Ο αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20 συνδέεται με MCU

DS18B20 Θερμοκρασία αισθητήρα Γνώση Εισαγωγή
Ο DS18B20 είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος ψηφιακός αισθητήρας θερμοκρασίας. Εξάγει ψηφιακά σήματα, έχει τα χαρακτηριστικά του μικρού μεγέθους, χαμηλό κόστος υλικού, ισχυρή ικανότητα κατά των παρεμβολών, υψηλή ακρίβεια, και χρησιμοποιείται ευρέως.

Το DS18B20 Digital Temperature Probe παρέχει 9 να 12 κομμάτι

Αδιάβροχος αισθητήρας DS18B20

Αδιάβροχος αισθητήρας TPE Overmolding IP68 DS18B20

Εισαγωγή στον αισθητήρα θερμοκρασίας DS18B20
Τεχνικά Χαρακτηριστικά:
①. Μοναδική λειτουργία διασύνδεσης μονού καλωδίου. Όταν το DS18B20 είναι συνδεδεμένο σε μικροεπεξεργαστή, μόνο 1 απαιτείται καλώδιο για την πραγματοποίηση αμφίδρομης επικοινωνίας μεταξύ του μικροεπεξεργαστή και του DS18B20.
②. Εύρος μέτρησης θερμοκρασίας -55℃~+125℃, εγγενές σφάλμα μέτρησης θερμοκρασίας 1℃.
③. Υποστήριξη λειτουργίας δικτύωσης πολλαπλών σημείων. Πολλαπλά DS18B20 μπορούν να συνδεθούν παράλληλα στα τρία μόνο καλώδια, και το πολύ 8 μπορεί να συνδεθεί παράλληλα για να πραγματοποιήσει μέτρηση θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων. Εάν ο αριθμός είναι πολύ μεγάλος, η τάση τροφοδοσίας θα είναι πολύ χαμηλή, με αποτέλεσμα ασταθή μετάδοση σήματος.
④. Τροφοδοτικό λειτουργίας: 3.0~5,5V/DC (μπορεί να χρησιμοποιηθεί παρασιτικό τροφοδοτικό γραμμής δεδομένων).
⑤. Δεν απαιτούνται περιφερειακά εξαρτήματα κατά τη χρήση.
⑥. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων μεταδίδονται σειριακά σε ψηφιακή μορφή 9~12 bit.
⑦. Η διάμετρος του προστατευτικού σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα είναι Φ6.
⑧. Είναι κατάλληλο για μέτρηση θερμοκρασίας διαφόρων μεσαίων βιομηχανικών αγωγών DN15~25, DN40~DN250 και εξοπλισμός σε στενούς χώρους.
⑨. Τυπικά σπειρώματα εγκατάστασης M10X1, Μ12Χ1,5, Τα G1/2” είναι προαιρετικά.
⑩. Το καλώδιο PVC συνδέεται απευθείας ή το γερμανικό κουτί διακλάδωσης τύπου μπάλας, που είναι βολικό για σύνδεση με άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Αρχή μέτρησης χρονισμού και θερμοκρασίας ανάγνωσης και εγγραφής DS18B20:
Η αρχή μέτρησης θερμοκρασίας DS18B20 φαίνεται στο σχήμα 1. Η συχνότητα ταλάντωσης του κρυσταλλικού ταλαντωτή χαμηλού συντελεστή θερμοκρασίας στο σχήμα επηρεάζεται ελάχιστα από τη θερμοκρασία, και χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός σήματος παλμού σταθερής συχνότητας που θα αποσταλεί για αντίθεση 1. Η συχνότητα ταλάντωσης του κρυσταλλικού ταλαντωτή με υψηλό συντελεστή θερμοκρασίας αλλάζει σημαντικά με τη θερμοκρασία, και το δημιουργημένο σήμα χρησιμοποιείται ως εισροή παλμού του μετρητή 2. Μετρητής 1 και ο καταχωρητής θερμοκρασίας έχει προκαθοριστεί σε μια βασική τιμή που αντιστοιχεί σε -55℃. Μετρητής 1 αφαιρεί το παλμικό σήμα που παράγεται από τον κρυσταλλικό ταλαντωτή χαμηλού συντελεστή θερμοκρασίας. Όταν η προκαθορισμένη τιμή του μετρητή 1 ανάγεται σε 0, η τιμή του καταχωρητή θερμοκρασίας θα αυξηθεί κατά 1, και η προεπιλογή του μετρητή 1 θα επαναφορτωθεί. Μετρητής 1 επανεκκινεί για να μετρήσει το παλμικό σήμα που παράγεται από τον κρυσταλλικό ταλαντωτή χαμηλού συντελεστή θερμοκρασίας, και ο κύκλος συνεχίζεται μέχρι το μετρητή 2 μετράει σε 0, διακοπή της συσσώρευσης της τιμής καταχωρητή θερμοκρασίας. Αυτή τη στιγμή, η τιμή στον καταχωρητή θερμοκρασίας είναι η μετρούμενη θερμοκρασία. Ο συσσωρευτής κλίσης χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει και να διορθώσει τη μη γραμμικότητα στη διαδικασία μέτρησης θερμοκρασίας, και η έξοδος του χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της προκαθορισμένης τιμής του μετρητή 1.

