湿度センサー「DHT11」がやってきた・・・けど！？

注文していた湿度センサー「DHT11」、届いたのはこれ。
「ASAIR」というメーカーのようです。


　・https://www.aosong.com/en/productslist-4.html
　・https://www.aosong.com/en/products-21.html

※前記事：出窓の結露対策用ヒータ制御回路

さっそくArduino-UNOで試運転。
　　ライブラリは使わず自前のルーチンで。
すると・・・いくつかの疑問が・・・

(1) DHT11の応答速度

「読み出し速度は1秒以上」なんて書かれてるページが
あります。
センサーとしての応答速度と通信速度とは違う
わけでして。
試しに0.2秒サイクルでデータを読み出してみました。
上がってくる5バイトのデータ、10進と16進で示します。

・加熱しながら0.2秒サイクルで読み出し
- 湿度-　-温度-　sum　---HEXで------
15　 0　40　 3　58　 0F 00 28 03 3A
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39 …0.0 41.2℃
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39　　 2
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39　　 4
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39　　 6
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39　　 8
14　 0　41　 2　57　 0E 00 29 02 39　 1.0
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40 …0.0 41.9℃
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40　　 2
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40　　 4
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40　　 6
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40　　 8
14　 0　41　 9　64　 0E 00 29 09 40　 1.0
14　 0　42　 6　62　 0E 00 2A 06 3E …0.0 42.6℃
14　 0　42　 6　62　 0E 00 2A 06 3E　　 2
14　 0　42　 6　62　 0E 00 2A 06 3E　　 4
14　 0　42　 6　62　 0E 00 2A 06 3E　　 6
　　※センサーのそばにハンダゴテを置いて加熱。
　　　湿度がえらい低く出てます。
「1.2秒」周期で湿度+温度データが更新されてました。
※追記
これ↑、私の勘違いを含んでいました。
6回のうちの5回はACK応答なしでタイムアウトエラーを
生じていました。
つまり直前に読み取ったデータを出力していたのです。
AdafruitのDHTライブラリではMIN_INTERVALとして2秒が
取られています。
その間の呼び出しは、読み出しは行わずに前回値を使うという
処理になっています。


(2) 0.1℃の桁まで温度が出てるぞ！

あちこちにあるDHT11のデータシート、湿度と温度のデータの
分解能、湿度が1％、温度が1℃と記されています。
しかし、このデータ列を見ると、4つ目のデータが「0.1℃」
の数字になっています。
　　（2つ目の湿度データは00が続く）
スケッチのサンプル、floatで処理しているようなんで、
分解能を気にしていないのか、はてさて。

(3) ライブラリはどうしてる？

よく使われているライブラリ「DHT.cpp」を見ますと・・・
DHT11はこんな処理に。

　　case DHT11:
　　　f = data[2];　　　　　　…3つ目が1℃桁
　　　if (data[3] & 0x80) {　　…4つ目のMSBがマイナス符号
　　　　f = -1 - f;　　　　　　…★1
　　　}
　　　f += (data[3] & 0x0f) * 0.1;　…4つ目の下位4bitが0.1℃

「0.1℃」が出ているのは間違いないようです。
で、★1のところに疑問。　データシートに出ていない、
マイナスの処理、これでエエん？

湿度が高分解能なDHT22の温度処理を見ると、

　　case DHT22:
　　　f = ((word)(data[2] & 0x7F)) << 8 | data[3];　★2
　　　f *= 0.1;　　 …3つ目が1℃で4つ目が0.1℃
　　　if (data[2] & 0x80) {　　…3つ目のMSBが1なら
　　　　f *= -1;　　　　　　　…マイナスに
　　　}

