DHT20 - ein neuer Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor

Heute kam der neue Sensor DHT20 mit der Post. Wie immer war meine Neugierde nicht zu bremsen und er musste sofort ausprobiert werden. Da die Lieferung angekündigt war, hatte ich schon das Datenblatt aus dem Internet heruntergeladen und sorgfältig gelesen. Denn zunächst wollte ich nicht glauben, dass dieser Sensor, äußerlich baugleich mit dem DHT11 und DHT22, eine I2C-Schnittstelle hat. Während der DHT11 blau und der DHT22 weiß sind, kommt der DHT20 mit einem schwarzen Gehäuse auf einem kleinen Breakout-Board, das sowohl mehr mechanische Stabilität als auch eine gut lesbare Beschriftung bietet. Tatsächlich: die vier Pins sind mit +, -, SCL und SDA beschriftet. Und damit, abweichend von der tatsächlichen Pin-Belegung des eigentlichen Sensors, in der üblichen Reihenfolge.

Gemäß Datenblatt hat die Versorgungsspannung eine Spanne von 2,2 bis 5,5 Volt, also sowohl für Raspberry Pi und ESPs als auch für AVR Mikrocontroller geeignet.

Pinbelegung des Breakout-Boards

Als Nächstes schließe ich den DHT20 an einen Mikrocontroller ATmega 328 an und prüfe die I2C-Adresse mit dem Sketch I2C-Scanner. Wie im Datenblatt beschrieben lautet die Adresse 0x38. Das werden wir später auch noch sehen, wenn ich den Logic Analyzer parallel zum I2C-Bus schalte.

Programmcode

Zu meiner großen Freude gibt es bereits zwei Programm-Bibliotheken. Ich teste beide und beginne mit der vom Januar 2022, die nach Aussage des Entwicklers Rob Tillaart zwar noch verbesserungswürdig ist, aber für unsere Zwecke brauchbar ist und uns die komplizierte Umrechnung der gesendeten Bytes in die Werte der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur abnimmt.

Und wie so oft werden mit der Installation der Bibliothek auch Beispiele gespeichert, die man unter /Datei/Beispiele/DHT20 findet.

Das oberste Beispiel probiere ich aus, modifiziere den Sketch nur hinsichtlich der zeitlichen Abstände zwischen den Messungen und verzichte auf die Ausgabe eines Zeitstempels:

 //
 //    FILE: DHT20.ino
 //  AUTHOR: Rob Tillaart
 // PURPOSE: Demo for DHT20 I2C humidity & temperature sensor
 //
 ​
 #include "DHT20.h"
 DHT20 DHT;
 ​
 void setup()
 {
   DHT.begin();
   Wire.setClock(400000);
     Serial.begin(115200);
   Serial.println(__FILE__);
   Serial.print("DHT20 LIBRARY VERSION: ");
   Serial.println(DHT20_LIB_VERSION);
   Serial.println();
   delay(2000);
   Serial.println("Type,\tStatus,\tHumidity (%),\tTemperature (C)");
 }
 ​
 void loop()
 {
   if (millis() - DHT.lastRead() >= 1000)
   {
     // READ DATA
     uint32_t start = micros();
     int status = DHT.read();
     uint32_t stop = micros();
     switch (status)
     {
     case DHT20_OK:
       Serial.print("OK,\t");
       break;
     case DHT20_ERROR_CHECKSUM:
       Serial.print("Checksum error,\t");
       break;
     case DHT20_ERROR_CONNECT:
       Serial.print("Connect error,\t");
       break;
     case DHT20_MISSING_BYTES:
       Serial.print("Missing bytes,\t");
       break;
     default:
       Serial.print("Unknown error,\t");
       break;
     }
     // DISPLAY DATA, sensor has only one decimal.
     Serial.print("DHT20, \t");
     Serial.print(DHT.getHumidity(), 1);
     Serial.print(",\t");
     Serial.print(DHT.getTemperature(), 1);
     Serial.println("\t");
 //    Serial.print(stop - start);
 //    Serial.print("\n");
     delay(5000);
   }
 }
 // -- END OF FILE –

Wie gesagt, die eigentliche Leistung steckt in den Programm-Bibliotheken DHT20.cpp und DHT20.h. Hier werden die Bibliothek für den I2C-Bus Wire.h inkludiert, die Initialisierungsbytes an den DHT20 gesendet und der Datenempfang und die Umrechnungen für die Funktionen DHT.getHumidity() und DHT.getTemperature() festgelegt.