Εικόνα 1 έχει ως εξής:

Διάγραμμα κυκλώματος σύνδεσης DS18B20 και MCU

2. Διάγραμμα σύνδεσης DS18B20 και MCU

Ορισμός παραμέτρου ακροδεκτών DS18B20

3. Ορισμός ακίδων DS18B20:

DQ: Είσοδος/έξοδος δεδομένων. Ανοίξτε τη διεπαφή αποστράγγισης 1 καλωδίου. Μπορεί επίσης να παρέχει ισχύ στη συσκευή όταν χρησιμοποιείται σε λειτουργία παρασιτικής ισχύος VDD: θετικό τροφοδοτικό GND: γείωση ισχύος 4. Εισαγωγή εσωτερικής ανάλυσης DS18B20:

Ανάλυση και εισαγωγή της εσωτερικής δομής DS18B20

Το παραπάνω σχήμα δείχνει το μπλοκ διάγραμμα του DS18B20, και η 64-bit ROM αποθηκεύει τον μοναδικό σειριακό κωδικό της συσκευής. Η προσωρινή μνήμη περιέχει 2 byte καταχωρητών θερμοκρασίας που αποθηκεύουν την ψηφιακή έξοδο του αισθητήρα θερμοκρασίας. Εξάλλου, η ενδιάμεση μνήμη παρέχει πρόσβαση σε καταχωρητές σκανδάλης συναγερμού άνω και κάτω 1 byte (TH και TL) και καταχωρητές διαμόρφωσης 1 byte. Ο καταχωρητής διαμόρφωσης επιτρέπει στο χρήστη να ορίσει την ανάλυση της θερμοκρασίας σε ψηφιακή μετατροπή 9, 10, 11, ή 12 κομμάτια. Θ, TL, και οι καταχωρητές διαμόρφωσης είναι μη πτητικές (EEPROM), έτσι θα διατηρούν δεδομένα όταν η συσκευή είναι απενεργοποιημένη. Το DS18B20 χρησιμοποιεί το μοναδικό πρωτόκολλο διαύλου 1 καλωδίου της Maxim, που χρησιμοποιεί ένα σήμα ελέγχου. Η γραμμή ελέγχου απαιτεί μια αδύναμη αντίσταση έλξης, επειδή όλες οι συσκευές συνδέονται στο δίαυλο μέσω μιας θύρας 3 καταστάσεων ή ανοιχτής αποστράγγισης (DQ pin στη θήκη του DS18B20). Σε αυτό το σύστημα διαύλου ο μικροεπεξεργαστής (κύριος) χρησιμοποιεί έναν μοναδικό κωδικό 64-bit για κάθε συσκευή. Επειδή κάθε συσκευή έχει έναν μοναδικό κωδικό, Ο αριθμός των συσκευών που μπορούν να απευθυνθούν σε έναν δίαυλο είναι ουσιαστικά απεριόριστος.

Μορφή καταγραφής θερμοκρασίας

Διάγραμμα μορφής καταχωρητή θερμοκρασίας DS18B20

Σχέση θερμοκρασίας/δεδομένων

DS18B20 Σχέση θερμοκρασίας-δεδομένων

Σήμα συναγερμού λειτουργίας

Αφού το DS18B20 πραγματοποιήσει μια μετατροπή θερμοκρασίας, συγκρίνει την τιμή θερμοκρασίας με την τιμή ενεργοποίησης του συμπληρώματος συναγερμού που ορίζει ο χρήστης που είναι αποθηκευμένη στους καταχωρητές TH και TL 1 byte. Το bit πρόσημου υποδεικνύει εάν η τιμή είναι θετική ή αρνητική: θετικό S=0, αρνητικό S=1. Οι καταχωρητές TH και TL είναι μη πτητικές (EEPROM) και επομένως δεν είναι πτητικές όταν η συσκευή είναι απενεργοποιημένη. Τα TH και TL είναι προσβάσιμα μέσω byte 2 και 3 της μνήμης.
Μορφή μητρώου TH και TL:

