브레드보드 IO 4편, 아두이노와 DHT11센서로 온습도 측정 + OLED 대시보드

[민한식]

민선생의 전자공방 ・ 2026. 5. 24. 22:25

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브레드보드 활용 IO 인터페이스 4편

아두이노 + DHT11 온습도 센서 + OLED 대시보드

아두이노 + OLED + DHT11 브레드 보드 배선도, [도면작성 툴: Wokwi]

민선생의 전자공방

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아두이노, DHT11 센서

1장. DHT11 온습도 센서란?

1.1 스마트 센서의 등장

과거에는 온도와 습도를 따로 측정하고, 아날로그 신호를 디지털로 변환(ADC)하기 위해 복잡한 회로가 필요했습니다. 온도는 서미스터(NTC), 습도는 별도 센서, 여기에 OP-앰프와 ADC 회로까지 갖춰야 했습니다. 마치 3편 프롤로그에서 초음파 레이더를 만들기 위해 NE555, JRC082, LM324 등 수십 개의 부품을 사용해야 했던 것과 같은 상황입니다.

DHT11은 온도·습도 감지 소자, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 그리고 통신 제어 칩이 하나로 통합된 '스마트 센서'입니다. 아두이노와는 단 1개의 디지털 핀으로 통신하며, 복잡한 회로 없이 온도와 습도를 동시에 디지털 값으로 얻을 수 있습니다.

1.2 DHT11 핵심 사양

항목	사양	비고
동작 전압	3.3V ~ 5.5V	아두이노 5V 직접 연결 가능
동작 전류	0.3mA (측정 중 최대 2.5mA)	초저전력
온도 측정 범위	0°C ~ 50°C	오차 ±2°C
습도 측정 범위	20% ~ 90% RH	오차 ±5% RH
통신 방식	단일 버스 (Single-Bus)	디지털 핀 1개
측정 주기	최소 1초 (권장 2초)	너무 빠르면 오류
데이터 출력	40비트 디지털	온도+습도+체크섬
패키지	4핀 or 3핀 모듈	모듈은 풀업저항 내장

⚠️ 민선생 실전 팁: 폴링(Polling) 주기 주의!

DHT11은 내부 MCU가 데이터를 처리하는 데 시간이 걸립니다.
최소 1초, 권장 2초 이상 간격으로 읽어야 정확한 값을 반환합니다.

3편에서 배운 millis() 비블로킹 방식으로 2초마다 읽도록 구성하면 완벽합니다!

1.3 DHT11 vs DHT22 비교

DHT11의 업그레이드 버전인 DHT22(AM2302)와 자주 비교됩니다. 라이브러리 사용법은 동일하고 정밀도와 범위만 다릅니다.

항목	DHT11 (이 편 사용)	DHT22 (업그레이드)
가격	약 500~1,000원	약 2,000~3,000원
온도 범위	0°C ~ 50°C	−40°C ~ 80°C
온도 정밀도	±2°C	±0.5°C
습도 범위	20% ~ 90% RH	0% ~ 100% RH
습도 정밀도	±5% RH	±2~5% RH
측정 주기	1초	2초
권장 용도	실내 기본 측정	정밀/야외 측정
라이브러리	DHT.h (동일)	DHT.h (동일)

2장. DHT11의 물리적 동작 원리

2.1 내부 구조

DHT11의 파란색 플라스틱 케이스 내부에는 세 가지 핵심 요소가 들어있습니다. 습도 감지 소자(저항식 폴리머), 온도 감지 소자(NTC 서미스터), 그리고 이 두 값을 디지털로 변환하고 통신을 처리하는 8비트 마이크로컨트롤러(MCU)입니다.

AI 활용

DHT11 센서 모듈 구조 (습도 측정부 + 온도 측정부 + 내장 MCU) 와 아두이노 인터페이스

2.2 습도 측정 원리 — 저항식 폴리머

🧽 마법의 스펀지 비유로 이해하기

내부에는 수분을 흡수하는 얇은 폴리머(고분자 기판)가 있습니다. 전기가 통하는 두 전극 사이에 이 '스펀지'가 끼워져 있다고 생각해 보세요.

