DHT11数字温湿度传感器中文手册

一、产品概述

DHT11是一款由广州奥松电子有限公司研发的集成化数字温湿度传感器，采用单总线通信协议实现环境温湿度数据的实时采集与传输。其核心优势在于内置已校准的数字信号输出功能，通过高性能8位单片机对电阻式感湿元件和NTC测温元件的原始数据进行处理，直接输出符合校验和规则的40位二进制数据包。该传感器在出厂前经过精密湿度校验室校准，校准系数存储于OTP内存中，确保在-20℃至+60℃温度范围、5%RH至95%RH湿度范围内具有±2℃温度精度和±5%RH湿度精度。其超低功耗设计（待机电流0.06mA，测量电流1.0mA）和单总线接口特性，使其成为智能家居、农业监测、工业控制等领域的理想选择。

二、工作原理

1. 传感元件与信号处理

DHT11内部集成两个核心传感元件：

• 电阻式感湿元件：采用高分子薄膜材料，其电阻值随环境湿度变化呈现线性响应特性。当空气湿度增加时，薄膜吸湿导致电阻值下降，反之则上升。

• NTC测温元件：基于负温度系数热敏电阻原理，电阻值随温度升高呈指数下降。通过建立电阻-温度数学模型，可精确反演环境温度。

上述元件的模拟信号经8位单片机内置的12位ADC转换为数字量，并调用OTP内存中的校准系数进行非线性补偿。例如，在25℃标准环境下，湿度测量值通过公式：

$$\text{实际湿度}=\text{原始数据}\times 0.985+1.2$$

进行修正，消除元件个体差异和环境干扰。

2. 单总线通信协议

DHT11采用单总线双向通信机制，数据传输时序严格遵循以下流程：

• 主机启动信号：将数据线拉低18-30ms，触发传感器唤醒。

• 传感器响应：DHT11在检测到起始信号后，拉低总线80μs作为应答，随后释放总线并进入数据发送模式。

• 数据位传输：每位数据以50μs低电平起始，高电平持续时间区分逻辑值：

• 逻辑“0”：高电平持续26-28μs

• 逻辑“1”：高电平持续70μs

• 数据帧结构：完整传输包含5字节（40位），按“湿度整数+湿度小数+温度整数+温度小数+校验和”顺序排列。校验和为前四字节的算术和低8位，用于验证数据完整性。

典型通信时序图显示，从主机发送启动信号到完成数据接收，总耗时约4ms，其中传感器响应时间占120μs，数据传输占3.88ms。

三、产品作用

1. 环境参数监测

DHT11的核心功能是实时感知环境温湿度变化，为控制系统提供决策依据。例如：

• 在智能家居系统中，当检测到室内温度超过28℃时，自动启动空调制冷模式；湿度低于40%RH时触发加湿器工作。

• 在农业温室中，通过监测土壤湿度和空气温湿度，精准控制灌溉频率和通风设备运行时间，实现作物生长环境的最优化。

2. 数据记录与分析

配合微控制器（如STM32、Arduino）和存储模块，DHT11可构建环境数据记录系统。例如，在气象站应用中，每10分钟采集一次温湿度数据并存储至SD卡，通过长期数据分析掌握区域气候特征，为灾害预警提供支持。

3. 设备保护与控制

在工业场景中，DHT11可用于设备运行环境监测。例如，在服务器机房部署多个传感器节点，当温度超过40℃或湿度超过70%RH时，自动启动降温除湿系统，防止电子元件因过热或结露损坏。

四、产品特点

1. 高精度与可靠性

• 温度精度：在0-50℃范围内误差≤±2℃，-20℃至+60℃扩展范围内误差≤±3℃。

• 湿度精度：25℃时误差≤±5%RH，5-95%RH量程内非线性度优于±3%RH。

• 长期稳定性：通过OTP校准系数和温度补偿算法，确保传感器在10年使用周期内性能衰减≤1%RH/年。

2. 低功耗设计

• 工作电压：3.3-5.5V宽电压供电，兼容锂电池和USB接口。

• 电流消耗：待机模式仅0.06mA，单次测量耗电1.0mA，持续工作时间可达数月（以2000mAh电池计算）。

3. 简易接口与抗干扰能力

• 单总线通信：仅需1个I/O口即可完成数据传输，显著降低硬件设计复杂度。

• 信号增强：支持20米以上传输距离（使用屏蔽线），通过4.7kΩ上拉电阻提升总线抗干扰能力。

• CRC校验：数据帧内置校验和，可检测99.9%的传输错误。

4. 工业级防护

• 封装设计：采用4针单排引脚（DIP）封装，尺寸仅15.5×12×5.5mm，便于PCB布局。

• 环境适应性：工作温度范围-20℃至+60℃，湿度范围5%RH至95%RH，满足大多数工业场景需求。

五、引脚功能说明

DHT11采用标准4引脚封装，各引脚功能如下：

典型应用电路：
在DATA引脚与VDD之间连接4.7kΩ上拉电阻，确保总线空闲时电平稳定。当使用长距离传输（>10米）时，建议改用10kΩ上拉电阻以降低信号衰减。

