Dallas DS18B20 Sensor de temperatura de la sonda

Hi ha molts tipus de sensors, i el sensor de temperatura DS18B20 produït per DALLAS és el millor quan s'utilitza en aplicacions d'alta precisió i alta fiabilitat. Talla ultra petita, sobrecàrrega de maquinari ultra baixa, forta capacitat anti-interferència, alta precisió, i les fortes funcions addicionals fan que el sensor DS18B20 sigui més popular. Els avantatges del sensor DS18B20 són la nostra millor opció per aprendre tecnologia de microcontroladors i desenvolupar productes petits relacionats amb la temperatura.. Comprendre els principis de funcionament i les aplicacions pot ampliar les vostres idees per al desenvolupament de microcontroladors.

Característiques del sensor DS18B20
1. La comunicació utilitza una interfície d'1 cable
2. Cada sensor DS18B20 té un codi de sèrie únic de 64 bits emmagatzemat a la ROM integrada.
3. No requereix components externs
4. Es pot alimentar des de la línia de dades, i el rang d'alimentació és de 3,0 V ~ 5,5 V.
5. El rang de temperatura mesurable és de -55 ℃ ~ +125 ℃
6. La precisió és de ± 0,5 ℃ en el rang de -10 ~ + 85 ℃
7. La resolució del termòmetre es pot configurar entre 9 i 12 bits. A les 12 bites, la resolució correspon a 0,0625 ℃.

Mètodes de connexió típics del sensor DS18B20 en aplicacions pràctiques
1. Mètode de connexió típic quan es treballa sota font d'alimentació paràsit
Horari d'autobús únic
El sensor DS18B20 utilitza un bus d'1 cable per transmetre totes les dades en una línia, de manera que el protocol d'un sol cable té requisits de temps molt estrictes per garantir la integritat de les dades.
Tipus de senyal de bus únic: reiniciar el pols, pols de presència, escriure 0, escriure 1, llegir 0, llegir 1. Tots aquests senyals excepte el pols de presència enviat per DS18B20, altres senyals són enviats pel controlador de bus.
La transferència de dades sempre comença amb el bit menys significatiu.

Temps d'inicialització
La seqüència d'inicialització inclou el reinici del sensor DS18B20 i la recepció del senyal de presència retornat pel DS18B20.

L'amfitrió l'ha d'inicialitzar abans de qualsevol comunicació amb el sensor DS18B20. Durant la inicialització, el controlador de l'autobús baixa l'autobús i el manté durant més de 480 us. El dispositiu penjat a l'autobús es reiniciarà, després deixeu anar l'autobús, espereu fins a les 15-60 us, moment en què 18B20 retornarà un senyal de presència de baix nivell entre 60-240us.

Restablir el diagrama de temps de pols i pols de presència:
Circuit d'aplicació del sensor DS18B20 El sistema de mesura de temperatura DS18B20 té els avantatges d'un sistema de mesura de temperatura senzill, precisió de mesura d'alta temperatura, connexió convenient, i ocupa menys línies d'interfície. El següent és el diagrama del circuit de mesura de temperatura del sensor DS18B20 en diversos modes d'aplicació diferents:
5.1. A la figura es mostra el diagrama de circuit del mode d'alimentació paràsit del sensor DS18B20 4. En el mode d'alimentació paràsit, el DS18B20 extreu energia de la línia de senyal d'un sol cable: l'energia s'emmagatzema al condensador intern mentre la línia de senyal DQ està a un nivell alt. Quan la línia de senyal està a un nivell baix, consumeix l'energia del condensador per funcionar, i després carrega la font d'alimentació parasitària (condensador) fins que arribi l'alt nivell.
L'únic mètode d'alimentació paràsit té tres avantatges:
1) Quan es realitza la mesura de temperatura remota, no es requereix cap font d'alimentació local
2) La ROM es pot llegir sense font d'alimentació normal
3) El circuit és més senzill, utilitzant només un port d'E/S per mesurar la temperatura.
Perquè el sensor DS18B20 realitzi conversions de temperatura precises, les línies d'E/S han d'assegurar que es proporcioni suficient energia durant la conversió de temperatura. Atès que el corrent de funcionament de cada sensor DS18B20 arriba a 1 mA durant la conversió de temperatura, quan es pengen diversos sensors a la mateixa línia d'E/S per a la mesura de la temperatura multipunt, la resistència pull-up de 4,7K sola no pot proporcionar prou energia. Farà que la temperatura no es pugui convertir o que l'error de temperatura sigui extremadament gran.
Per tant, el circuit de la figura 4 només és adequat per al mesurament de la temperatura amb un sol sensor de temperatura i no és adequat per al seu ús en sistemes alimentats amb bateries. I la font d'alimentació de treball VCC s'ha de garantir que sigui de 5V. Quan la tensió d'alimentació baixa, també disminueix l'energia que pot extreure la font d'alimentació parasitària, que augmentarà l'error de temperatura.
5.2. Esquema de circuit del mode d'alimentació paràsit de la font d'alimentació parasitària DS18B20 El mode d'alimentació paràsit millorat es mostra a la figura 5. Per tal que el sensor DS18B20 obtingui un subministrament de corrent suficient durant el cicle de conversió dinàmica, quan es realitza una conversió de temperatura o es copia a l'operació de memòria E2, utilitzar un MOSFET per tirar directament de la línia d'E/S a VCC pot proporcionar suficient corrent. La línia d'E/S s'ha de passar a un estat de pull-up fort en un màxim de 10 μS després d'emetre qualsevol ordre que impliqui una còpia a la memòria E2 o l'inici d'una conversió de temperatura. El fort mode pull-up pot resoldre el problema de la fallada del subministrament actual, per la qual cosa també és adequat per a aplicacions de mesura de temperatura multipunt. El desavantatge és que ocupa una línia de port d'E/S més per a un fort canvi de pull-up.
Nota: En el mode d'alimentació paràsit de la figura 4 i Figura 5, el pin VDD del sensor DS18B20 ha d'estar connectat a terra.