Καταχωρητές διαμόρφωσης DS18B20

Σχηματικό διάγραμμα τροφοδοσίας του DS18B20 με χρήση εξωτερικού τροφοδοτικού

Σχηματικό διάγραμμα χρήσης εξωτερικού τροφοδοτικού για την τροφοδοσία του DS18B20

64-bit κωδικός μνήμης μόνο για ανάγνωση λέιζερ:

DS18B20 Κωδικός μνήμης λέιζερ 64-bit μόνο για ανάγνωση

Κάθε DS18B20 περιέχει έναν μοναδικό κωδικό 64-bit που είναι αποθηκευμένος στη ROM. Το λιγότερο σημαντικό 8 bits του κώδικα ROM περιέχουν τον κωδικό οικογένειας ενός καλωδίου του DS18B20: 28η. Το επόμενο 48 τα bit περιέχουν έναν μοναδικό σειριακό αριθμό. Το πιο σημαντικό 8 τα bit περιέχουν έναν κυκλικό έλεγχο πλεονασμού (CRC) ψηφιόλεξη, που υπολογίζεται από την πρώτη 56 bits του κώδικα ROM.

Χάρτης μνήμης DS18B20

Χάρτης μνήμης DS18B20

Εγγραφή διαμόρφωσης:

Εικόνα 2

Καταχωρητές διαμόρφωσης DS18B20

Ψηφιόλεξη 4 της μνήμης περιέχει τον καταχωρητή διαμόρφωσης, η οποία είναι οργανωμένη όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Ο χρήστης μπορεί να ορίσει την ανάλυση μετατροπής του DS18B20 χρησιμοποιώντας τα bit R0 και R1 εδώ, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. Οι προεπιλογές ενεργοποίησης για αυτά τα bit είναι R0 = 1 και R1 = 1 (12-ανάλυση bit). Σημειώστε ότι υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ ανάλυσης και χρόνου μετατροπής. Κομμάτι 7 και bits 0 να 4 στον καταχωρητή διαμόρφωσης προορίζονται για εσωτερική χρήση της συσκευής και δεν μπορούν να αντικατασταθούν.

Τραπέζι 2 Διαμόρφωση ανάλυσης θερμομέτρου

DS18B20 Διαμόρφωση ανάλυσης θερμομέτρου

Γενιά CRC

Το byte CRC είναι μέρος του κώδικα ROM 64-bit DS18B20 και παρέχεται στο 9ο byte του scratchpad. Ο κωδικός ROM CRC υπολογίζεται από την πρώτη 56 bit του κώδικα ROM και περιέχεται στο πιο σημαντικό byte της ROM. Το Scratchpad CRC υπολογίζεται με βάση τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα στο scratchpad, έτσι αλλάζει όταν αλλάζουν τα δεδομένα στο scratchpad. Το CRC παρέχει στον κεντρικό υπολογιστή διαύλου μια μέθοδο επαλήθευσης δεδομένων κατά την ανάγνωση δεδομένων από το DS18B20. Αφού βεβαιωθείτε ότι τα δεδομένα διαβάστηκαν σωστά, ο κύριος διαύλου πρέπει να υπολογίσει εκ νέου το CRC από τα ληφθέντα δεδομένα και στη συνέχεια να συγκρίνει αυτήν την τιμή με τον κωδικό ROM CRC (για ανάγνωση ROM) ή το scratchpad CRC (για ανάγνωση του scratchpad). Εάν το υπολογιζόμενο CRC ταιριάζει με το αναγνωσμένο CRC, τα δεδομένα έχουν ληφθεί σωστά. Η απόφαση να συγκριθούν οι τιμές CRC και να προχωρήσουμε είναι αποκλειστικά στη διακριτική ευχέρεια του πλοιάρχου του λεωφορείου. Δεν υπάρχει κανένα κύκλωμα μέσα στο DS18B20 που να εμποδίζει την εκτέλεση μιας ακολουθίας εντολών εάν:
Το DS18B20 CRC (ROM ή scratchpad) δεν ταιριάζει με την τιμή που δημιουργείται από την κύρια μονάδα διαύλου.
Η ισοδύναμη πολυωνυμική συνάρτηση για το CRC είναι:
CRC = X8 + Χ5 + Χ4 + 1
Ο κύριος διαύλου μπορεί να υπολογίσει ξανά το CRC και να το συγκρίνει με την τιμή CRC του DS18B20 με:
Η γεννήτρια πολυωνύμων φαίνεται στο σχήμα 3. Το κύκλωμα περιλαμβάνει έναν καταχωρητή μετατόπισης και πύλες yihuo, και τα bit του καταχωρητή shift αρχικοποιούνται σε 0. Το λιγότερο σημαντικό bit του κώδικα ROM ή το λιγότερο σημαντικό bit του byte 0 στο scratchpad θα πρέπει να μετατοπίζεται στον καταχωρητή shift ένα κάθε φορά. Μετά τη μετατόπιση σε bit 56 από τη ROM ή το πιο σημαντικό bit του byte 7 από το scratchpad, η γεννήτρια πολυωνύμων θα περιέχει τον επανυπολογισμένο CRC. Επόμενος, ο κωδικός ROM 8-bit ή το σήμα CRC στο scratchpad DS18B20 πρέπει να μεταφερθούν στο κύκλωμα. Σε αυτό το σημείο, εάν το CRC που υπολογίστηκε εκ νέου είναι σωστό, ο καταχωρητής μετατόπισης θα είναι όλα 0.