상태	원리	센서 반응
건조할 때 (습도 낮음)	폴리머가 바짝 말라 전기를 잘 통과 못 시킴	저항 큼 → 습도 낮게 계산
습할 때 (습도 높음)	공기 중 습기가 폴리머에 흡수되어 전기 잘 흐름	저항 작음 → 습도 높게 계산

내장 MCU는 이 저항 변화를 읽어 %RH(상대 습도) 수치로 변환합니다. 측정 가능한 범위는 20~90%RH이며, 결로(이슬점) 환경에서는 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

2.3 온도 측정 원리 — NTC 서미스터

🏃 청개구리 저항과 복도 비유로 이해하기

NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터는 온도가 올라갈수록 저항이 오히려 줄어드는 '청개구리' 같은 반도체 소자입니다.

상태	원리 (복도 비유)	서미스터 반응
추울 때	사람들이 뭉쳐 복도를 막음 → 통행 어려움	저항 큼 → 전류 적게 흐름
더울 때	사람들이 사방으로 흩어져 빈 공간 생김 → 통행 쉬움	저항 작음 → 전류 많이 흐름

​MCU는 서미스터의 저항값 변화를 읽어 온도(°C)로 변환합니다. DHT11의 측정 범위는 0~50°C입니다.

3장. 통신 원리와 아두이노 연결

3.1 단일 버스 통신 — 선 하나로 대화하기

이전 편의 OLED는 SDA, SCL 두 선을 쓰는 I2C 방식이었습니다. HC-SR04는 Trig, Echo 두 핀을 사용했습니다. DHT11은 DATA 핀 단 하나로 통신합니다. 이 방식은 무전기 통신과 같은 원리입니다.

📡 DHT11 통신 순서 (40비트 데이터 전송)

① 아두이노 → DHT11: '센서야, 데이터 보내라!' (18ms LOW 신호, Start Signal)
② DHT11 → 아두이노: '네, 준비됐습니다!' (80μs LOW + 80μs HIGH, Response)
③ DHT11 → 아두이노: 40비트 데이터 전송
- 8비트: 습도 정수 (예: 55 = 55%RH)
- 8비트: 습도 소수 (DHT11은 항상 0)
- 8비트: 온도 정수 (예: 24 = 24°C)
- 8비트: 온도 소수 (DHT11은 항상 0)
- 8비트: 체크섬 (앞 4바이트 합계, 오류 검증)

④ 아두이노: 체크섬 확인 → 데이터 유효성 검증

3.2 진짜 1-Wire 프로토콜과 DHT11의 차이

인터넷에서 DHT11을 흔히 '1-Wire 센서'라고 부르지만, 엄밀히 말하면 절반만 맞는 표현입니다. 이 차이를 정확히 알아두면 나중에 DS18B20 같은 센서를 쓸 때 혼동이 없습니다.

비교 항목	오리지널 1-Wire (Dallas)	DHT11 단일 버스 (Aosong)
표준 여부	달라스 세미컨덕터 공식 규격	제조사 독자 규격
고유 주소	64비트 주소 (전 세계 유일)	없음
병렬 연결	선 1개에 여러 센서 가능	1핀에 1센서만 가능
대표 소자	DS18B20 방수 온도 센서	DHT11, DHT22
라이브러리	OneWire.h + DallasTemp	DHT.h
아두이노 핀	1개로 다수 센서	센서마다 1핀 필요

📌 왜 아두이노에서 DHT11을 많이 쓸까?

비록 오리지널 1-Wire는 아니지만, 선 한 가닥만 쓴다는 편리함과
전 세계 개발자들이 만들어 둔 DHT.h 라이브러리 덕분에

복잡한 통신 타이밍 없이 코드 한 줄로 쉽게 사용할 수 있기 때문입니다.

3.3 핀 구성 및 연결 방법

시중에서 실습용으로 많이 쓰는 3핀 모듈을 기준으로 합니다.

모듈 핀	아두이노 핀	비고
GND	GND	접지
VCC	5V	센서전원
DATA (또는 S, OUT)	D2	데이터 통신선 (디지털 핀)

⚠️ 풀업 저항 이야기

4핀 단독 센서(파란색 플라스틱 타입)는 DATA핀과 5V 사이에 10kΩ 풀업 저항이 필요합니다.
하지만 3핀 모듈(PCB 기판 포함)은 기판에 이미 풀업 저항이 납땜되어 있어

선만 꽂으면 바로 사용 가능합니다. 이 편에서는 3핀 모듈을 사용합니다.