Auch wenn ich in den Bibliotheken Dinge wie die I2C-Adresse und die Namen der Register wiederfinde, schaue ich mir das Ganze noch einmal mit dem Logic Analyzer an, den ich im Februar in einem zweiteiligen Blog (Teil 1, Teil 2) beschrieben hatte. Der gesamte Messvorgang vollzieht sich in zwei Abfolgen aus mehreren Bytes. Zunächst erfolgt die Anforderung durch den Mikrocontroller.

Wie im Datenblatt beschrieben werden vier Bytes gesendet: „Schreiben an Adresse 0x38“, „Aufforderung zum Messen 0xAC“ mit den Parametern 0x33 und 0x00.

Hier das Bild aus dem Datenblatt:

Dann erfolgt die Aufforderung zum Lesen der gemessenen Daten. Zur Erinnerung: die I2C-Adresse besteht aus 7 Bit, hier 0x38 = 0b0111000. Wenn das achte Bit 0 ist, soll der Sensor „zuhören“ wie im Bild oben, wenn das achte Bild 1 ist, soll der Sensor Daten senden wie im folgenden Bild:

Die folgenden sechs Bytes enthalten die Daten für Luftfeuchtigkeit und Temperatur, das letzte eine Checksumme (CRC check data). Hier das Bild aus dem Datenblatt:

Nun möchte ich noch einmal die verwendete Spannung thematisieren: Das Datenblatt hatte ja als Betriebsspannung zwischen 2,2 V und 5,5 V genannt. Die folgende Tabelle schränkt die Nutzung jedoch dahingehend ein, dass die Logikspannung nur minimal von der Betriebsspannung abweichen soll:

Das kann ich nicht bestätigen. Bei meinen Versuchen am Mikrocontroller mit ATmega328 habe ich keine signifikanten Abweichungen bei den Messwerten gesehen. Auf dem folgenden Bild hatte ich jeweils nach vier bis fünf Messungen die VCC zwischen 3,3V und 5V getauscht.

Meine Idee, die Messwerte von DHT11, DHT22 und DHT20 in einem Sketch zu vergleichen, habe ich wegen der überwiegend gleichen Nomenklatur bei den Bibliotheken nicht realisieren können.

Stattdessen habe ich einen zweiten Micro Controller mit dem DHT22 parallel betrieben und die Werte verglichen, links im Bild der DHT22, rechts der DHT20:

Es gibt kleine Abweichungen innerhalb der Toleranz. Welcher Sensor der genauere ist, kann ich leider nicht feststellen.

Schließlich habe ich die zweite Programm-Bibliothek von DF-Robot ausprobiert. Nicht sonderlich überraschend ist die Übereinstimmung der gemessenen und dann berechneten Werte. In der oberen Hälfte die Ergebnisse mit der Bibliothek von Rob Tillaart, in der unteren Hälfte mit der von DFRobot.

Auch hier schaue ich mir die Signale mit dem Logic Analyzer an. Einzige Unterschiede: Die Daten werden zweimal pro Zyklus ausgelesen (jeweils für Temperatur und Luftfeuchtigkeit) und es werden nur sechs Daten-Bytes gelesen. Offensichtlich wird auf die Abfrage der Checksumme verzichtet.

Beide Programm-Bibliotheken scheinen für den Zweck geeignet, beide können noch verbessert werden. In der Bibliothek von Rob Tillaart habe ich eine Programmzeile für ESP8266 und ESP32 gelesen, bei der von DFRobot nicht. Deshalb empfehle ich ESP-Nutzern die erstgenannte Bibliothek.

Zum Schluss noch ein Vergleich der Kennwerte aus den Datenblättern:

Wir haben in der Vergangenheit viele Anwendungsbeispiele für Temperatur- und Luftfeuchtigkeits-Sensoren gezeigt. Mit dem DHT20 gibt es nun einen weiteren gut geeigneten Sensor mit der bewährten I2C-Schnittstelle. Am Ende dürfte der Preis die Kaufentscheidung beeinflussen.