實驗室作為學生實驗和科研活動的重要場所，實驗室環(huán)境指標是否符合要求,，直接關系到實驗能否順利進行,，乃至實驗的成敗，特別是對于醫(yī)學院校生物,、生理等實驗課程,，都要求穩(wěn)定的實驗室環(huán)境，所以對于實驗室環(huán)境參數(shù)的檢測就顯得尤為重要,。傳統(tǒng)的實驗室溫度濕度檢測方案基本使用溫濕度傳感器采集信號,，經放大,、濾波、校準,、模數(shù)轉換,、顯示等硬件電路實現(xiàn)，這種方案由于硬件系統(tǒng)復雜,，調試困難,，使用時系統(tǒng)小元件故障就可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定乃至癱瘓。鑒于此,，我們采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11對傳統(tǒng)溫濕度檢測方案進行改進設計,，對實驗室溫濕度參數(shù)采用多點檢測，實現(xiàn)了實時綜合評估實驗室溫濕度環(huán)境適宜性的目的,。

　　1 系統(tǒng)原理及硬件構成

　　1.1 系統(tǒng)原理

　　實驗室多點溫濕度報警系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,，由低性價比單片機對數(shù)字溫濕度傳感器控制，通過模擬溫度傳感器通訊時序,，實現(xiàn)對溫濕度數(shù)據(jù)采集,，并對數(shù)據(jù)處理、顯示,。當溫濕度數(shù)據(jù)超出設定溫濕度值時,，由單片機驅動報警裝置，實現(xiàn)現(xiàn)場報警功能,。

圖1 報警系統(tǒng)原理圖

　　1.2 硬件選型

　　單片機選用國產宏晶科技生產的高性價比STC89C51RC系列,，與傳統(tǒng)8051單片機相比，其具有功耗低,，抗外部電磁輻射干擾強,，程序下載方式為UART方式等優(yōu)點，使用非常方便,。顯示模塊采用自帶漢字庫的LCD12864,，主控芯片為ST7921，要求支持串口通信(部分LCD模塊需要跳線才能實現(xiàn)串口通信功能),。報警裝置采用LED與蜂鳴器實現(xiàn)聲光報警,，當溫濕度超出設定值時，單片機I/O口輸出高電平,，經NPN型三極管驅動大電流蜂鳴器和高亮發(fā)光管,，實現(xiàn)報警功能。

　　1.3 DHT11特性研究

　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器,，是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器,。測量范圍相對濕度20%～90%RH，攝氏溫度0～50℃,。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件,，并與一個高性能8位單片機相連接,。數(shù)據(jù)接口采用單線制串行接口，信號傳輸距離可達20 m以上,。傳感器典型連接方式如圖2所示,，電源正與地跟單片機電源正和地相連接，8路數(shù)據(jù)接口分別接5.1 k上拉電阻與單片機P1口連接,。

圖2 傳感器典型連接方式

　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單線雙向的串行接口技術,，一次通訊時間約4ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,，高位在先。即8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗碼,，其中校驗數(shù)據(jù)等于上述4個8bit數(shù)據(jù)之和所得結果的末8位,。例如：讀取數(shù)據(jù)為：濕度為：36.50%;溫度為22.80℃，則對應的40bit數(shù)據(jù)為：0010 0100,，0011 0010,，0001 O110，0101 0000,，1011 1100,，其數(shù)值對應于溫濕度如表1所示。

　　DHT11與單片機主機通訊過程時序如圖3所示,，總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低大于18ms等待DHT11響應,，等開始信號結束后,，延時等待20～40μs，DHT11然后發(fā)送80μs低電平響應信號,，然后主機讀取DHT11的響應信號,，若總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應信號,，DHT11發(fā)送響應信號后,，再把總線拉高80μs，準備發(fā)送數(shù)據(jù),，每1 bit數(shù)據(jù)都以50μs低電平時隙開始,，高電平的長短(26μs～28μs表示數(shù)字0;70μs表示數(shù)字1)決定了數(shù)據(jù)位是0或1。如果讀取響應信號為高電平,，則DHT11沒有響應,，應當檢測器件或電路。當最后1 bit數(shù)據(jù)傳送完畢后,，DHT11拉低總線50μs,，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài),。當用戶MCU再次發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,，等待主機開始信號結束后,，DHT11發(fā)送響應信號，送出40blt的數(shù)據(jù),，這是讀到的數(shù)據(jù)為上次測量的數(shù)據(jù),，要得到實時溫濕度數(shù)據(jù)，必須連續(xù)兩次讀取溫濕度值,，且第二次讀到的值為當前的溫濕度值,。這一點特別值得注意。

　　2 系統(tǒng)軟件

　　軟件結構比較簡單,，主要包括了系統(tǒng)各部分的初始化,，數(shù)據(jù)的讀取、計算,、顯示,、超限判斷等。程序編寫首先要用單片機軟件模擬DHT11時序,，驅動單個傳感器模塊,，然后應用模塊化編程方法集成整個系統(tǒng)軟件，以實現(xiàn)各項功能,。

　　3 總結

　　本文采用了單總線數(shù)字溫度,、濕度傳感器，應用單片機原理,，LCD顯示技術,，實現(xiàn)了實驗室多點溫濕度參數(shù)的實時顯示和超限報警系統(tǒng)，保障了實驗室環(huán)境的可靠性,，有效地提高了實驗成功率,。本系統(tǒng)還可以根據(jù)需要增加其他模塊，通過控制比如通風,，加溫等裝置,，達到自動控制實驗室環(huán)境的目的。