4장. 라이브러리 설치 및 회로 배선

4.1 DHT 라이브러리 설치

Servo.h(2편), Adafruit SSD1306(1편)처럼 DHT11도 전용 라이브러리가 필요합니다. 아두이노 IDE 라이브러리 매니저에서 설치합니다.

항목	내용
라이브러리 이름	DHT sensor library
제작사	Adafruit Industries
설치 방법	스케치 → 라이브러리 포함하기 → 라이브러리 관리 → 'DHT' 검색
의존 라이브러리	Adafruit Unified Sensor (함께 설치 권장)
IDE 단축키	Ctrl + Shift + I (Windows)

라이브러리설치, 'DHT sensor library' 검색 → Adafruit 제작 선택

💡 설치 순서

① 라이브러리 매니저 열기 (Ctrl+Shift+I)
② 'DHT sensor library' 검색 → Adafruit 제작 선택 → 설치
③ 'Install all' 팝업 → Install all 클릭 (Adafruit Unified Sensor 자동 설치)

④ 설치 완료 후 스케치 상단에 #include <DHT.h> 추가

4.2 핀 연결표

부품	부품 핀	아두이노 핀	비고
OLED	VCC	5V	1편 배선 그대로
OLED	GND	GND	1편 배선 그대로
OLED	SDA	A4	1편 배선 그대로
OLED	SCL	A5	1편 배선 그대로
DHT11	GND	GND	접지
DHT11	VCC	5V	5V 전원
DHT11	DATA (S)	D2	데이터 통신

4.3 브레드보드 회로배선도

아두이노 + OLED + DHT11 브레드 보드 배선도

아두이노 + OLED + DHT11 브레드 보드 회로 배선

5장. 소스코드

5.1 동작 설명

DHT11로 2초마다 온도·습도를 측정하고 OLED에 대시보드 형태로 표시합니다.

항목	내용
온도 표시	큰 글자(TextSize 2)로 현재 온도(°C) 표시
습도 표시	큰 글자(TextSize 2)로 현재 습도(%RH) 표시
온도 바 그래프	0~50°C 범위의 수평 바 그래프
습도 바 그래프	20~90%RH 범위의 수평 바 그래프
상태 메시지	온도/습도 정상·주의·위험 상태 표시
측정 주기	2000ms마다 갱신 (millis() 비블로킹)
오류 처리	센서 응답 없음 시 OLED에 오류 표시

5.2 OLED 화면 레이아웃

Y 위치	크기	표시 내용
y=0	TextSize(1)	DHT11 SENSOR 타이틀
y=10	─────	가로 구분선
y=14	TextSize(1)	Temp: 레이블
y=22	TextSize(2)	온도 숫자 (예: 24 C) — 큰 글자
y=40	바 그래프	온도 비례 바 (0~50°C)
y=48	TextSize(1)	Humi: 레이블
y=56	TextSize(1)	습도 숫자 + 바 그래프 (20~90%RH)