六、核心功能详解

1. 温湿度测量功能

• 温度测量：

• 量程：-20℃至+60℃（扩展范围），0℃至+50℃（标准范围）

• 分辨率：0.1℃（通过小数部分扩展实现）

• 响应时间：温度变化1℃时，输出稳定时间≤2秒

• 湿度测量：

• 量程：5%RH至95%RH（扩展范围），20%RH至90%RH（标准范围）

• 分辨率：1%RH

• 响应时间：湿度变化5%RH时，输出稳定时间≤6秒

2. 数据输出格式

DHT11采用40位二进制数据帧结构，具体格式如下：

3. 自校准功能

DHT11内置OTP内存存储校准系数，每次上电后自动加载至单片机寄存器。例如，在湿度测量中，原始数据通过以下公式修正：

$$\text{实际湿度}=\text{原始数据}\times K_1+B_1$$

其中，$K_1$和$B_1$为校准系数，取值范围因传感器批次而异。

七、典型应用产品

1. 智能家居系统

• 温湿度控制器：通过DHT11监测室内环境，联动空调、加湿器、除湿机等设备，实现自动化环境调节。

• 智能窗帘：结合光照传感器，当湿度超过70%RH时自动关闭窗帘，防止家具受潮。

2. 农业监测设备

• 温室环境监测站：部署多个DHT11节点，实时采集土壤湿度和空气温湿度，通过LoRa无线模块上传至云端，指导精准灌溉。

• 畜禽养殖监控：在猪舍、鸡舍安装传感器，当温度超过30℃或湿度低于50%RH时，触发通风系统运行。

3. 工业控制系统

• 服务器机房监控：通过RS485总线连接多个DHT11，监测机柜进风口温湿度，防止设备过热或结露。

• 药品仓储管理：在冷库中部署传感器，当温度超过8℃或湿度超过65%RH时，触发报警并启动备用制冷设备。

4. 消费电子产品

• 便携式温湿度计：集成DHT11、OLED显示屏和蓝牙模块，可实时显示环境数据并上传至手机APP。

• 智能花盆：通过传感器监测土壤湿度，当低于设定阈值时自动浇水，同时记录植物生长环境数据。

八、可替代型号对比

1. DHT22（AM2302）

• 改进点：

• 温度量程：-40℃至+80℃，精度±0.5℃

• 湿度量程：0%RH至100%RH，精度±2%RH

• 分辨率：温度0.1℃，湿度0.1%RH

• 适用场景：高精度工业监测、气象站、冷链物流

2. SHT3x系列（Sensirion）

• 改进点：

• 通信协议：I²C接口，支持多设备并联

• 精度：温度±0.3℃，湿度±1.5%RH

• 功能：内置温度补偿、自动加热除雾

• 适用场景：医疗设备、实验室仪器、精密制造

3. HTU21D

• 改进点：

• 封装尺寸：3×3×1mm，适合便携设备

• 功耗：待机电流0.1μA，测量电流500μA

• 响应时间：温度0.5秒，湿度1秒

• 适用场景：可穿戴设备、无人机、智能手机

4. BMP280（Bosch）

• 改进点：

• 多参数测量：集成温度、湿度、气压传感器

• 精度：温度±1℃，湿度±3%RH

• 通信协议：I²C/SPI双接口

• 适用场景：气象站、环境监测无人机、智能手表

九、选型建议

1. 成本敏感型应用

• 推荐型号：DHT11

• 理由：单价低于$1，适合大规模部署的智能家居、农业监测项目。

2. 高精度需求场景

• 推荐型号：SHT3x或HTU21D

• 理由：温度精度优于±0.5℃，湿度精度优于±2%RH，满足医疗、实验室等严苛要求。

3. 多参数监测需求

• 推荐型号：BMP280

• 理由：集成温湿度气压三参数，减少PCB空间占用，降低系统成本。

4. 便携式设备设计

• 推荐型号：HTU21D或SHT31-DIS

• 理由：超小封装尺寸（3×3mm），低功耗设计（待机电流0.1μA），适合电池供电场景。

十、总结

DHT11凭借其高性价比、简易接口和可靠性能，在温湿度传感器市场中占据重要地位。其单总线通信协议和内置校准功能显著降低了开发门槛，使其成为初学者和成本敏感型项目的首选。然而，在需要更高精度或扩展功能的应用中，DHT22、SHT3x等型号提供了更优的解决方案。未来，随着物联网技术的普及，DHT11及其衍生型号将在智慧城市、工业4.0等领域发挥更大作用，推动环境监测向智能化、网络化方向发展。