第 16 课：温湿度传感器 DHT11

我是吴老师。从这节课开始，传感器分成两拨了。

前面那几位——光敏、热敏、麦克风——你对付它们的方式都一样：给它电，然后读一个电压。 它不会跟你耍脾气，你什么时候读，它什么时候给。读数是多少，全看当时的物理量。

DHT11 不是这样的。

它是一颗数字传感器，里面自带一个小芯片。它不给你"一个电压"，它给你一个已经算好的数——温度多少、湿度多少。但你想拿到这个数，得按它规定的规矩跟它说话。

你说错一个字，它就装死，什么也不给你。

这是你第一次遇到"要谈条件"的传感器。 后面还有 OLED（I²C）、舵机（PWM），全都是"有规矩"的。所以这节课的重点不是接线，是理解"规矩"这件事本身。

学完这节课你能干的事很实在：知道屋里到底几度、潮不潮。 第 33 课那个"桌面温度计"，和第 37 课结课的智能温室，核心都是它。

一、先认识它：丝印是 + OUT −

先看实物。你手上这颗模块，多半是个蓝色小板，上面戳着一个带格栅的白色方块——那个方格窗就是它"呼吸"的地方（湿度要从这里进去）。

丝印跟前面所有模块都不一样，认准这三个字：

这里我要专门停一下。

你前面见过的模块，电源都印 VCC，地都印 GND。这块板子上印的是 + 和 −。

第一次拿到它的人经常在这儿犹豫："这个 + 是不是 VCC？这个 − 是不是 GND？"

是的，就是。 + 就是正极，− 就是负极。丝印是厂家随便印的，功能是芯片定死的——这句话第 4 课讲过，现在又碰到一次。

顺带说一句：市面上 DHT11 有三针的，也有四针的（多出来的那根是空的）。以你手上板子的丝印为准，别照着别人的图接。接反了不会立刻烧，但读数一定是错的——而且它可能看起来在正常工作，只是数字离谱。

接线：

为什么避开 GPIO2、GPIO8、GPIO9，第 4 课那张引脚表讲过——那三个是 strapping 脚，上电那一刻有特殊任务，接外设容易出怪事。不确定的时候就用 GPIO3~GPIO7。

二、它跟前面几个不一样：这次得"按规矩说话"

先讲清楚差别在哪——前面那些是模拟信号，DHT11 是数字信号：

光敏是什么样？ 你想读就读。analogRead 一执行，它就把当前电压交出来。你俩之间没有"规矩"，你说了算。

DHT11 是什么样？ 你直接去读它的引脚，只会读到一个一直在高电平发呆的信号，什么信息都没有。

想拿到数据，得走这么一套流程：

1. 主控把线拉低一段时间——"喂，我要读数了"
2. 松手，等它应答
3. 它开始一位一位地吐：湿度、温度、校验码
4. 主控把这些位拼成数字

这一套"什么时候拉低、等多久、怎么算 0 怎么算 1"，就叫协议。

一个很贴切的比方：对讲机。

对讲机是一根线（一个频道），但规矩是"你一句、我一句"：

• 你按住说话，别人只能听
• 你说完松手，对方才回话
• 两个人同时按下去，谁都听不清，这一轮就废了

DHT11 跟主控之间就一根线，这根线既要发指令、又要收数据。所以只能轮流用——这就叫单总线（One-Wire）。

"单"是"只有一根"的意思。 好处是省引脚（就占一个 GPIO）；代价是主控得等——它说完话，必须老老实实等着对方把数据吐完，中间不能干别的。

注意：这根线是双向的。 主控一会儿是输出（发问），一会儿得变成输入（听答案）。这就是为什么 DHT11 的代码看起来比光敏"复杂"——光敏那根线永远是输入，不用变。

三、为什么代码里必须"等一等"

