Цифровой датчик температуры ds18b20. Про температурные датчики DS18B20. Взаимодействие с управляющей системой

DS18B20 — цифровой датчик температуры фирмы Dallas. Отправляет данные о температуре, используя только один цифровой вывод и специальный протокол, называемый 1-Wire. Вы можете подключить несколько датчиков к одному контакту. Датчик измеряет температуру в градусах Цельсия.

Технические характеристики DS18B20

• Датчик можно питать напряжением от 3 до 5,5В
• Датчик может измерять температуру от -55 до 125 °C
• Датчик имеет цифровое разрешение от 9 до 12 бит
• Точность измерения +/- 0,5 °C в диапазоне от -10 до 85 °C
• Точность измерения: + /- 2 °C для диапазона от -55 до 125 °C
• Дрейф измерения +/- 0,2 °C

Схема подключения DS18B20

Что такое разрешение?

В технических характеристиках сообщается, что датчик DS18B20 может измерять температуру с различным разрешением. Разрешение — это как у линейки: миллиметры между сантиметрами. Так же и c разрешением у DS18B20 — это шаг между последовательными ступенями градусов Цельсия.

Разрешение выбирается с помощью количества бит. Диапазон выбора от 9 до 12 бит. Выбор разрешения влечет за собой определенные последствия. Чем выше разрешение, тем дольше придется ждать результат измерений.

Для 9 битного разрешения есть 2 шага между последовательными уровнями:

• 0,0 °C
• 0,5 °C

Для 10 битного разрешения есть 4 шага между последовательными уровнями:

• 0,0 °C
• 0,25 °C
• 0,5 °C
• 0,75 °C

В этом случае мы считываем температуру с разрешением 0,25 °C. Время измерения для 10 битного разрешения составляет 187,5 мс, что позволяет выполнить 5,3 измерений в секунду.

Для 11 битного разрешения есть 8 шагов между последовательными уровнями:

• 0,0 °C
• 0,125 °C
• 0,25 °C
• 0,375 °C
• 0,5 °C
• 0,625 °C
• 0,75 °C
• 0,875 °C

То есть разрешение составляет 0,125 °C. Время измерения для 11 битного разрешения составляет 375 мс. Это позволяет выполнить 2,6 измерения в секунду.

Для 12 битного разрешения есть 16 шагов между последовательными уровнями:

• 0,0 °C
• 0,0625 °C
• 0,125 °C
• 0,1875 °C
• 0,25 °C
• 0,3125 °C
• 0,375 °C
• 0,4375 °C
• 0,5 °C
• 0,5625 °C
• 0,625 °C
• 0,6875 °C
• 0,75 °C
• 0,8125 °C
• 0,875 °C
• 0,9375 °C

Следовательно, разрешение составляет 0,0625 °C. Время измерения для 12 битного разрешения в районе 750 мс. То есть вы можете сделать 1,3 измерений в секунду.

Что такое точность измерения?

Ничто в мире, и особенно в электронике, не является совершенным. Можно только приближаться к совершенству, тратя все больше и больше денег и сил. Так же и с этим датчиком. Он имеет некоторые неточности, о которых вы должны знать.

В технических характеристиках сказано, что в диапазоне измерения от -10 до 85 °C датчик DS18B20 имеет точность на уровне +/- 0,5 °C. Это значит, что, когда в комнате у нас температура 22,5 °C, то датчик может вернуть нам результат измерения от 22 до 23 °C. То есть, может показать на 0,5 °C больше или меньше. Все это зависит от индивидуальной характеристики датчика.

В диапазоне от -55 до 125 °C погрешность измерения может возрасти до +/- 2 °C. То есть, когда вы измеряете что-то с температурой 100 °C, то датчик может показать температуру от 98 до 102 °C.

Все эти отклонения могут несколько отличаться для каждой температуры, но при измерении одной и той же температуры, отклонение всегда будет одинаковым.

Что такое дрейф измерения?