5.3 전체 소스코드

//================================================= // 민선생의 전자공방 - 브레드보드 IO 인터페이스 4편 // DHT11 온습도 센서 측정 + OLED 대시보드 표시 // 보드: Arduino Uno R3 // OLED: SSD1306 128x64 I2C (A4=SDA, A5=SCL, 0x3C) // DHT11: DATA=D2 // ================================================ // ── 라이브러리 포함 ──────────────────────────── #include <Wire.h> // I2C (OLED) #include <Adafruit_GFX.h> // OLED 그래픽 #include <Adafruit_SSD1306.h> // SSD1306 드라이버 #include <DHT.h> // DHT11/22 드라이버 // ── OLED 설정 ─────────────────────────────────── #define SCREEN_W 128 #define SCREEN_H 64 #define OLED_ADDR 0x3C #define OLED_RESET -1 // ── DHT11 설정 ────────────────────────────────── #define DHT_PIN 2 // DATA 핀 → D2 #define DHT_TYPE DHT11 // 센서 타입 (DHT22 사용 시 변경) // ── 표시 범위 설정 ────────────────────────────── #define TEMP_MIN 0 // 온도 바 그래프 최솟값 #define TEMP_MAX 50 // 온도 바 그래프 최댓값 #define HUMI_MIN 20 // 습도 바 그래프 최솟값 #define HUMI_MAX 90 // 습도 바 그래프 최댓값 #define READ_INTERVAL 2000 // 측정 주기 (2초) // DHT11 최소 1초, 권장 2초 // ── 객체 생성 ─────────────────────────────────── Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_W, SCREEN_H, &Wire, OLED_RESET); DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE); // DHT 객체 생성 // ── OLED 오류 표시 함수 ───────────────────────── void showError(String msg) { display.clearDisplay(); display.setTextSize(1); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); display.setCursor(0, 0); display.print("DHT11 ERROR"); display.drawLine(0, 10, 127, 10, SSD1306_WHITE); display.setCursor(0, 20); display.print(msg); display.setCursor(0, 40); display.print("Check wiring!"); display.display(); } // ── 상태 텍스트 반환 함수 ─────────────────────── // 온도 상태 판단 String getTempStatus(float t) { if (t < 10) return "COLD"; else if (t <= 28) return "NORMAL"; else if (t <= 35) return "WARM"; else return "HOT!"; } // 습도 상태 판단 String getHumiStatus(float h) { if (h < 30) return "DRY"; else if (h <= 60) return "NORMAL"; else if (h <= 80) return "HUMID"; else return "WET!"; } // ── OLED 대시보드 표시 함수 ───────────────────── void showDashboard(float temp, float humi) { display.clearDisplay(); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // ── 타이틀 ──────────────────────────────────── display.setTextSize(1); display.setCursor(0, 0); display.print("DHT11 SENSOR"); display.drawLine(0, 10, 127, 10, SSD1306_WHITE); // ── 온도 섹션 ───────────────────────────────── display.setCursor(0, 13); display.print("Temp:"); // 온도 큰 글자 display.setTextSize(2); display.setCursor(36, 11); display.print((int)temp); display.print(" C"); // 온도 상태 display.setTextSize(1); display.setCursor(98, 13); display.print(getTempStatus(temp)); // 온도 바 그래프 display.drawRect(0, 26, 128, 5, SSD1306_WHITE); int tBar = map((int)temp, TEMP_MIN, TEMP_MAX, 0, 126); tBar = constrain(tBar, 0, 126); display.fillRect(1, 27, tBar, 3, SSD1306_WHITE); // ── 구분선 ──────────────────────────────────── display.drawLine(0, 33, 127, 33, SSD1306_WHITE); // ── 습도 섹션 ───────────────────────────────── display.setCursor(0, 36); display.print("Humi:"); // 습도 큰 글자 display.setTextSize(2); display.setCursor(36, 34); display.print((int)humi); display.print(" %"); // 습도 상태 display.setTextSize(1); display.setCursor(98, 36); display.print(getHumiStatus(humi)); // 습도 바 그래프 display.drawRect(0, 49, 128, 5, SSD1306_WHITE); int hBar = map((int)humi, HUMI_MIN, HUMI_MAX, 0, 126); hBar = constrain(hBar, 0, 126); display.fillRect(1, 50, hBar, 3, SSD1306_WHITE); // ── 하단 스케일 ─────────────────────────────── display.setCursor(0, 57); display.print("T:0-50C H:20-90%"); display.display(); // 화면 출력 } void setup() { Serial.begin(9600); // DHT11 초기화 dht.begin(); // OLED 초기화 if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR)) { while(1); } display.clearDisplay(); display.setTextSize(1); display.setTextColor(SSD1306_WHITE); display.setCursor(10, 28); display.print("DHT11 Initializing"); display.display(); delay(2000); // DHT11 첫 측정 안정화 대기 (필수!) } unsigned long prevTime = 0; // 마지막 측정 시각 void loop() { unsigned long now = millis(); // READ_INTERVAL(2000ms)마다 측정 // delay() 대신 millis() 비블로킹 방식 if (now - prevTime >= READ_INTERVAL) { prevTime = now; // ── DHT11 데이터 읽기 ───────────────────── float humidity = dht.readHumidity(); // 습도(%RH) float temperature = dht.readTemperature(); // 온도(°C) // 화씨 읽기: dht.readTemperature(true) // ── 오류 확인 ───────────────────────────── // isnan(): 'Not a Number' 확인 // 센서 응답 없거나 배선 오류 시 NaN 반환 if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) { Serial.println("DHT read failed!"); showError("Sensor NaN Error"); return; // 아래 코드 건너뜀 } // ── 정상값 처리 ─────────────────────────── showDashboard(temperature, humidity); // 시리얼 모니터 출력 (디버그용) Serial.print("Temp: "); Serial.print(temperature,1); Serial.print(" C "); Serial.print("Humi: "); Serial.print(humidity,1); Serial.println(" %"); } }

