Датчик температуры dallas 18b20. Датчик температуры Arduino DS18B20. Общая характеристика, названия и маркировка выводов моделей DS18B20
В ассортименте нашего магазина появился датчик температуры DALLAS 18B20 во влагозащищенном корпусе с широким диапазоном измеряемых температур от -55 до +125°С. Данные о влагозащищенности и максимальной температуре в +125 градусов сразу натолкнули на мысли об экстремальном тестировании в кипящей воде. Этим мы и займемся.
Компоненты для повторения (купить в Китае):
Данный датчик работает по шине 1-Wire.
Каждое такое устройство содержит уникальный 64-битный "ROM" код, состоящий из 8 битов, определяющих код серии, 48 бит уникального номера и 8 бит помехоустойчивого CRC кода.
Информация об измеренной температуре хранится в оперативной памяти датчика, которая состоит из 9 байт.
1 и 2 байты хранят информацию о температуре.
3 и 4 байты хранят соответственно верхний и нижний пределы температуры.
5 и 6 байты зарезервированы.
7 и 8 байты используются для сверхточного измерения температуры.
9 байт хранит помехоустойчивый CRC код предыдущих 8 байт.
Основные команды, используемые при работе с библиотекой:
search(addressArray)
Выполняет поиск следующего 1-Wire устройства, если устройство найдено, то в 8 байтный массив addressArray записывается его ROM код, иначе возвращает false.
reset_search()
Выполняет новый поиск с первого устройства.
reset()
Выполняет сброс шины, необходимо перед связью с датчиком.
select(addressArray)
Выполняет выбор устройства после сброса, передается ROM Код устройства.
write(byte)
Передает информационный байт на устройство
write(byte, 1)
read()
Считывает информационный байт с устройства
crc8(dataArray, length)
Вычисляет CRC код байтов из массива dataArray, длиной length
При помощи команды write, мы можем передавать управляющие команды на датчик в виде байтов, рассмотрим основные из них:
0x44 - провести измерение температуры и записать данные в оперативную память
0x4E - записать 3 байта в 3й, 4й и 5й байты оперативной памяти
0x48 - скопировать 3й и 4й байты оперативной памяти в EEPROM
0xB8 - скопировать данные из EEPROM В 3й и 4й байты оперативной памяти
Подключение к Arduino
Из датчика выходят три провода:
Красный: "+" питания.
Черный: "-" питания
Белый: Вывод выходного сигнала
Подключение датчика:
Красный: на + 5 Вольт Arduino.
Черный на любой из GND пинов--- Arduino.
Белый на любый цифровой вход Arduino (в примере D10).
Для работы датчика необходимо соединить сигнальный провод с проводом питания резистором номиналом 4.7 кОм.
Для начала рассмотрим самый полезный пример для работы с датчиком - вывод показаний температуры в монитор порта.
Пример программного кода
#include
Dallas18B20 экстремальное тестирование
Как уже говорилось, мы решили устроить датчику экстремальное тестирование, но просто опускать датчик в кипяток это не интересно. Поместим датчик в стакан и прокипятим. Для наглядности в монитор порта будут выводиться значения температуры. На прикрепленном ниже видео видно плавное нарастание температуры. Хочется отметить что температура воды при нормальном атмосферном давлении не может быть выше 100 °С. При тестировании датчика в кипящей воде, максимально зафиксированная нами температура составила 99.87°С. Тест можно считать успешным.
В схему было добавлено реле, для автоматического отключения кипятильника при температуре 99.5°С. Чтобы не резать провода на кипятильнике подключим через розетку, внутри которой находится вышеупомянутое реле.
Важно
Датчик температуры находится в металлическом корпусе, переход от металла на кабель заизолирован термоусадочной трубкой. На металле трубка прилегает очень плотно, на кабеле слабее, через это место может, хоть вероятность и мала, просочиться вода. С целью избежания данной ситуации мы советуем не погружать датчик в воду целиком. Если у вас все таки есть такая необходимость, мы рекомендуем заизолировать данный участок более тщательно.
