则数据为1，否则为0 //数据信号 dat<<=1;  //移位使正确接收8位数据，数据为0时直接移位 if(Data==1) //数据为1时，使dat加1来接收数据1 dat+=1;//分割Bit位数据 while(Data); //等待数据线拉低 } return dat;}//DHT11接收数据void DHT11_receive() //接收40bit数据（5byte){ uchar R_H,R_L,T_H,T_L,RH,RL,TH,TL,revise; DHT11_start(); if(Data==0) { while(Data==0); //等待拉高 DHT11_delay_us(40); //拉高后延时80us R_H=DHT11_rec_byte(); //接收湿度高八位 R_L=DHT11_rec_byte(); //接收湿度低八位 T_H=DHT11_rec_byte(); //接收温度高八位 T_L=DHT11_rec_byte(); //接收温度低八位 revise=DHT11_rec_byte(); //接收校正位 DHT11_delay_us(25); //结束 if((R_H+R_L+T_H+T_L)==revise) //校正 { RH=R_H; RL=R_L; TH=T_H; TL=T_L; } //湿度处理 rec_dat1[0]=\'0\'+(RH/10); rec_dat1[1]=\'0\'+(RH%10); rec_dat1[2]=\'R\'; rec_dat1[3]=\'H\';//温度处理 rec_dat2[0]=\'0\'+(TH/10); rec_dat2[1]=\'0\'+(TH%10); rec_dat2[2]=0xdf;rec_dat2[3]=0x43;//摄氏度符号 }} //主函数void main() { LCD_init();//LCD初始化LCD_send(1,0,\"HUM:\",4);//湿度标题LCD_send(2,0,\"TEM:\",4);//温度标题 DHT11_delay_ms(100); //DHT11上电后1s内不发送指令 while(1) { DHT11_receive();//DHT11接收数据LCD_send(1,5,rec_dat1,4);//LCD数据显示LCD_send(2,5,rec_dat2,4);//LCD数据显示} }