Εικόνα 3: Γεννήτρια CRC

Διάγραμμα διαδικασίας γεννήτριας DS18B20 CRC

V. Πρόσβαση στο DS18B20:
Η ακολουθία για την πρόσβαση στο DS18B20 είναι η εξής:
Βήμα 1. Αρχικοποίηση;

Βήμα 2. Εντολή ROM (ακολουθείται από οποιαδήποτε απαραίτητη ανταλλαγή δεδομένων);

Βήμα 3. Εντολή λειτουργίας DS18B20 (ακολουθείται από οποιαδήποτε απαραίτητη ανταλλαγή δεδομένων);

Σημείωμα: Αυτή η σειρά ακολουθείται κάθε φορά που γίνεται πρόσβαση στο DS18B20, επειδή το DS18B20 δεν θα ανταποκριθεί εάν λείπει κάποιο βήμα στην ακολουθία ή είναι εκτός λειτουργίας. Η εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι η αναζήτηση ROM [F0h] και Αναζήτηση συναγερμών [Ech] εντολές. Μετά την έκδοση αυτών των δύο εντολών ROM, ο οικοδεσπότης πρέπει να επιστρέψει στο βήμα 1 με τη σειρά.
(Η παραπάνω εισαγωγή μεταφράζεται από το επίσημο εγχειρίδιο)

Εντολή ROM
1, Διαβάστε τη ROM [33η]
2, Ταίριασμα ROM [55η]
3, Παράλειψη ROM [CCh]
4, Αναζήτηση συναγερμού [Ech]

Εντολή λειτουργίας DS18B20
1, Μετατροπή θερμοκρασίας [44η]
2, Γράψτε το Scratchpad (Μνήμη) [4Ε]
3, Διαβάστε το Scratchpad (Μνήμη) [BEh]
4, Αντιγράψτε το Scratchpad (Μνήμη [48η]
5, Ξαναξυπνήστε το E2 [B8h]
6, Διαβάστε το Power [B4h]

(Για λεπτομερή περιγραφή των παραπάνω εντολών, δείτε το επίσημο εγχειρίδιο)

VI. Πρόσβαση στο χρονισμό DS18B20
Κατά τη διαδικασία αρχικοποίησης, ο κύριος του διαύλου στέλνει έναν παλμό επαναφοράς (TX) χαμηλή στάθμη για τουλάχιστον 480μs τραβώντας το δίαυλο 1-Wire. Τότε, ο κύριος του διαύλου απελευθερώνει το δίαυλο και εισέρχεται στη λειτουργία λήψης (RX). Μετά την απελευθέρωση του λεωφορείου, η αντίσταση έλξης 5kΩ τραβάει ψηλά το δίαυλο 1-Wire. Όταν το DS18B20 ανιχνεύσει αυτή την ανερχόμενη άκρη, περιμένει 15µs έως 60µs και στη συνέχεια στέλνει έναν παλµό παρουσίας τραβώντας το δίαυλο 1-Wire χαµηλά για 60µs έως 240µs.