このDHT22のマイナス処理はなるほど。
★2の所、3つ目の8bitデータはちゃんとマスクしてあります。

ということで、温度がマイナスはどうなる？　が疑問です。


(4) 氷点下は？

実データを見るため、センサーをビニール袋に入れて
サンハヤトの「Q-REI」で冷やしてみました。
　　シリアル出力は2秒サイクル。

- 湿度-　-温度-　sum　---HEXで------
27　 0　 4　 9　40　 1B 00 04 09 28 … 4.9℃ 下降
27　 0　 4　 1　32　 1B 00 04 01 20 … 4.1℃
27　 0　 3　 3　33　 1B 00 03 03 21 … 3.3℃
27　 0　 2　 5　34　 1B 00 02 05 22 … 2.5℃
27　 0　 1　 7　35　 1B 00 01 07 23 … 1.7℃
27　 0　 0　 9　36　 1B 00 00 09 24 … 0.9℃
27　 0　 0　 2　29　 1B 00 00 02 1D … 0.2℃
28　 0　 0 133 161　 1C 00 00 85 A1 …-0.5℃ ★3
28　 0　 1 129 158　 1C 00 01 81 9E …-1.1℃
29　 0　 1 136 166　 1D 00 01 88 A6 …-1.8℃
29　 0　 2 132 163　 1D 00 02 84 A3 …-2.4℃
30　 0　 3 128 161　 1E 00 03 80 A1 …-3.0℃
　　　：　　：
45　 0　 2 132 179　 2D 00 02 84 B3 …-2.4℃ 上昇
47　 0　 2 129 178　 2F 00 02 81 B2 …-2.1℃
48　 0　 1 136 185　 30 00 01 88 B9 …-1.8℃
49　 0　 1 132 182　 31 00 01 84 B6 …-1.4℃
50　 0　 1 129 180　 32 00 01 81 B4 …-1.1℃
52　 0　 0 135 187　 34 00 00 87 BB …-0.7℃
53　 0　 0 132 185　 35 00 00 84 B9 …-0.4℃
54　 0　 0 129 183　 36 00 00 81 B7 …-0.1℃ ★4
55　 0　 0　 3　58　 37 00 00 03 3A … 0.3℃
57　 0　 0　 7　64　 39 00 00 07 40 … 0.7℃
58　 0　 1　 1　60　 3A 00 01 01 3C … 1.1℃
59　 0　 1　 4　64　 3B 00 01 04 40 … 1.4℃

温度が下降、上昇する速度から0℃付近の挙動が
見えてきます。
　(1) 3つ目と4つ目のLSBを加算してxx.x℃に
　(2) 4つ目のMSBが1ならマイナスに
ということでよさそうです。
しかし、★1の手順だと、「-0.1℃」を読んだときは、
「(-1 - 0) + 0.1」で「-0.9℃」になっちゃいます。

DHT11の0.1℃処理、後からデータが出ているのが
分かったんで付け足した感じでしょうか。
プラスのことしか考えなかったんで、それで、ミスを！

「ライブラリをうかつに信じたらアカンぞ！」っという
ことになっちゃいました。

DHT11の処理をこのライブラリでしたことがある方、
氷点下の処理を見直さなくちゃいけません。
1℃内で温度の上昇と下降が逆になってしまいます。


※こんなスケッチです　（完成形じゃありません）
　　・ダウンロード - test_hdt2.txt

タイマー1のインプットキャプチャ機能を使って
DHT11からのパルス幅を読んでいます。
　　※ソース、DHTとする所、間違ってHDTとなってます。
　　　次の手直しで直します。

～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
※追記　DHT11、氷点下の処理　（↑の★1）

　case DHT11:
　　f = data[2];　　　　　…1℃桁
　　if (data[3] & 0x80) {　…MSBがマイナス符号
　　　f = -1 - f;　　　　　…★1
　　}
　　f += (data[3] & 0x0f) * 0.1;　…下位4bitが0.1℃

おそらく・・・★1は最小桁が1℃の時の処理だったかと。

温度が降下して「 4　3　2　1　0℃」と来た次、
データが「0」のままマイナスになって「-0℃」
が出現します。
それを嫌って、「4　3　2　1　0　-1　-2」となる
ようにするための処理が「f = -1 - f;」だったと
推測できます。