Дрейф измерения — это наиболее худшая форма неточности. Суть дрейфа измерения заключается в том, что при измерении постоянной температуры — при одном измерении датчик может показывать одну температуру, а при последующем другую (на величину дрейфа).

Дрейф датчика температуры DS18B20 +/- 0.2 °C. Например, когда в комнате постоянная температура составляет 24 °C, датчик может выдавать результат в диапазоне от 23,8 °C до 24,2 °C.

(379,0 Kb, скачано: 913)

Данный датчик использует исключительно 1-Wire протокол – при этом формируется соединение, которое осуществляет коммуникацию на шине, используя всего один управляющий сигнал. Шина должна быть подключена к источнику питания через подтягивающий резистор.

DS1820, DS18S20, DS18B20 - популярные цифровые термодатчики фирмы DALLAS-MAXIM с однопроводным интерфейсом 1-Wire. В связи с неоднозначностью маркировок и обилием схем на данных цифровых термодатчиках, появившихся в радиолюбительской литературе, считаем необходимым дать некоторые пояснения.
Микросхема DS1820 снята с производства и для её замены рекомендуется микросхема DS18S20 . Однако, следует обратить внимание на то, что микросхемы DS18S20 в корпусе TO-92 маркируются надписью "DS1820" (без буквы S) . Новая микросхема DS18S20 программно совместима со старой DS1820 и, по заверению производителя, в большинстве случаев может быть непосредственной заменой старой DS1820. Возможно, маркировкой без буквы S производитель хотел указать на эту совместимость. Программная совместимость новой DS18S20 со старой DS1820 гарантированно обеспечивается если в программе применен алгоритм из data sheet.
Как видно из таблицы новая микросхема DS18S20 выполнена в стандартном корпусе TO-92, а старая DS1820 имела удлиненный корпус. По этому признаку Вы также можете убедиться, что продавцы Вам не "втюхивают" устаревшую микросхему.
Микросхема же DS18B20 всегда имеет соответствующую маркировку "DS18B20" и не может быть заменена на DS1820/DS18S20 и обратно без изменения программного кода .

В двух предыдущих статьях мы рассмотрели и . В этой статье мы рассмотрим схему подключения одного или нескольких датчиков к микроконтроллеру и программирование работы МК с датчиком (датчиками) по шине 1-Wire с внешним питанием

Типовая схема подключения датчиков DS18B20 к микроконтроллеру:


Как видно из схемы, датчик DS18B20 (или датчики) подключаются к микроконтроллеру, если они имеют общее питание, тремя проводниками:
— вывод №1 — общий провод (масса, земля)
— вывод №2 — он же DQ , по которому происходит общение между МК и DS18B20, подключается к любому выводу любого порта МК. Вывод DQ обязательно должен быть «подтянут» через резистор к плюсу питания
— вывод №3 — питание датчика — +5 вольт
Если в устройстве используется несколько датчиков температуры, то их можно подключить к разным выводам порта МК, но тогда увеличится объем программы. Датчики лучше подключать как показано на схеме — параллельно, к одному выводу порта МК.
Напомню о величине подтягивающего резистора:
«Сопротивление резистора надо выбирать из компромисса между сопротивлением используемого кабеля и внешними помехами. Сопротивление резистора может быть от 5,1 до 1 кОм. Для кабелей с высоким сопротивлением жил надо использовать более высокое сопротивление. А там где присутствуют промышленные помехи – выбирать более низкое сопротивление и использовать кабель с более большим сечением провода. Для телефонной лапши (4 жилы) для 100 метров необходим резистор 3,3 кОм. Если вы применяете «витую пару» даже 2 категории длина может быть увеличена да 300 метров»

Программирование работы микроконтроллера с датчиком DS18B20

Как происходит общение датчика DS18B20 с микроконтроллером мы рассмотрим используя даташит датчика и программу Algorithm Builder.