Arnès de cablejat del sensor de temperatura digital DALLAS

Sonda sensor Ds18b20 + cable

Arnès del connector del sensor digital Ds18b20

5.3. Mode d'alimentació externa del sensor DS18B20

En el mode d'alimentació externa, la font d'alimentació del sensor DS18B20 està connectada al pin VDD. En aquest moment, la línia d'E/S no necessita un fort pull-up, i no hi ha cap problema de corrent d'alimentació insuficient, que pot garantir la precisió de la conversió. Al mateix temps, teòricament es pot connectar qualsevol nombre de sensors DS18B20 al bus per formar un sistema de mesura de temperatura multipunt. Nota: En mode d'alimentació externa, el pin GND del DS18B20 no es pot deixar flotant, en cas contrari, la temperatura no es pot convertir i la temperatura de lectura és sempre de 85 °C.
El mètode d'alimentació externa és el millor mètode de treball del sensor DS18B20. El treball és estable i fiable, la capacitat anti-interferència és forta, i el circuit és relativament senzill, de manera que es pot desenvolupar un sistema de control de temperatura multipunt estable i fiable. L'administrador web recomana que utilitzeu una font d'alimentació externa durant el desenvolupament. Després de tot, només hi ha un cable VCC més que la font d'alimentació parasitària. En el mode d'alimentació externa, els avantatges de l'ampli rang de tensió de la font d'alimentació del DS18B20 es poden utilitzar plenament. Fins i tot si la tensió d'alimentació VCC baixa a 3V, la precisió de la mesura de la temperatura encara es pot garantir.
6. Precaucions en utilitzar DS1820
Tot i que DS1820 té els avantatges d'un sistema de mesura de temperatura senzill, precisió de mesura d'alta temperatura, connexió convenient, i ocupa menys línies d'interfície, Les qüestions següents també s'han de prestar atenció a les aplicacions pràctiques:
6.1. La petita sobrecàrrega de maquinari requereix un programari relativament complex per compensar. Com que la transmissió de dades en sèrie s'utilitza entre el DS1820 i el microprocessador, en llegir i escriure programació al DS1820, el temps de lectura i escriptura s'ha de garantir estrictament, en cas contrari, no es llegiran els resultats de la mesura de temperatura. Quan s'utilitzen llenguatges d'alt nivell com PL/M i C per a la programació del sistema, el millor és utilitzar llenguatge ensamblador per implementar la part operativa DS1820.
6.2. La informació rellevant sobre DS1820 no esmenta el nombre de DS1820 connectats a un sol bus, cosa que pot portar fàcilment a la gent a creure erròniament que es pot connectar qualsevol nombre de DS1820. En aplicacions pràctiques aquest no és el cas. Quan n'hi ha més de 8 DS1820 en un sol bus, s'ha de resoldre el problema del conductor de l'autobús del microprocessador. Cal prestar atenció a aquest punt quan es dissenya un sistema de mesura de temperatura multipunt.
6.3. El cable de bus connectat al DS1820 té un límit de longitud. Durant la prova, quan la longitud de transmissió supera els 50 m utilitzant cables de senyal normals, es produiran errors en les dades de mesura de temperatura llegides. Quan el cable de bus es canvia per un cable blindat de parell trenat, la distància de comunicació normal pot arribar als 150 m. Quan s'utilitza un cable blindat de parell trenat amb més girs per metre, la distància de comunicació normal s'allarga encara més. Aquesta situació és causada principalment per la distorsió de la forma d'ona del senyal causada per la capacitat distribuïda del bus. Per tant, quan es dissenya un sistema de mesura de temperatura a llarga distància amb DS1820, s'han de tenir en compte plenament els problemes de concordança d'impedància i capacitat distribuïda per bus.
6.4. En el disseny del programa de mesura de temperatura DS1820, després d'enviar una ordre de conversió de temperatura al DS1820, el programa sempre espera el senyal de retorn del DS1820. Un cop un DS1820 té un contacte deficient o està desconnectat, quan el programa llegeix el DS1820, no hi haurà senyal de retorn i el programa entrarà en un bucle infinit. Aquest punt també s'ha de prestar certa atenció quan es realitza la connexió de maquinari i el disseny de programari DS1820. Es recomana que el cable de mesura de la temperatura estigui apantallat de parell trenat de 4 nuclis. Un parell de cables està connectat al cable de terra i al cable de senyal, l'altre grup està connectat a VCC i cable de terra, i la capa de blindatge es posa a terra en un sol punt a l'extrem de la font.