现在讲你可能已经踩到的那个坑。

DHT11 里的"湿"和"温"，不是随时都在那儿的。

它内部有个元件在感受湿度、感受温度，然后转换成一个数字。这个转换要花时间——手册上给的采样间隔是至少 1 秒，一般的代码里我们干脆写 2 秒。

所以：你读得太快，它会直接给你一个"这次不算数"。

表现出来就是——温度打印出来是 nan（Not a Number，"不是个数"），或者湿度是 0，或者干脆卡住不动。

第一次碰到的人会这么想："是不是模块坏了？"换个新的还是这样。"是不是线接错了？"重插三遍还是这样。"是不是代码抄错了？"对着屏幕看半小时。

都不是。你只是催得太紧了。

这就是为什么代码里那个 delay(2000) 不是"随便加的"。

第 6 课讲闪烁的时候我说过：delay 是给"人眼"用的。这里的 delay 不一样——它是给传感器的，是它要求的。 你少喂它这一口时间，它就交白卷。

还有个时机问题：刚上电那一两秒，它自己也还在稳定，这时候读出来的数别当真。等程序转完一两圈再看。

四、±2°C：一颗"够用但不精确"的传感器

厂家给的参数就这两行，记住它：

现在把"±2°C"翻译成人话：

它报 26 度，真实温度可能在 24 到 28 之间任何地方。它不是"稍微有点误差"，它是"差个一两度很正常"。

湿度更松——报 55%，真实可能 50% 也可能 60%。

我为什么要把这件事掰开讲？ 因为这是学生最容易在这儿钻牛角尖的地方：

你拿它跟家里的温度计一对，差了 1.5 度。你会以为是自己的代码错了。

不是代码错了。

• 换算公式是芯片内部算好的，你想错都错不了
• 真的是读错了，它会给你 nan，不会给你一个"差一点点的数"
• 差一两度，就是这颗传感器的正常表现

那它有什么用？用处大了。 因为你真正关心的事，根本不需要精确到 0.1 度：

• 屋里热不热、闷不闷 → 完全够
• 湿度是不是太高了、衣柜要不要除湿 → 完全够
• 温室里是不是太干，该浇水了 → 完全够

它是一颗"够用但不精确"的传感器。 这个定位你得从一开始就认清楚，别给自己找不痛快。

想要精确的怎么办？ 换 DHT22，或者更贵一点的 SHT30（能到 ±0.3°C）。但那不是这节课的事——你先用手上这颗把"协议"这件事弄懂，比换一颗贵的传感器值多了。

记住这个态度：拿到一个元件，先看它的手册参数，再决定"它能干什么"。不是先指望它什么都能干，然后怪它不行。

五、协议已经被"封装"好了

听到"协议""时序"这几个字，你可能心里一紧：是不是要自己一位一位地拉高拉低？

不用。

第 1 课讲图形化平台的时候我说过一句话：那些脏活，平台替你干了。

两条路线都是这样：图形化路线拖一个"温湿度"积木出来，它直接给你温度和湿度两个数；代码路线用第 2 课装好的库，两行代码读出来。

第 2 课装的那两个库——DHT sensor library 和 Adafruit Unified Sensor——就是为今天准备的。当时我说"现在装好，省得上到这一课手忙脚乱"，你还记得吧。

代码长这样：

#include "DHT.h"

DHT dht(4, DHT11);            // 数据脚是 GPIO4，型号 DHT11

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
}

void loop() {
  float h = dht.readHumidity();       // 湿度，单位 %
  float t = dht.readTemperature();    // 温度，单位 °C

