Подключение DHT11: питание, данные, подтяжка

У этого урока было два автора: я и моя привычка паять в спешке. Первый DHT11 я подключил за пять минут, гордо открыл монитор порта — и два часа искал ошибку в коде, которого не было. Датчик просто стоял на макетке зеркально: я смотрел на него со стороны решётки, а ножки считал со стороны выводов, и VCC оказался на земле. С тех пор я считаю ножки одним и тем же способом и вкладываю в сенсор десять секунд внимания до подачи питания — дешевле, чем два часа отладки вслепую.

Схема у DHT11 примитивная: три рабочих провода и один резистор. Но именно на этом примитиве ловятся все — от перепутанных шин макетки до непропаянной подтяжки на модуле. Пройдём монтаж от корпуса до скетча и соберём чек-лист ошибок, каждая из которых выглядит как загадочный nan в мониторе порта.

Голый сенсор в синем корпусе имеет четыре ножки. Если держать его решёткой к себе и выводами вниз, счёт идёт слева направо: первая — VCC (питание 3,3–5,5 В), вторая — DATA (линия обмена), третья — NC, она никуда не подключается, четвёртая — GND. NC здесь — не заводской брак, а просто незадействованный вывод, и гнаться им в землю не нужно. Модуль на платке проще: три контакта с подписями VCC, DATA (иногда OUT или SDA — не пугайтесь, это не I2C, подпись вводит в заблуждение) и GND, потому что подтяжка уже распаяна.

Зеркальный подвох из истории выше лечится правилом: считать ножки, глядя на решётку, — тогда VCC слева. Со стороны выводов порядок перевернётся, и в спешке легко посадить питание на землю. Ножки у голого сенсора короткие и пружинят: я всегда вставляю его в макетку до упора, ровно, без перекоса — полувыжатая ножка даёт контакт через раз, и вы будете ловить nan, которого нет в коде. Базовая схема с первыми данными, если вы ещё не проходили её, разобрана в уроке про подключение и первые данные. Ток сенсор ест копеечный — единицы миллиампер, поэтому питать можно прямо от шины 5 В Arduino без всяких буферов. А вот от 3,3 В я бы воздержался: формально диапазон питания это разрешает, но дешёвые клоны при просевшем питании начинают срываться через раз, и вы получите nan не по вине схемы.

Линия DATA между сеансами обмена висит в воздухе: сенсор молчит, Arduino молчит, а на неподключённом проводе уровень плавает от наводок — рукой провели, рядом лампа зажглась. Протокол DHT требует, чтобы в покое линия была прижата к питанию. Для этого между VCC и DATA ставится резистор 10 кОм — та самая подтяжка. Без неё фронты сигнала размазываются, из 40 бит обмена половина читается неверно, и контрольная сумма отбраковывает ответ: у вас в мониторе появляется nan.

Откуда цифра 10 кОм: типичный рабочий диапазон 4,7–10 кОм. Слабее (меньше килоом) — линия прижата жёстче, но сенсору труднее её опускать; сильнее (20 кОм и выше) — подтяжка почти не работает при любом шуме. Для метра провода на макетке золотая середина — 10 кОм; как читать цветовой код резисторов, чтобы найти нужный в пакете, мы разбирали в уроке про резисторы — ищите коричневый, чёрный, оранжевый. Если вы уже поджимали кнопку через INPUT_PULLUP в уроке про digitalRead, вы пользовались тем же приёмом, только встроенным в порт: там подтяжка к питанию спрятана внутри микроконтроллера. С DHT встроенной подтяжки недостаточно для длинных проводов, потому она выносится наружу, а её номинал подбирается по длине линии.

Если у вас модуль на платке — резистор уже стоит, и искать его надо глазами: маленький чип с маркировкой 103, это 10 × 10³ Ом. Здесь живёт коварный случай из моей практики: модуль выглядит рабочим, а место под резистор на плате пустое — заводская экономика, пустая позиция в пайке. Такой модуль на макетке молчит или сыплет nan через раз, пока вы не припаяете резистор сами. Второй нюанс модулей — некоторые из них выносят DATA на контакт с подписью SDA: к шине I2C это отношения не имеет, схема подключения та же, что у голого сенсора. Третий — платки без маркировки вовсе: если чип не опознан, прозвоните мультиметром в режиме омметра между шиной питания и линией данных — при отключённом от Arduino проводе вы должны увидеть порядка десяти килоом, а не бесконечность.

Когда схема не оживает, я проверяю не по наитию, а по списку — от действий за пять секунд к действиям за пять минут. Порядок неслучаен: он отсортирован по частоте причин, с которыми я сталкивался сам и на форумах. Девяносто процентов случаев закрывается первыми тремя пунктами, до четвёртого дело доходит в день, когда вы принесли новый модуль с рынка.

Скетч ниже — мой шаблон для нового сенсора на столе. Он печатает пары t= и h= и зажигает светодиод на пине 13, если чтение прошло проверку диапазона. Светодиод здесь — не украшение: когда вы шевелите провода, индикатор показывает, что связь живая, не заглядывая в монитор порта. Проверка построена на границах диапазона, а не на isnan: в симуляторе этого урока и в наших материалах вообще функция isnan не объявлена, а проверка границ работает без включений и с тем же успехом отделяет сорванное чтение от честного.

Порядок поиска она не меняет: сначала питание и ориентация, потом подтяжка, потом пины, и только в последнюю очередь — код. Если все пункты чек-листа зелёные, а nan живёт, виноват экземпляр сенсора: клоны бракуются на удивление часто, и замена на второй стоит копейки. Дальше по разделу — выбор между DHT11 и DHT22, если вы ещё на этапе покупки, и термостат с гистерезисом как первое серьёзное применение данных. Для выносного сенсора на улице с длинным кабелем и конденсатом есть отдельный материал про установку DHT22 и AM2302.