それが、「0.1℃桁」まで出ているのが分かり
（DHT11の機能アップ？）、それじゃと追加したのが
　　f += (data[3] & 0x0f) * 0.1;

しかし、マイナス温度を考えていなかったのがミス。
DHT22と同じように、先に1℃桁と0.1℃桁を合成してから
マイナスを判断して処理しなければなりません。

気が付かない原因・・・
　　・昔からあるライブラリにミスは無いだろう。
　　・みんな、使っているし。
　　・動いているし。
　　・欲しいのは湿度。　温度はおまけ。
　　・DHT11で氷点下なんて使わないぜ。
　　・1℃桁が合ってればヨシ！

「現場ネコ」みたいになってきました。

※追記　　氷点下実験の様子

センサーをビニール袋に入れ、その上からQ-REIを噴射。

40.0% -19.6 28 00 13 86 C1
40.0% -19.7 28 00 13 87 C2
40.0% -19.7 28 00 13 87 C2
40.0% -19.8 28 00 13 88 C3
40.0% -19.8 28 00 13 88 C3
40.0% -19.9 28 00 13 89 C4
40.0% -20.0 28 00 14 80 BC
40.0% -20.0 28 00 14 80 BC 　最低到達点
　　　：
「-20.0℃」まで到達。　ここで数値が張り付きました。


※追記　氷点下の温度数値が★1の処理だと狂う様子

　正　　　　　　　　　　★1の計算方法
 1.9 [20 00 01 09 2A ]　　1.9　↓温度下降
 1.4 [20 00 01 04 25 ]　　1.4
 0.8 [21 00 00 08 29 ]　　0.8
 0.3 [21 00 00 03 24 ]　　0.3 プラスはok
-0.2 [21 00 00 82 A3 ]　 -0.8　マイナスがアウト
-0.6 [21 00 00 86 A7 ]　 -0.4
-1.0 [21 00 01 80 A2 ]　 -2.0
-1.4 [21 00 01 84 A6 ]　 -1.6
-1.8 [21 00 01 88 AA ]　 -1.2
-2.1 [22 00 02 81 A5 ]　 -2.9
-2.5 [22 00 02 85 A9 ]　 -2.5
-2.8 [22 00 02 88 AC ]　 -2.2　実際は0.2℃の変化なのに
-3.0 [22 00 03 80 A5 ]　 -4.0　1.8℃も飛んじゃっている。
　　　　　：
-2.3 [31 00 02 83 B6 ]　 -2.7　↓温度上昇
-2.1 [32 00 02 81 B5 ]　 -2.9
-1.8 [34 00 01 88 BD ]　 -1.2
-1.5 [35 00 01 85 BB ]　 -1.5
-1.3 [37 00 01 83 BB ]　 -1.7
-1.1 [39 00 01 81 BB ]　 -1.9　0.3の変化が
-0.8 [3A 00 00 88 C2 ]　 -0.2　　1.7に。
-0.5 [3C 00 00 85 C1 ]　 -0.5
-0.3 [3D 00 00 83 C0 ]　 -0.7
 0.0 [3F 00 00 00 3F ]　　0.0　0はok
 0.3 [40 00 00 03 43 ]　　0.3　プラス復帰でokに

こんな変化になるんで、0℃を中心に温度がゆっくり変わったとき、
「なんかマイナスがおかしい」と気づきそうです。

「センサーがおかしい」とか「回路がおかしい」「精度が出てない」
じゃなく、「ソフトがバグってる」というのがこの原因です。

　DHT11センサーで
　AdafruitのDHTライブラリを使って
　氷点下を計る
という条件なので、異常に気付くかどうか・・・微妙でしょうね。


※完成形へ
・2021年12月10日：DHT11を使った出窓の結露対策用ヒータ制御回路

※追記
・2022年3月10日：温湿度センサーDHT11、ライブラリを使うと氷点下の温度がおかしくなるぞ！