Датчик температуры и влажности DHT11: даташит, спецификации, подключение и протокол обмена

Температура и влажность воздуха — ключевые параметры микроклимата. Для одновременного их измерения используется комбинированный цифровой датчик DHT11. Он дешев, распространен в Arduino/Raspberry Pi проектах, имеет калибровку на производстве и выдает данные по однопроводному протоколу. Эта статья — полный обзор даташита DHT11: характеристики, распиновка, протокол, формат данных, типичные ошибки и аналоги.

1. Что такое DHT11?

DHT11 — это комбинированный цифровой датчик относительной влажности и температуры. Внутри корпуса:

• Емкостной датчик влажности (полимерный, изменяет емкость в зависимости от влажности).
• Термистор (NTC) для измерения температуры.
• 8-битный микроконтроллер (ASIC) — выполняет АЦП, калибровку, линеаризацию и выдает цифровой пакет по Single-Bus протоколу.

Калибровочные коэффициенты хранятся в OTP-памяти (One-Time Programmable). Диапазон передачи сигнала до 20 м (при хорошем проводе и питании 5 В). Напряжение питания 3.3–5.5 В.

2. Применение DHT11

• Умный дом: климат-контроль, увлажнители, кондиционеры.
• HVAC системы (вентиляция, отопление, кондиционирование).
• Автомобили: климат-контроль салона.
• Метеостанции (любительские/образовательные).
• Дата-логгеры (запись на SD, отправка в облако).
• Медицинское оборудование (инкубаторы, стерилизаторы).
• Автоматизация процессов (сушка, теплицы, склады).

3. Преимущества DHT11

1. Хорошая долгосрочная стабильность (< ±0.5% RH/год).
2. Дальность передачи до 20 м.
3. Низкое потребление (60 мкА в standby, 0.3 мА при измерении).
4. Адаптивный ускорение памяти (внутренний MCU).
5. Удобный 4-пиновый корпус в один ряд (DIP-4).

4. Технические характеристики

Питание и общие параметры

• Напряжение питания: 3.5–5.5 В DC
• Период измерения (sampling period): > 2 секунды (не опрашивайте чаще!)
• Ток покоя: 60 мкА
• Ток измерения: 0.3 мА
• Корпус: 4 пина в ряд (DIP-4)

Влажность (Relative Humidity)

• Выходной сигнал: цифровой, Single-Bus
• Диапазон измерения: 20–80% RH (при 50°C)
• Чувствительный элемент: полимерный резистор
• Взаимозаменяемость: полная
• Долгосрочная стабильность: < ±0.5% RH/год
• Точность: ±5% RH (при 25°C)
• Гистерезис: < ±0.3% RH
• Разрешение: 1% RH

Температура

• Разрешение: 1°C
• Повторяемость: ±1°C
• Рабочий диапазон: 0–50°C
• Точность: ±2.0°C

5. Распиновка DHT11

Пин	Название	Функция	Цвет провода (типовый)
1	VCC	Питание 3.5–5.5 В DC	Красный
2	DATA	Последовательные данные, Single-Bus	Желтый / Белый
3	NC	Не подключен (не используется)	—
4	GND	Земля, общий провод	Черный

Важно: Модуль (плата с датчиком) обычно уже имеет на плате подтягивающий резистор 4.7–10 кОм на линии DATA и фильтрующий конденсатор 100 нФ на питании. Если используете «голый» датчик (корпус DIP-4) — добавьте их сами: R_pullup 4.7–10 кОм (DATA → VCC), C_bypass 100 нФ (VCC → GND).

6. 2D-модель корпуса

7. Протокол обмена данными (Single-Bus)

Обмен инициирует мастер (МК). Датчик — ведомый (slave). Один цикл связи до 4 мс. Подтягивающий резистор 5 кОм держит линию в HIGH (idle).

Последовательность (Timing Diagram):

1. Start Signal (МК): МК переводит линию в LOW на 1–10 мс (минимум 1 мс, рекомендуется 18–20 мс для надежности).
2. Release (МК): МК отпускает линию (переводит в вход/подтяжку), ждет ответа 20–40 мкс.
3. Response (DHT11): Датчик тянет линию LOW на 80 мкс, затем HIGH на 80 мкс — подтверждение готовности.
4. Data Transmission (DHT11): 40 бит данных, каждый бит начинается с LOW 50 мкс. Длительность HIGH определяет бит:
   • HIGH ~26–28 мкс → бит «0»
   • HIGH ~70 мкс → бит «1»

Формат 40-битного пакета:

[8 бит: влажность целая] [8 бит: влажность дробная] [8 бит: температура целая] [8 бит: температура дробная] [8 бит: контрольная сумма]

У DHT11 дробные части всегда 0 (разрешение 1% RH и 1°C). Контрольная сумма = сумма первых 4 байт (младшие 8 бит).

Пример декодирования:

Получены 40 бит:
00110001 00000000 00011010 00000000 00111011
RH_int  RH_dec  T_int   T_dec    Checksum
0x33    0x00    0x1A    0x00     0x3B

Проверка: 0x33 + 0x00 + 0x1A + 0x00 = 0x4D (77) → младший байт 0x4D ≠ 0x3B? Ошибка в примере исходника.
Правильно: 0x33 + 0x00 + 0x1A + 0x00 = 0x4D. Контрольная сумма должна быть 0x4D.
Если совпало: Влажность = 0x33 = 51% RH, Температура = 0x1A = 26°C.

8. Типичные ошибки и факторы точности

• Опрос чаще 2 секунд → датчик не успевает измерить → ошибки/зависание.
• Длинные/тонкие провода → падение питания, искажение фронтов → ошибки CRC.
• УФ-излучение (солнце) degrадирует полимерный датчик влажности.
• Дым, кислоты, окисляющие газы разрушают чувствительный элемент.
• Конденсация на датчике → показания 100% RH, долгая регенерация.
• Самонагрев от частого опроса — влияет на температуру.

9. Аналоги и альтернативы

Датчик	Тип	Влажность	Температура	Точность RH/T	Интерфейс	Цена
DHT22 / AM2302	Цифровой	0–100% RH	-40…+80°C	±2% RH / ±0.5°C	Single-Bus	~2-3× DHT11
SHT30 / SHT31 / SHT35	Цифровой	0–100% RH	-40…+125°C	±2% RH / ±0.3°C	I2C	~5-10× DHT11
SHT71	Цифровой	0–100% RH	-40…+123°C	±3% RH / ±0.4°C	2-проводной (I2C-like)	Дорого
BME280 / BMP280	Цифровой	0–100% RH	-40…+85°C	±3% RH / ±0.5°C	I2C / SPI	~3-5× DHT11

Для серьезных проектов выбирайте **SHT3x (I2C)** или **BME280 (I2C/SPI + давление)** — выше точность, стабильность, стандартный интерфейс, нет проблем с таймингами Single-Bus.

Резюме

DHT11 — входной билет в мир мониторинга микроклимата. Дешев, прост в подключении (3 провода), имеет библиотеки для Arduino/ESP/STM32/Python. Ограничения: низкая точность (±5% RH, ±2°C), диапазон влажности 20–80%, минимальный период опроса 2 с, капризный Single-Bus протокол. Для бытовых/обучающих задач — идеален. Для промышленности, точного климат-контроля, уличных метеостанций — выбирайте SHT3x или BME280.

Нужна помощь с кодом для Arduino/ESP32, схемой подключения или выбором альтернативы? Пишите — разберем!