DHT11温湿度传感器(上)

DHT11是一款由Aosong Electronics推出的低成本、集成化数字温湿度传感器，凭借其接线简单、无需外围元件、操作便捷的特性，成为入门级温湿度采集场景的首选方案，广泛应用于智能家居、消费电子、农业监测、工业环境简易监控等领域。与需要复杂时序控制的DS18B20或精度要求较高的DHT22相比，DHT11以“够用就好”的设计理念，平衡了成本与实用性，其核心优势在于单总线通信的简洁性和全数字输出的便利性，无需额外的AD转换器或复杂的校准流程，仅需通过三根线（VCC、GND、DATA）即可与微控制器（MCU）实现数据交互，极大降低了硬件设计与软件开发的门槛。

从硬件结构来看，DHT11内部集成了温湿度传感元件、8位MCU、单总线接口电路及数据校准存储单元，整体封装为4针（或3针）塑料封装，体积小巧，便于嵌入各类设备。其中，温湿度传感元件采用高分子湿敏电阻和NTC热敏电阻组合，能够将环境中的相对湿度和温度转换为模拟信号；内部MCU负责对模拟信号进行AD转换、数据校准与数字编码，再通过单总线接口将处理后的数字信号传输给外部主机。值得一提的是，DHT11的校准数据已在出厂时存储于内部OTP（一次性可编程）存储器中，每次上电后会自动加载校准参数，确保测量数据的稳定性，无需用户额外进行校准操作，这一设计进一步简化了应用流程。其供电电压范围为3.3V~5.5V，兼容主流MCU的IO电平，工作电流在测量期间约为2.5mA，休眠期间仅为100μA，低功耗特性使其适合电池供电的便携设备（如小型温湿度计、智能花盆传感器）。

DHT11的核心通信方式为单总线协议，尽管与DS18B20的单总线名称相同，但时序规则与数据格式存在显著差异，且DHT11不支持多节点级联（单总线仅能挂载一个传感器），这是由其硬件设计的简化性决定的。单总线的DATA引脚兼具输入与输出功能，既用于主机向传感器发送启动信号，也用于传感器向主机返回温湿度数据，因此需要通过外部4.7kΩ~10kΩ的上拉电阻维持总线空闲状态的高电平，确保信号传输的稳定性。通信过程分为“主机启动信号”和“传感器响应与数据传输”两个阶段，时序的准确性直接决定通信成败，且DHT11的时序要求虽不及DS18B20严苛，但仍需严格遵循时长规范，否则会导致数据丢失或误读。

主机发起通信时，首先需要发送启动信号：将DATA线拉低至少18ms（通常设计为20ms），确保传感器能够检测到启动指令；随后主机释放DATA线，总线通过上拉电阻恢复高电平，主机进入等待状态，准备接收传感器的响应信号。传感器检测到启动信号后，会在20~40μs内做出应答：先将DATA线拉低80μs，再拉高80μs，这两段连续的低-高电平组合构成应答信号，告知主机“已准备就绪，可以传输数据”。主机检测到应答信号后，需立即切换DATA线为输入模式，等待接收传感器发送的40位数字数据，整个数据传输过程无需主机额外发送时钟信号，完全由传感器控制时序节奏。

DHT11传输的40位数据遵循固定的格式，按顺序依次为8位湿度整数部分、8位湿度小数部分、8位温度整数部分、8位温度小数部分、8位校验和，总计5个字节。需要注意的是，DHT11的测量精度限制了其小数部分的实用性——湿度测量范围为20%RH~90%RH，精度为±5%RH；温度测量范围为0℃~50℃，精度为±2℃，且小数部分始终为0（即仅能输出整数温湿度值），因此实际有效数据仅为湿度整数和温度整数，这也是其与高精度传感器DHT22的核心区别之一。校验和的计算规则为前四个字节（湿度整+湿度小+温度整+温度小）的累加和取低8位，主机接收数据后，通过计算校验和与传感器发送的校验和对比，若一致则说明数据传输无误，可进行解析；若不一致则判定为数据错误，需重新发起通信。例如，若接收的40位数据为“00100101 00000000 00011001 00000000 00111110”，则湿度整数为0x25（37%RH），湿度小数为0x00（0%RH），温度整数为0x19（25℃），温度小数为0x00（0℃），校验和为0x25+0x00+0x19+0x00=0x3E（与最后一字节一致），数据有效。