Sonda teplotního čidla DALLAS Ds18b20

Existuje mnoho typů senzorů, a teplotní senzor DS18B20 vyrobený společností DALLAS je nejlepší při použití ve vysoce přesných a vysoce spolehlivých aplikacích. Ultra malá velikost, extrémně nízká hardwarová režie, silná schopnost proti rušení, vysoká přesnost, a díky silným doplňkovým funkcím je senzor DS18B20 populárnější. Výhody senzoru DS18B20 jsou naší nejlepší volbou pro učení technologie mikrokontrolérů a vývoj malých produktů souvisejících s teplotou. Pochopení pracovních principů a aplikací může rozšířit vaše představy o vývoji mikrokontrolérů.

Vlastnosti senzoru DS18B20
1. Komunikace využívá 1-Wire rozhraní
2. Každý senzor DS18B20 má jedinečný 64bitový sériový kód uložený v integrované paměti ROM.
3. Nejsou potřeba žádné externí komponenty
4. Může být napájen z datové linky, a rozsah napájení je 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Rozsah měřitelných teplot je -55℃ ~ +125℃
6. Přesnost je ±0,5℃ v rozsahu -10~+85℃
7. Rozlišení teploměru lze nastavit na 9~12 bitů. Na 12 bitů, rozlišení odpovídá 0,0625℃.

Typické způsoby připojení snímače DS18B20 v praktických aplikacích
1. Typický způsob připojení při práci s parazitním napájením
Časování jednoho autobusu
Senzor DS18B20 používá 1-wire Bus k přenosu všech dat na jedné lince, takže jednodrátový protokol má velmi přísné požadavky na časování, aby byla zajištěna integrita dat.
Typy signálu jedné sběrnice: resetovat puls, puls přítomnosti, napsat 0, napsat 1, číst 0, číst 1. Všechny tyto signály kromě impulzu přítomnosti vysílaného DS18B20, ostatní signály posílá řadič sběrnice.
Přenos dat vždy začíná nejméně významným bitem.

Časování inicializace
Inicializační sekvence zahrnuje resetování senzoru DS18B20 a příjem signálu přítomnosti vráceného DS18B20.

Host jej musí inicializovat před jakoukoli komunikací se senzorem DS18B20. Během inicializace, řadič sběrnice stáhne sběrnici nízko a podrží ji déle než 480us. Zařízení visící na sběrnici bude resetováno, pak autobus uvolněte, počkejte do 15-60us, v tomto okamžiku 18B20 vrátí nízkoúrovňový signál přítomnosti mezi 60-240us.

Vynulujte diagram časování pulzů a pulzů přítomnosti:
DS18B20 aplikační obvod senzoru Systém měření teploty DS18B20 má výhody jednoduchého systému měření teploty, vysoká přesnost měření teploty, pohodlné připojení, a zabírá méně čar rozhraní. Následuje schéma obvodu měření teploty senzoru DS18B20 v několika různých aplikačních režimech:
5.1. Schéma zapojení režimu parazitního napájení snímače DS18B20 je na obrázku 4. V režimu parazitního napájení, DS18B20 odebírá energii z jednovodičového signálového vedení: energie je uložena ve vnitřním kondenzátoru, zatímco signálové vedení DQ je na vysoké úrovni. Když je signální vedení na nízké úrovni, spotřebovává energii na kondenzátoru, aby fungoval, a poté nabíjí parazitní napájecí zdroj (kondenzátor) dokud nedorazí vysoká úroveň.
Jedinečný způsob parazitního napájení má tři výhody:
1) Při provádění dálkového měření teploty, není nutné žádné místní napájení
2) ROM lze číst bez běžného napájení
3) Obvod je jednodušší, použití pouze jednoho I/O portu pro měření teploty.
Aby snímač DS18B20 prováděl přesné převody teploty, I/O linky musí zajistit dostatek energie při přeměně teploty. Protože provozní proud každého snímače DS18B20 dosahuje při převodu teploty 1 mA, když je několik senzorů zavěšeno na stejné I/O lince pro vícebodové měření teploty, samotný pull-up rezistor 4,7K nemůže poskytnout dostatek energie. Způsobí to, že nebude možné převést teplotu nebo bude teplotní chyba extrémně velká.
Proto, obvod na obrázku 4 je vhodný pouze pro použití při měření teploty s jedním teplotním senzorem a není vhodný pro použití v bateriově napájených systémech. A pracovní napájecí zdroj VCC musí být zaručen na 5V. Při poklesu napájecího napětí, klesá i energie, kterou může parazitní zdroj odebírat, což zvýší teplotní chybu.
5.2. Schéma zapojení parazitního napájecího zdroje DS18B20 režimu silného pull-up napájecího zdroje Vylepšený režim parazitního napájení je znázorněn na obrázku 5. Aby snímač DS18B20 získal dostatečnou proudovou dodávku během cyklu dynamické konverze, při provádění převodu teploty nebo kopírování do paměti E2, použití MOSFETu k přímému vytažení I/O linky do VCC může poskytnout dostatečný proud. I/O linka musí být převedena do silného pull-up stavu maximálně do 10 μS po vydání jakéhokoli příkazu zahrnujícího kopii do paměti E2 nebo zahájení převodu teploty. Silný pull-up režim může vyřešit problém výpadku proudu, takže je vhodný i pro vícebodové měření teploty. Nevýhodou je, že zabírá o jeden I/O port více pro silné pull-up přepínání.
Poznámka: V režimu parazitního napájení z obrázku 4 a Obrázek 5, pin VDD snímače DS18B20 musí být připojen k zemi.