Последовательность операций общения
ОЧЕНЬ ВАЖНО следовать установленной последовательности (которая состоит из трех пунктов) каждый раз при обращении к DS18B20:
1. Инициализация
2. Команда ROM
3. Функциональная команда DS18B20
Только две команды выполняется в два шага: Поиск ROM и Поиск Аварии .

Инициализация DS18B20

Последовательность выполнения инициализации состоит из двух частей:
— импульс сброса — который формирует микроконтроллер
— импульс присутствия — который формирует DS18B20
Исходное состояние шины DQ, по которой происходит общение МК и датчика, — логическая 1, так как шина DQ «подтянута» через резистор к питанию.
По состоянию шины DQ можно определить подключен ли датчик к микроконтроллеру:
— если на шине логическая 1 — значит датчик подключен
— если не логическая 1 — значит датчик не подключен (или забыли подключить, или обрыв линии DQ)
Поэтому, последовательность выполнения инициализации можно дополнить еще одним пунктом — проверка подключения датчика. Но учтите, что эту проверку можно провести только при одном датчике.

Проверяем подключение датчика DS18B20:

Где:
— INI_DS18B20 — подпрограмма инициализации
— DQ_Pin — имя, которое я присвоил, разряду порта к которому подключен датчик (если смотреть по схеме, то это вывод PB0 порта В)
— DQ_Pin=1 — проверка подключения датчика — если на выводе DQ_Pin логическая единица то переходим по стрелке, если нет, то:
— 1—> Term_Error , где Term_Error — переменная в которую записывается код ошибки, в данном случае «1»
— Show_Term_Error — переход к подпрограмме вывода ошибки на дисплей
К примеру, при использовании трехразрядного семисегментного дисплея, можно вывести такую строчку:
— Er1 , что означает — возникла ошибка, код ошибки-1 (датчик не подключен)

Теперь заглянем в даташит датчика и посмотрим временной график процедуры инициализации:


Переводим график в слова:
1. Исходный уровень шины DQ — логическая единица (за счет подтягивающего резистора)
2. Микроконтроллер формирует импульс сброса:
— МК переводит шину DQ в состоянии логического нуля на время не менее 480 микросекунд
— МК отпускает шину (переводим вывод в режим приема), при этом шина DQ опять переходит в состоянии логической единицы
3. DS18B20 обнаружив перепад уровня на шине (с логического нуля на логическую единицу) через 15-60 микросекунд передает импульс присутствия — переводит шину DQ в состояние логического нуля на длительность 60-240 микросекунд
4. По завершению импульса присутствия DS18B20 возвращает шину DQ в уровень логической единицы (судя по графику — через 480 микросекунд, от окончания импульса сброса, шина должна стопроцентно вернуться в уровень логической единицы)

Теперь переведем это все на язык программы. Но при этом следует учесть, что в процессе инициализации могут возникнуть еще две ошибки:
— DS18B20 не выдал импульс присутствия
— после импульса присутствия от DS18B20 шина DQ не вернулась в состоянии логической единицы

На графике указаны минимальные временные характеристики, поэтому в программе они несколько завышены или взяты максимальные (из минимальных) значения:
— импульс сброса от МК — не 480 а 500 микросекунд
— пауза от окончания импульса сброса до импульса присутствия — 60 микросекунд
— возврат шины в состояние логической единицы после импульса присутствия через 420 микросекунд
Я надеюсь с первым вопросом — ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ, мы разобрались
Переходим к следующему шагу обязательной последовательности — «Команда ROM»

