Датчик температуры и влажности DHT11: руководство для Arduino, ESP32 и Pico

DHT11 — недорогой цифровой датчик в синем пластиковом корпусе, который по одному проводу данных передаёт и температуру, и относительную влажность. Он встречается почти в каждой метеостанции на Arduino, системе контроля теплицы и цветов, термометре для детской и проекте умного дома, который включает вентилятор при росте влажности. В отличие от аналогового датчика, здесь не нужно измерять напряжение и возиться с формулами: датчик отправляет показание готовым числом.

Что такое DHT11 и где он используется?

Датчик измеряет относительную влажность: сколько процентов от максимально возможного при данной температуре количества водяного пара содержит воздух. Комфортной считается влажность 40–60%; выше 70% — это сырость и плесень, ниже 30% — сухой воздух. DHT11 измеряет это значение и температуру окружающей среды примерно раз в секунду.

• Домашняя метеостанция: вывод температуры и влажности на LCD- или OLED-дисплей.
• Контроль теплицы и растений: предупреждение при падении влажности и полив вместе с датчиком влажности почвы.
• Сигнализация сырости и плесени: звуковой сигнал, когда в ванной, подвале или шкафу влажность превышает 70%.
• Автоматический вентилятор или осушитель: включение устройства через реле при превышении порога влажности.
• Регистратор данных: запись показаний на SD-карту и построение графика за день.
• Удалённый мониторинг: с помощью ESP32 значения выводятся на веб-страницу, которую можно открыть с телефона.

Как работает DHT11?

Внутри корпуса два чувствительных элемента. Элемент влажности — это влагопоглощающий материал между двумя электродами: чем выше влажность воздуха, тем ниже его сопротивление. Температура измеряется NTC-термистором — маленьким резистором, сопротивление которого падает при нагреве. Крошечный микроконтроллер внутри датчика измеряет оба сопротивления, корректирует их по калибровочным значениям, записанным на заводе, и отправляет результат в цифровом виде.

Обмен данными идёт по одному проводу. Arduino будит датчик, удерживая линию данных в состоянии LOW не меньше 18 миллисекунд, а датчик отвечает пакетом из 40 бит: 16 бит влажности, 16 бит температуры и 8-битная контрольная сумма, чтобы отлавливать ошибочные показания. Писать эти тайминги самому не нужно: библиотека, которую мы установим ниже, всё сделает за тебя.

Характеристики: DHT11 и DHT22

Коротко: если нужно примерно следить за температурой и влажностью в помещении, хватит DHT11, и он дешевле. На улице, при минусовой температуре или там, где важны полградуса, выбирай DHT22. Подключение и код у них одинаковые; в коде меняется только тип датчика.

Распиновка и подключение DHT11

DHT11 продаётся в двух вариантах: модуль с 3 пинами, на плате которого есть резистор и светодиод, или голый датчик с 4 ножками. У голого датчика ножки считают слева направо, повернув его решёткой к себе.

Установка библиотеки DHT

1. Открой в Arduino IDE «Менеджер библиотек» (Library Manager); в Arduino IDE 2 это значок книги на левой панели.
2. Введи в поиске DHT sensor library и установи библиотеку от Adafruit.
3. Когда появится вопрос о зависимостях, выбери Установить все (Install all), чтобы заодно установилась Adafruit Unified Sensor.
4. При желании попробуй готовый пример: «Файл › Примеры › DHT sensor library › DHTtester».

Пример кода для Arduino: температура, влажность и ощущаемая температура

Код ниже снимает показания раз в две секунды, сообщает, если чтение не удалось, и по температуре и влажности рассчитывает индекс жары (heat index — насколько жарко ощущается). Чтобы увидеть результаты, открой «Монитор порта» (Serial Monitor) на скорости 9600 бод.