Kabelový svazek digitálního snímače teploty DALLAS

Senzorová sonda Ds18b20 + kabel

svazek konektoru digitálního snímače Ds18b20

5.3. Režim externího napájení snímače DS18B20

V režimu externího napájení, pracovní napájení snímače DS18B20 je připojeno na pin VDD. V tuto chvíli, I/O linka nepotřebuje silný pull-up, a není problém s nedostatečným napájecím proudem, což může zajistit přesnost převodu. Ve stejnou dobu, Na sběrnici lze teoreticky připojit libovolný počet senzorů DS18B20 a vytvořit tak vícebodový systém měření teploty. Poznámka: V režimu externího napájení, kolík GND DS18B20 nelze nechat plovoucí, jinak nelze teplotu přepočítat a načtená teplota je vždy 85°C.
Metoda externího napájení je nejlepší pracovní metodou senzoru DS18B20. Práce je stabilní a spolehlivá, schopnost proti rušení je silná, a obvod je poměrně jednoduchý, tak lze vyvinout stabilní a spolehlivý vícebodový systém monitorování teploty. Správce webu doporučuje, abyste při vývoji používali externí napájecí zdroj. Koneckonců, existuje pouze jeden vodič VCC více než parazitní napájecí zdroj. V režimu externího napájení, lze plně využít výhody širokého rozsahu napájecího napětí DS18B20. I když napájecí napětí VCC klesne na 3V, přesnost měření teploty může být stále zaručena.
6. Bezpečnostní opatření při používání DS1820
I když má DS1820 výhody jednoduchého systému měření teploty, vysoká přesnost měření teploty, pohodlné připojení, a zabírá méně čar rozhraní, v praktických aplikacích je třeba věnovat pozornost také následujícím otázkám:
6.1. Malá hardwarová režie vyžaduje kompenzaci relativně složitého softwaru. Protože se mezi DS1820 a mikroprocesorem používá sériový přenos dat, při čtení a zápisu programování do DS1820, musí být přísně zaručeno načasování čtení a zápisu, jinak nebudou výsledky měření teploty načteny. Při použití jazyků na vysoké úrovni, jako je PL/M a C pro systémové programování, k implementaci operační části DS1820 je nejlepší použít jazyk symbolických instrukcí.
6.2. Příslušné informace o DS1820 nezmiňují počet DS1820 připojených k jedné sběrnici, což může snadno vést k tomu, že se lidé mylně domnívají, že lze připojit libovolný počet DS1820. V praktických aplikacích tomu tak není. Když je více než 8 DS1820 na jedné sběrnici, je třeba vyřešit problém ovladače sběrnice mikroprocesoru. Tomuto bodu je třeba věnovat pozornost při návrhu vícebodového systému měření teploty.
6.3. Kabel sběrnice připojený k DS1820 má omezení délky. Během testu, když délka přenosu přesáhne 50 m pomocí běžných signálních kabelů, dojde k chybám při čtení dat měření teploty. Když se kabel sběrnice změní na stíněný kroucený pár, běžná komunikační vzdálenost může dosáhnout 150 m. Když je použit stíněný kabel s kroucenými páry s větším počtem zákrutů na metr, běžná komunikační vzdálenost se dále prodlužuje. Tato situace je způsobena především zkreslením průběhu signálu způsobeného rozloženou kapacitou sběrnice. Proto, při návrhu systému dálkového měření teploty pomocí DS1820, musí být plně zváženy problémy s distribuovanou kapacitou a impedancí sběrnice.
6.4. V návrhu programu měření teploty DS1820, po odeslání příkazu pro převod teploty do DS1820, program vždy čeká na návratový signál z DS1820. Jakmile má DS1820 špatný kontakt nebo je odpojeno, když program načte DS1820, nebude žádný zpětný signál a program vstoupí do nekonečné smyčky. Tomuto bodu je také třeba věnovat určitou pozornost při provádění hardwarového připojení DS1820 a návrhu softwaru. Doporučuje se, aby kabel pro měření teploty byl stíněný 4-žilový kroucený pár. Jeden pár vodičů je připojen k zemnicímu vodiči a signálnímu vodiči, druhá skupina je připojena k VCC a zemnicímu vodiči, a stínící vrstva je uzemněna v jediném bodě na konci zdroje.