Команда ROM

Следующим шагом нашего общения с DS18B20 мы должны подать ему нужную команду ROM
Напоминаю, что команд ROM всего пять:
1. Поиск ROM — может применяется (а может и не применяться, я, к примеру, ее в большинстве случаев не использую) в случае применения нескольких датчиков или других устройств общающихся с МК по шине 1-Wire
2. Чтение ROM — применяется при одном подключенном датчике для считывания его 64-битного кода
3. Соответствие ROM — применяется в случае если датчиков более одного для обращения к конкретному датчику
4. Пропуск ROM — команда используется для обращения сразу ко всем датчикам (устройствам) подключенным к МК. Практически применяется для подачи функциональной команды на конвертирование температуры (определение температуры) всеми подключенными датчиками одновременно
5. Поиск тревоги — если мы задали DS18B20 верхний и нижний предел температуры, которые нам нужно контролировать. В этом случае нам ответят только те датчики измеренная температура которыми соответствует заданным пределам

Каждая команда ROM имеет шестнадцатиразрядный код (также как и функциональные команды), поэтому для удобства в программе очень можно определить константы, которые имеют понятные названия команд, к примеру:


В этой таблице заданы константы нужных мне для работы с датчиками команд.
После первого шага — ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ, и передачи датчику DS18B20 команды ROM, датчик готов выполнить функциональную команду.
В предыдущей статье я подробно рассказал и о командах ROM, и о функциональных командах, повторяться не буду (я про функциональные команды).

Два примера алгоритма работы с DS18B20:
1. При использовании одного датчика:
— выполняем инициализацию

— подаем датчику функциональную команду — «Конвертировать температуру» (измерить температуру)
В процессе конвертирования контролируем работу датчика — если на шине ноль, то конвертирование не закончилось, если на шине логическая единица — конвертирование закончено.
Теперь можно считать температуру с датчика:
— выполняем инициализацию
— подаем датчику команду ROM — «Пропуск ROM»
— подаем датчику функциональную команду — «Чтение памяти»
По команде «чтение памяти» датчик начинает передачу данных из своей памяти — все девять байт. Но нам нужны только первые два байта — в них записана текущая измеренная датчиком температура. Поэтому считываем только два первых байта и выходим из подпрограммы.

DS18B20 - это цифровой датчик температуры. Датчик очень прост в использовании.

Во-первых, он цифровой, а во вторых - у него всего лишь один контакт, с которого мы получаем полезный сигнал. То есть, вы можете подключить к одному Arduino одновременно огромное количество этих сенсоров. Пинов будет более чем достаточно. Мало того, вы даже можете подключить несколько сенсоров к одному пину на Arduino! Но обо всем по порядку.

DS18B20 имеет различные форм-факторы. Так что выбор, какой именно использовать, остается за вами. Доступно три варианта: 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Серфинг по eBay или Aliexpress показывает, что китайцы предлагают версию TO-92 во влагозащищенном корпусе. То есть, вы можете смело окунать подобное чудо в воду, использовать под дождем и т.д. и т.п. Эти сенсоры изготавливаются с тремя выходными контактами (черный - GND, красный - Vdd и белый - Data).

Различные форм-факторы датчиков DS18B20 приведены на рисунке ниже.

Модель DS18B20 во влагозащищенном корпусе:

DS18B20 удобен в использовании. Запитать его можно через контакт data (в таком случае вы используете всего два контакта из трех для подключения!). Сенсор работает в диапазоне напряжений от 3.0 В до 5.5 В и измеряет температуру в диапазоне от -55°C до +125°C (от -67°F до +257°F) с точностью ±0.5°C (от -10°C до +85°C).

Еще одна крутая фича: вы можете подключить параллельно вплоть до 127 датчиков! и считывать показания температуры с каждого отдельно. Не совсем понятно, в каком проекте подобное может понадобится, но подключить два сенсора и контролировать температуру в холодильнике и морозильной камере можно. При этом вы оставите свободными кучу пинов на Arduino... В общем, фича приятная.

Что вам понадобится для контроля температуры с помощью Arduino и DS18B20

Программное обеспечение

• Естественно, вам необходима Arduino IDE;
• Библиотека OneWire library, которая значительно облегчает работу с Arduino и датчиком DS18B20;
• Скетч...