Код примера
#include
#include
OneWire ds(10); // Подключаем датчик к 10 цифровому пину
void setup(void) {
Serial.begin(9600);
pinMode(3, OUTPUT);
// Включаем кипятильник
digitalWrite(3, LOW);
}
void loop(void) {
byte i;
byte type_s;
byte data;
byte addr;
float celsius, fahrenheit;
// Ищем алрес датчика
if (!ds.search(addr)) {
Serial.println("No more addresses.");
Serial.println();
ds.reset_search();
delay(250);
return;
}
// Проверяем не было ли помех при передаче
if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) {
Serial.println("CRC is not valid!");
return;
}
Serial.println();
// Определяем серию датчика
switch (addr) {
case 0x10:
Serial.println(" Chip = DS18S20");
type_s = 1;
break;
case 0x28:
Serial.println(" Chip = DS18B20");
type_s = 0;
break;
case 0x22:
Serial.println(" Chip = DS1822");
type_s = 0;
break;
default:
Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
return;
}
ds.reset();
ds.select(addr);
ds.write(0xBE); // Считываем оперативную память датчика
for (i = 0; i < 9; i++) {
data[i] = ds.read(); // Заполняем массив считанными данными
}
// Данные о температуре содержатся в первых двух байтах, переведем их в одно значение и преобразуем в шестнадцатиразрядное число
int16_t raw = (data << 8) | data;
if (type_s) {
raw = raw << 3;
if (data == 0x10) {
raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data;
}
}
else {
byte cfg = (data & 0x60);
if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7;
else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3;
else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1;
}
celsius = (float)raw / 16.0;
fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0;
Serial.print("Temp = ");
Serial.print(celsius);
Serial.print(" C, ");
Serial.print(fahrenheit);
Serial.println(" F");
// Если температура достигает температуры кипения (с погрешностью), отключаем кипятильник
if (celsius > 99.5)
{
digitalWrite(3, HIGH);
}
}
Купить в России
DS18B20 - современный программируемый датчик цифрового типа для контроля изменений температуры с функцией аварийного сигнала. Данные устройства работают согласно протоколу 1-Wire (однопроводная линия связи с микроконтроллером) и снабжены энергонезависимой памятью для сохранения и контроля запрограммированных параметров интерфейса. Корректное измерение температуры DS18B20 происходит в диапазоне от -55° до +125°С, но наименьшая погрешность, составляющая 0,5°С, достигается в диапазоне от -10° до +85°С.
Цифровой датчик температуры DS18B20 благодаря своему специфическому 64-разрядному коду разрешает подключать в единую линию связи несколько микросхем данной серии для контроля микроклимата как небольшого офисного здания в Москве, так и огромного производственного цеха.
Общая характеристика, названия и маркировка выводов моделей DS18B20
В зависимости от конструкции микросхема-датчик температуры Dallas DS18B20 для контроля заданных параметров доступна в 3 формах:
- ТО-92;
- SO (150 mm);
- µSOP.
Расшифруем, где какой вывод микросхемы, и как правильно ее подключить.
Основные особенности и характеристики датчика температуры DS18B20 :
- низкий уровень U питания от линии (3–5,5 В);
- высокоэффективная работа с помощью протокола 1-Wire;
- уникальный идентификационный 64-битный код, записываемый в независимую ROM-память устройства для работы большего количества устройств с помощью одной линии связи, что позволяет получать точное положение датчика, температурный режим которого находится выше или ниже запрограммированного уровня;
- широкий диапазон температурных измерений: -55°–+125°С с точностью 0,5°С в диапазоне -10°–+85°С;
- встроенный АЦП позволяет запрограммировать DS18B20 в диапазоне 9–12 разрядов, что позволяет снизить время измерений до 750 мс;
- удобное подключение микросхемы DS18B20 Raspberry Pi;
- для программирования термодатчика достаточно его подключить к любому устройству, работающему под управлением архитектур Arduino, ARM, PIC или AVR.
Как работают современные датчики температуры
Блок-схема датчика температуры типа DS18B20 выглядит следующим образом:
Исходя из вышеприведенной структуры, рассматриваемый датчик состоит из:
Основная функция микросхемы DS18B20 - трансформация показаний встроенного датчика температуры в цифровой код. Это преобразование зависит от разрешения преобразования, установленного пользователем, которое варьируется от 9 до 12 бит (0,5°–0,625°С). Если настройки не производились, то установка регистра конфигурации соответствует 12 битам.
В начальном состоянии DS18B20 находится в состоянии покоя или иными словами в низком энергетическом уровне. Для начала измерений микроконтроллер подает сигнал , после чего полученные данные сохраняются в регистр, а сам датчик переходит в режим «покоя».