  Serial.print("温度 ");
  Serial.print(t);
  Serial.print(" °C    湿度 ");
  Serial.print(h);
  Serial.println(" %");

  delay(2000);                        // 别读太快，给它留转换的时间
}

看，跟读光敏的代码一样短。

但我要你记住一件事："库替你干了"不等于"底下没发生事"。

刚才那个拉低、应答、一位一位吐数据的过程，在你调 readTemperature() 的那一瞬间，全都真实地发生了一遍——只不过它藏在那两行代码底下。

这就是"会用"和"懂"的区别。

只会用的人，读到 nan 的时候只能到处问；懂的人知道是"催太急了"或者"线松了"，改一个数、按一下线就好了。

你不用会写那套时序——但你得知道它存在。 这是我在这节课唯一较真的地方。

六、动手：读出来，然后捂住它

第一步：接好线，先只打印。

按上面的表接：+→3.3V，−→GND，OUT→GPIO4。烧进去，打开串口。

你应该看到两行数字在每两秒刷一次。

第二步：先做第 5 课那个动作——"先测，再猜"。

用万用表量 OUT 脚对 GND 的电压：空闲时大概 3.3V（它在发呆，线被拉着高）；数据在传的那一瞬间，电压会来回跳。

万用表反应没那么快，多半只能看到它在 3.3V 附近晃。能看到"晃"就对了——那正是它在说话。想看清楚的，用示波器，那是后话。

第三步：重点来了——用手把它捂起来。 用你的手掌整个包住那个白色格栅，别漏风，等十几秒。

盯着串口看。温度会一点点往上爬——从 26 爬到 28、29、30，慢慢停住。 湿度也会变——而且往往比温度涨得更明显，因为它对"手心里的汗气"特别敏感。

拿开手，它会慢慢退回去。 这个"慢慢"跟第 12 课热敏的"慢慢"是同一回事——热量和水汽传进去需要时间，不是模块反应慢。

这一步有个隐藏价值： 你第一次能同时看到两个物理量在同一个传感器上变化，而且它们的变化节奏不一样。温度涨得慢、湿度的反应更快——这说明它们在测两件不同的事，不是同一个数换了个名字。

第四步：让它"看见"你的手就反应。

加一个判断，把它跟前面的课串起来：

void loop() {
  float t = dht.readTemperature();       // 读温度

  if (t > 29) {                          // 比你自己定的线大吗
    Serial.println("有点热了");           // 这里换成点灯、响蜂鸣器都行
  }

  delay(2000);
}

看，还是那个闭环：传感器（读温度）→ 判断（比 29 大吗）→ 执行器（打印 / 亮灯）。

这个阈值 29 别抄我的——按第 11 课标定那套：先测你自己的室温，再定一条线。 手捂着能不能过这条线，才是这个实验成不成立的关键。

顺便说个实际问题：DHT11 捂在手心里，湿度经常一下就冲到 90% 以上。那多半是到量程上限了（它只保证 20~90%）。看到数字顶住了，别以为坏了——换个地方，比如放在湿毛巾旁边，再看看。

自测

本节你要动手做的事

• [ ] 接好三根线：+→3.3V，−→GND，OUT→GPIO4（接之前先断电，认丝印不是 VCC/GND）
• [ ] 跑通打印：串口里能看到温度和湿度两个数，每两秒刷一次
• [ ] 用万用表量一次 OUT：空闲时是不是 3.3V 左右？确认它跟光敏那根 AO 的表现不一样
• [ ] 用手捂住格栅，看着温度和湿度慢慢变化——记下你开始和结束的两个数
• [ ] 故意把 delay(2000) 改成 delay(50)，看会发生什么，记住 nan 长什么样
• [ ] 定一条自己的温度阈值（用你测出来的室温，别抄我的 29），让它"热了就打印一句话"

这节课你做成的是一件挺不容易的事：你让一个传感器按规矩跟你说话了。

前面那几位传感器，你是偷看它们——读一下电压就走。DHT11 不一样，它是你把问题递过去，它把整理好的答案交回来。这个"问—答"的关系，是你第一次建立起来的。

我知道看到 nan 的时候你会烦。但那个 nan 是有信息量的——它在说"你催得太急了"。能听懂器件在抱怨什么，就是这门课最想教给你的本事。

下一节我们换个方向，让板子自己发出声音。那是个特别轻松愉快的小模块——而且它的用法跟 LED 一模一样。第 6 课我说过"学会点灯就学会一半的输出设备"，下一节就是兑现的时候。