1#include <DHT.h>
2
3#define DHT_PIN 2          // veri pini / data pin
4#define DHT_TYPE DHT11     // DHT22 kullanıyorsan DHT22 yaz / write DHT22 for a DHT22
5
6DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
7
8void setup() {
9  Serial.begin(9600);
10  dht.begin();
11}
12
13void loop() {
14  delay(2000);                                // ölçümler arası bekleme / wait between readings
15
16  float humidity = dht.readHumidity();        // % bağıl nem / % relative humidity
17  float temperature = dht.readTemperature();  // °C
18
19  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
20    Serial.println("Okuma hatası / read error");
21    return;
22  }
23
24  // hissedilen sıcaklık / heat index (°C)
25  float heatIndex = dht.computeHeatIndex(temperature, humidity, false);
26
27  Serial.print("Sicaklik / Temp: ");
28  Serial.print(temperature);
29  Serial.print(" C  Nem / Humidity: %");
30  Serial.print(humidity);
31  Serial.print("  Hissedilen / Feels like: ");
32  Serial.print(heatIndex);
33  Serial.println(" C");
34}

DHT11 с ESP32

На ESP32 работает тот же код; достаточно задать DHT_PIN, например, равным 4. Питай датчик от пина 3V3 платы ESP32, чтобы линия данных тоже оставалась на 3,3 V; DHT11 спокойно работает при таком напряжении. GPIO 34–39 работают только на вход, поэтому для DHT не подходят: линия данных двунаправленная. При выборе пина проверь в утилите Распиновка, какие пины ESP32 безопасны. Показания можно вывести на веб-страницу по Wi-Fi и следить за ними с телефона.

DHT11 с Raspberry Pi Pico (MicroPython)

В MicroPython есть встроенный модуль dht для датчиков DHT, так что устанавливать библиотеку не нужно. Подключи датчик к пину 3V3 платы Pico, к GND и к пину GP15:

1import dht
2from machine import Pin
3import time
4
5sensor = dht.DHT11(Pin(15))   # GP15 veri pini / data pin (DHT22 için dht.DHT22)
6
7while True:
8    try:
9        sensor.measure()
10        t = sensor.temperature()   # °C
11        h = sensor.humidity()      # %
12        print("Sicaklik:", t, "C  Nem: %", h)
13    except OSError:
14        print("Okuma hatası / read error")
15    time.sleep(2)

Идеи проектов с DHT11

• Цифровой термометр с LCD: выводи значения на дисплей 16x2; как это сделать, рассказано в статье Как подключить I2C LCD-дисплей.
• Вентилятор с управлением по влажности: включай вентилятор через реле, когда влажность превышает 65%; подключение описано в статье Что такое модуль реле?
• Сигнализация сырости: включай зуммер при превышении порога; о звуковых сигналах рассказывает статья Что такое зуммер?.
• Регистратор температуры: сохраняй показания каждые 10 минут с помощью модуля часов и SD-карты.
• Метеостанция с Wi-Fi: публикуй показания с ESP32 на странице, которую можно открыть с любого устройства в домашней сети.

Частые ошибки и как их исправить

• Постоянно NaN или «Failed to read»: возможно, провод данных подключён не к тому пину, что указан в коде, нет подтягивающего резистора или в коде указан неверный тип датчика (DHT22 вместо DHT11).
• Слишком частое чтение: если опрашивать датчик чаще чем раз в 2 секунды, он возвращает старое значение или ошибку.
• Температура выше реальной: датчик может стоять слишком близко к стабилизатору напряжения Arduino или на солнце; размести его в нескольких сантиметрах от платы.
• Пропуски показаний на длинном кабеле: через несколько метров сигнал ослабевает; уменьши подтягивающий резистор до 4,7 kΩ, питай датчик от 5 V и используй качественный кабель.
• Нестабильная работа на ESP32: если датчик питается от 5 V, линия данных подтягивается к 5 V; питай его от 3V3 и используй GPIO, который может работать и на вход, и на выход (например, 4).
• Ожидание мгновенной реакции: на изменение влажности датчику нужно несколько секунд; DHT11 рассчитан на контроль помещения, а не на быстрые измерения.

Если интересно, какие ещё датчики можно использовать, загляни в руководство по датчикам для Arduino, а чтобы измерять расстояние, — в статью Датчик расстояния HC-SR04. В приложении BlueGrays есть пошаговые проекты с DHT11 и DHT22 со схемами и кодом.