При работе цифрового датчика температуры DS18B20 от независимого источника питания микроконтроллер способен контролировать процесс выполнения команды , которая осуществляет измерение температуры. Таким образом, датчик температуры DS18B20 сформирует логический «0» во время трансформации показаний температурного режима и логическую «1» в случае окончания процесса преобразования.
После снятия и обработки сигнала с датчика температуры в микросхеме DS18B20 полученные данные в градусах Цельсия сохраняются в виде 16-битного числа с признаком (S), который отвечает за знак «+» или «-» температуры. Структура регистра температуры будет выглядеть так, как показано ниже.
Если показания температуры выше «0», то показатель S=0, если же значение температуры отрицательное, то S=1. Ниже представлена таблица соответствия данных и температуры.
Как формируются и передаются тревожные сигналы Th и Tl
После выполнения трансформации показаний температуры в 16-битный код полученное число сравнивается со значениями Th и Tl, расположенными в регистре памяти (EEPROM) микропроцессора, а именно второй и третий байты. Структура регистров Th и Tl будет выглядеть следующим образом:
Если полученные данные, 11–4 биты регистра, превышают Th или же ниже параметра Tl, то формируется сигнал аварии на микросхеме. Но на этом измерения не прекращаются, и в случае снижения Th ниже или Tl выше заданного диапазона условие «Авария » сбрасывается.
Если же необходимо самостоятельно выявить один из датчиков, который выдает сигнал «Тревога », то микроконтроллер с помощью команды ECh выполнит тестирование каждого датчика. В случае изменения параметров Th и Tl, выше или ниже занесенных в регистр значений, выдаст код устройства с нарушениями температурного режима.
Как выполнить правильное питание DS18B20
Микросхема DS18B20 позволяет осуществить 2 типа подключения:
Данный тип подключения считается более рациональным. Основное его преимущество - возможность работы с большим количеством датчиков с помощью специальных приложений.
При высоком U на шине микросхемы DS18B20 работает и заряжает Cpp при помощи вывода DQ. Обязательное условие для работы устройства в подобном режиме - заземление Vdd. При смене уровня сигнала на логический «0» питание схемы осуществляется от ранее заряженного конденсатора. В обычном режиме работы микросхема DS18B20 способна демонстрировать непрерывную и стабильную работу при соблюдении электрических характеристик.
Однако при выполнении микросхемой частых преобразований и взаимодействий с памятью потребляемый ток может превысить 1,5 мА. Это приведет к просадке напряжения на шине ниже минимально допустимого уровня. Для решения этой задачи необходимо использовать MOSFET транзистор. Он работает, когда выполняется копирование данных или же преобразование температуры. Тем не менее его используют очень редко, так как запас мощности микросхемы DS18B20 позволяет выполнять вычисления без снижения уровня напряжения.
В большинстве случаев рационально применять данный метод. Однако если измеряемая температура выше 100°С, то возникает большой ток утечки, и заряда конденсатора Cpp не хватает для полноценного функционирования микросхемы. В таких случаях лучше применять питание микросхемы от внешнего источника.
Подключение цифрового датчика температуры DS18B20 к внешнему источнику питания
Основное достоинство прямого подключения - отсутствие MOSFET транзистора. Питание микросхемы осуществляется от внешнего источника с помощью резистора номиналом 4,7 кОм. Во время работы по данной схеме основная шина преобразования может быть использована в других целях, потому что она остается свободной.
Контроль чтения DS18B20
Для контроля процесса чтения данных 64-битного ROM-кода девятый байт - это CRC или байты циклического кода SRAM. Генератор CRC выглядит следующим образом:
Данный код находится в старшем байте памяти ROM и вычисляется для предыдущих 56 битов. Основная задача девятого байта (CRC) - контроль чтения данных из микросхемы. Для этого микропроцессор производит вычисление полученного циклического кода и выполняет его сравнение с заранее принятым кодом. В результате сравнения микроконтроллер получает данные о корректности полученных данных.
Для проверки полученных данных служит полином циклического кода следующей структуры:
C R C = X 8 + X 5 + X 4 + 1
Кодировка датчика DS18B20
Для контроля уровня температур в различных точках применяется большое количество датчиков, каждый из которых закодирован 64-битным кодом в ROM-памяти. В первые 8 бит записан код семейства (28h), во вторые 48 бит - серийный номер датчика и в последние 8 бит запрограммирован циклический код (CRC) для всех предыдущих битов.