Загружаем скетч на Arduino

Скетч, который представлен ниже, есть в библиотеке OneWire, в категории examples. Перейдите в “File” - “Examples” - “OneWire” и выберите пример “DS18x20_Temperature”. Код программы представлен ниже.

Данный пример использует библиотеку OneWire Library, для того, чтобы собрать данные со всех подключенных датчиков температуры DS28B20 (как подключить несколько сенсоров описано в конце статьи) и отобразить их в окне серийного монитора Arduino IDE.

В окне серийного монитора вы увидите примерно следующее:

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

No more addresses.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1

Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit

No more addresses.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1

Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit

No more addresses.

Убедитесь, что вы указали корректные пины!

В строке 10, где указано “OneWire ds(2);” устанавливается пин, к которому подключен контакт data с сенсора.

В этом примере использован пин 2, но значения пина по умолчанию в примере OneWire стоит на 10. Можно использовать и его.

#include <OneWire.h>

// пример использования библиотеки OneWire DS18S20, DS18B20, DS1822

OneWire ds(2); // на пине 10 (нужен резистор 4.7 КОм)

void setup(void) {

Serial.begin(9600);

void loop(void) {

byte present = 0;

float celsius, fahrenheit;

if (!ds.search(addr)) {

Serial.println("No more addresses.");

Serial.println();

ds.reset_search();

Serial.print("ROM =");

Serial.write(" ");

Serial.print(addr[i], HEX);

if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) {

Serial.println("CRC is not valid!");

Serial.println();

// первый байт определяет чип

Serial.println(" Chip = DS18S20"); // или более старый DS1820

Serial.println(" Chip = DS18B20");

Serial.println(" Chip = DS1822");

Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");

ds.select(addr);

delay(1000); // 750 может быть достаточно, а может быть и не хватит

// мы могли бы использовать тут ds.depower(), но reset позаботится об этом

present = ds.reset();

ds.select(addr);

Serial.print(" Data = ");

Serial.print(present, HEX);

Serial.print(" ");

data[i] = ds.read();

Serial.print(data[i], HEX);

Serial.print(" ");

Serial.print(" CRC=");

Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);

Serial.println();

// конвертируем данный в фактическую температуру

// так как результат является 16 битным целым, его надо хранить в

// переменной с типом данных "int16_t", которая всегда равна 16 битам,

// даже если мы проводим компиляцию на 32-х битном процессоре

int16_t raw = (data

if (data == 0x10) {

raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data;

byte cfg = (data & 0x60);

// при маленьких значениях, малые биты не определены, давайте их обнулим

if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7; // разрешение 9 бит, 93.75 мс

else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // разрешение 10 бит, 187.5 мс

else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // разрешение 11 бит, 375 мс

//// разрешение по умолчанию равно 12 бит, время преобразования - 750 мс

celsius = (float)raw / 16.0;

fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0;

Serial.print(" Temperature = ");

Serial.print(celsius);

Serial.print(" Celsius, ");

Serial.print(fahrenheit);

Serial.println(" Fahrenheit");

Как подключить несколько сенсоров DS18B20 к Arduino?

Вы можете подключить несколько цифровых датчиков температуры DS18B20 параллельно. При этом библиотека OneWire library позволит вам считывать данные со всех датчиков одновременно.

Ниже описаны два метода подключения сенсоров.

Для большого количества сенсоров (больше 10), надо использовать резисторы с меньшим сопротивлением (например, 1.6 КОм или даже меньше).

Кроме того, если вы подключаете параллельно более 10 датчиков, могут возникнуть проблемы (погрешности при съеме показаний). Поэтому рекомендуется устанавливать дополнительный резистор сопротивлением 100...120 Ом между контактом data на Arduino и data на каждом сенсоре!

Результат работы предыдущего скетча с двумя подключенными сенсорами может выглядет примерно следующим образом:

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 51 1 4B 46 7F FF F 10 FE CRC=FE

Temperature = 21.06 Celsius, 69.91 Fahrenheit

ROM = 28 DA CA 27 5 0 0 49

Data = 1 4E 1 4B 46 7F FF 2 10 D9 CRC=D9

Temperature = 20.87 Celsius, 69.57 Fahrenheit

No more addresses.