6장. 핵심 코드 해설

6.1 DHT.h 라이브러리 주요 함수

함수	설명
DHT dht(pin, type);	DHT 객체 선언. pin=데이터핀, type=DHT11 or DHT22
dht.begin();	DHT 센서 초기화 (setup()에서 한 번만)
dht.readTemperature();	온도 읽기 (°C 반환, 화씨는 true 파라미터)
dht.readHumidity();	습도 읽기 (%RH 반환)
isnan(value);	NaN(오류값) 확인. true=오류, false=정상
dht.computeHeatIndex(t,h);	체감온도 계산 (온도+습도 조합)

6.2 isnan() 오류 처리의 중요성

DHT11 통신 실패 시 readTemperature(), readHumidity()는 NaN(Not a Number) 을 반환합니다. NaN을 그냥 OLED에 출력하거나 계산에 사용하면 이상한 값이 표시됩니다. isnan()으로 반드시 확인해야 합니다.

NaN은 숫자처럼 생겼지만 숫자가 아닌 IEEE 754 부동소수점 표준의 특수값입니다. "정의할 수 없는 연산 결과"를 표현하기 위해 설계되었으며, Adafruit DHT 라이브러리는 센서 오류 시 이 값을 반환하도록 영리하게 활용하고 있습니다.

NaN에는 중요한 특성이 있습니다. 어떤 값과 비교해도 항상 false를 반환합니다 — 자기 자신과도 마찬가지입니다. 이것은 버그가 아니라 IEEE 754 규약에 명시된 의도적인 설계입니다.

float val = NAN;

val > 100 // → false

val < 0 // → false

val == NAN // → false (자기 자신과도 같지 않음!)

따라서 일반적인 범위 체크(if (t > 0 && t < 50))로는 NaN을 걸러낼 수 없고, isnan()만이 NaN을 확실히 감지할 수 있습니다.

// ❌ 범위 체크로는 NaN을 잡을 수 없음

if (temperature > 0 && temperature < 50) { ... } // NaN도 통과해버림!

// ✅ 올바른 처리 방법

if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {

showError("Sensor NaN Error");

return;

}

// 여기서부터 정상값 처리

6.3 millis() 비블로킹 + DHT11 조합

DHT11은 반드시 2초 이상 간격으로 읽어야 합니다. delay(2000)을 쓰면 2초 동안 아무것도 못 합니다. millis() 방식이면 2초 대기 중에도 버튼 입력, LED 제어 등 다른 작업이 가능합니다.

// ❌ delay 방식 (2초 동안 멈춤)

// float t = dht.readTemperature();
// delay(2000);


// ✅ millis() 방식 (2초 대기 중 다른 작업 가능)
if (now - prevTime >= READ_INTERVAL) { // 2초 경과 시만 실행
prevTime = now;
float t = dht.readTemperature();
// 나머지 측정 코드
}

// loop()가 계속 돌며 다른 처리 가능

📌 이 구조는 시리즈 전체에서 일관되게 사용됩니다.

5편 화염감지 + 4편 DHT11 + 3편 초음파를 동시에 처리할 때

각각 다른 주기로 millis() 비블로킹 방식을 쓰면 완벽하게 동작합니다.

접기/펴기

아두이노, DHT11 센서

다음 과제 예고 — 5편

다음 5편에서는 keyes MQ-135 대기질/가스센서 모듈을 활용해 대기질/ 가스공기질을 측정하고 OLED에 표시하는 프로젝트를 진행합니다.

• KEYES MQ-135 대기질/가스 센서 동작 원리

• MQ 계열 센서의 아날로그 출력 원리

• analogRead()로 가스 농도 읽기

• OLED 대기질 실시간 표시 + 경보 기능

• 4편(DHT11)과 5편(MQ-135) 동시 연결 — 온습도+대기질 통합 대시보드

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