Регистр конфигураций
Время обработки сигнала в микросхеме DS18B20 зависит от значения байта 4 в памяти конфигурации, являющегося регистром конфигурации. Данный регистр выглядит так , как показано ниже .
Для установки разрешения преобразования необходимо сменить параметры R0 и R1, которые в первоначальном состоянии соответствуют 11. В таблице приведено соответствие значений данных параметров , разрешения и время преобразования .
Работа с интерфейсом 1-Wire
Система для измерения перепада температурного режима на основе датчиков DS18B20 работает при помощи протокола 1-Wire, который в свою очередь состоит из ведущего (главного или «Мастер») и ведомого устройства (СЛЕЙВ). Датчик данного типа может подключаться только в качестве ведомого. При подключении к шине только одного датчика данная система будет называться одноточечной , а в случае нескольких - многоточечной. Все данные и сигналы в подобной системе передаются с младшим битом вначале.
Как выполнена память цифрового датчика данного типа
Для полноценной работы DS18B20 состоит из 2 типов памяти: EEPROM и SRAM. Первый тип памяти - энергонезависимый, а второй - оперативный. Карта памяти выглядит следующим образом:
В EEPROM-памяти хранятся данные граничных порогов температур, а также регистр конфигураций.
А в карте памяти SRAM первые 2 байта (0 и 1) отвечают за измеренную температуру, вторые 2 байта предназначены только для чтения и отвечают за значения граничных температур из памяти EEPROM, четвертый байт содержит в себе параметры конфигурации. А зарезервированные байты с пятого по седьмой всегда выдают логическую «1» при чтении и не могут быть записаны. Для корректной работы памяти есть также восьмой байт или генератор циклического кода, отвечающий за первые 8 байт.
Чтобы выполнить запись в байты 2–4, потребуется выполнить команду ЗАПИСЬ ПАМЯТИ . Для получения доступа к записанным данным достаточно выполнить команду ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ . А если необходимо выполнить запись параметров TH, TL или же регистра конфигурации, тогда следует выполнить команду КОПИРОВАНИЕ ПАМЯТИ .
Что понадобится для работы с микросхемой DS18B20
Для работы с микросхемой DS18B20 потребуется:
- программное обеспечение Arduino IDE ;
- библиотека для работы с протоколом 1-Wire OneWire library ;
- скетч.
Вышеуказанные приложения позволят произвести прошивку микросхемы. Однако, чтобы это осуществить, потребуется следующее оборудование:
- контроллер Arduino;
- USB-кабель, подключающий контроллер к персональному компьютеру;
- монтажная плата для установки микросхемы и 3 коннектора.
Подключение микросхемы к Arduino
Для подключения датчика, как показано на схеме ниже, контакт 1 (GND) подключается к общему «-» платы, контакт 2 (Vdd) подключается к источнику питания +5 В через подтягивающий резистор номиналом 4,7 кОм, а последний контакт 3 (DATA) подключается к одному из пинов на микроконтроллере Arduino (на схеме использован второй пин).
Для данного случая строка 10 должна иметь следующий вид: OneWire ds(2) .
Настройка кода и работа с библиотеками
После окончания монтажных работ можно приступать к программированию устройства. Для этого с помощью приложения Arduino IDE требуется смонтировать библиотеку OneWire library . Для этого в меню приложения необходимо выбрать «Add Library », которое расположено в меню «Sketch » или для русскоязычного варианта «Скетч » - «Подключить библиотеку » - «OneWire ».
Далее в открывшейся библиотеке следует найти пример программирования «». Для этого необходимо в меню «Файл » выбрать подменю «Примеры », далее раздел «OneWire » и пункт «».
В примере из библиотеки OneWire в строке 10 изначально запрограммирован 10 pin микроконтроллера, для рассматриваемого случая его требуется заменить на 2. В итоге 10 строка должна выглядеть следующим образом:
После корректно выполненных операций, компиляции и загрузки программы в окне монитора порта «Инструменты » - «» появится примерно следующее:
Заключение
Датчик DS18B20 - сложное устройство, измеряющее температурный режим, обладающее легкой схемой монтажа, высокой точностью измерений температуры и надежностью. Однако для полноценного функционирования данных устройств необходимо выполнить сложное программирование.
Видео по теме
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!
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)