Выбираем правильный сенсор

Было бы неплохо знать, с какого именно сенсора вы получаете данные, когда вы используете параллельно несколько датчиков. Как это сделать?

Серийный номер

Так как датчики цифровые, у каждого из них есть индивидуальный серийный номер, который можно использовать для опознавания того или иного сенсора. Вроде бы все просто. Но... нам ведь надо предварительно определить эти серийные номера, прежде чем использовать их для опознавания сенсора, правильно?

Вы могли обратить на примерах выше, что скетч выдает нам данные в виде 64-битного серийного номера - значение “ROM”. Например:

28 88 84 82 5 0 0 6A или 28 DA CA 27 5 0 0 49 в примере выше.

Не забывайте, если вы используете одновременно большое количество датчиков (10 и больше), надо добавить резисторы 100 … 120 Ом между контактами data с сенсора DS18B20 и пином data на Arduino (для каждого датчика!).

Ниже показана схема параллельного подключения нескольких сенсоров с использованием трех контактов.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Все-таки фирма «Dallas Semiconductor» рулит. Выпускают множество уникальных и недорогих штуковин. Одна из них — цифровой датчик температуры DS18B20. Штуковина чуть меньше вишневой косточки с тремя выводами. Первый вывод – питание + 5 вольт, второй – общий (ноль), ну а третий – сигнальный, с него снимается последовательный код пропорциональный температуре. Датчик обеспечивает измерение температуры в диапазоне (–55… +125)°C с погрешностью измерений ±0.5°C на диапазоне (-10… +85)°C. Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором. Внутри – сложная схема с сенсором, АЦП, ПЗУ, регистрами хранения и системой последовательного вывода.

Основные функциональные возможности DS18B20 — его температурный преобразователь. Разрешающая способность температурного преобразователя может быть изменена пользователем и составляет 9, 10, 11, или 12 бит, соответствуя приращениям 0.5 °C, 0.25°C, 0.125°C, и 0.0625°C, соответственно. Разрешающая способность по умолчанию установлена 12-бит.

У меня валялось штук пять контроллеров PIC16F628 и я как-то вдруг обнаружил что у меня все термометры или ртутные или спиртовые, что было расценено как явный непорядок. Поэтому было решено собрать несколько схем на этом датчике, для измерения температуры на улице, температуры в квартире, ну и еще сделаю один мини-вариант для измерения температуры человека, а то эти аптечные электронные градусники безбожно врут! Ну еще система измерения температуры понадобится для робота, так что в любом случае нужна будет как испытательная.

Из замеченных недостатков:

1. Высокое термическое сопротивление корпуса. То есть БЫСТРО измерять нельзя. Нельзя измерять быстрые изменения. На видео это видно.

2. Диапазон температур -55 — +125 явно не промышленный, да и вообще, скажем, зекам в Оймяконе или подземных ниобиевых рудниках на Таймыре (а там –50-60 и даже –70 бывает) температуру он не покажет. То есть даже не весь бытовой диапазон охватывает.

Плату разводил по одной стороне. Допустил пару косяков при разводке, будут исправлены в последующих выпусках.

Вид сверху. Неработающий разряд – минус температур.

Испытания. Начал дуть феном для сушки волос, потом выключил. Осталось еще в корпус оформить. Себестоимость устройства – 6 долл. Блок питания — от старой мобилы.

Возможно будет изготовлен экспериментальный вариант с питанием от солнечной батареи на ЖК-индикаторах, чтобы вообще не заморачиваться с питанием. Приклеить на окно и пусть себе вечно работает! Кстати, кому нужна будет прошивка, пишите, у меня заведомо правильная.

P.S. Сегодня сравнил показания с другим устройством где датчиком является терморезистор. Как мы видим — все совпадает.