Χρονισμός αρχικοποίησης:

Υπάρχουν δύο τύποι χρονοθυρίδων εγγραφής: “Γράψε 1” χρονοθυρίδες και “Γράψε 0” χρονοθυρίδες. Το λεωφορείο χρησιμοποιεί ένα Write 1 χρόνος για να γράψετε μια λογική 1 στο DS18B20 και ένα Γράψτε 0 χρόνος για να γράψετε μια λογική 0 στο DS18B20. Όλες οι υποδοχές χρόνου εγγραφής πρέπει να έχουν διάρκεια τουλάχιστον 60µs με χρόνο ανάκτησης τουλάχιστον 1μs μεταξύ μεμονωμένων χρονοθυρίδων εγγραφής. Και οι δύο τύποι χρονοθυρίδων εγγραφής ξεκινούν από τον κύριο που τραβάει το δίαυλο 1-Wire χαμηλά (βλέπε Εικόνα 14). Για να δημιουργήσετε ένα Write 1 χρονοθυρίδα, αφού τραβήξετε το δίαυλο 1-Wire χαμηλά, ο κύριος του διαύλου πρέπει να απελευθερώσει το δίαυλο 1-Wire εντός 15 µs. Μετά την απελευθέρωση του λεωφορείου, η αντίσταση έλξης 5 kΩ τραβάει το λεωφορείο ψηλά. Δημιουργία α
Γράφω 0 χρονοθυρίδα, αφού τραβήξετε τη γραμμή 1-Wire χαμηλά, ο κύριος του λεωφορείου πρέπει να συνεχίσει να κρατά το λεωφορείο χαμηλά για όλη τη διάρκεια της χρονοθυρίδας (τουλάχιστον 60µs). Το DS18B20 λαμβάνει δείγματα του διαύλου 1-Wire μέσα σε ένα παράθυρο 15µs έως 60µs αφού η κύρια μονάδα εκκινήσει τη χρονική θυρίδα εγγραφής. Εάν το λεωφορείο είναι ψηλά κατά το παράθυρο δειγματοληψίας, ένα 1 είναι γραμμένο στο DS18B20. Αν η γραμμή είναι χαμηλή, ένα 0 είναι γραμμένο στο DS18B20.
Σημείωμα: Η χρονοθυρίδα είναι ένα τμήμα της σειριακής αυτο-πολλαπλασιασμού των πληροφοριών του χρονικού διαστήματος που είναι αφιερωμένο σε ένα μόνο κανάλι.
Εικόνα 14 έχει ως εξής:

Οι υποδοχές χρόνου εγγραφής DS18B20 οδηγούνται από τον κεντρικό υπολογιστή για να τραβήξουν το δίαυλο 1-Wire σε χαμηλό επίπεδο

Διάβασε το χρονικό διάστημα:
Το DS18B20 μπορεί να στείλει δεδομένα στον κεντρικό υπολογιστή μόνο όταν ο κεντρικός υπολογιστής εκδίδει μια χρονοθυρίδα ανάγνωσης. Επομένως, ο κεντρικός υπολογιστής πρέπει να δημιουργήσει μια χρονοθυρίδα ανάγνωσης αμέσως μετά την έκδοση μιας εντολής μνήμης ανάγνωσης [BEh] ή ένα τροφοδοτικό Read [B4h] εντολή ώστε το DS18B20 να παρέχει τα απαιτούμενα δεδομένα. Εναλλακτικά, ο κεντρικός υπολογιστής μπορεί να δημιουργήσει μια χρονοθυρίδα ανάγνωσης μετά την έκδοση ενός Convert T [44η] ή Ανάκληση Ε2 [B8h] εντολή για να μάθετε την κατάσταση. Όλες οι χρονικές υποδοχές ανάγνωσης πρέπει να έχουν διάρκεια τουλάχιστον 60µs με ελάχιστο χρόνο ανάκτησης 1μs μεταξύ των χρονοθυρίδων. Μια χρονική θυρίδα ανάγνωσης ξεκινά όταν ο κύριος τραβάει το δίαυλο 1-Wire χαμηλά για να το κρατήσει χαμηλά για τουλάχιστον 1μs και στη συνέχεια απελευθερώνει το δίαυλο (βλέπε Εικόνα 14). Αφού ο κύριος ξεκινήσει μια χρονική θυρίδα ανάγνωσης, το DS18B20 θα αρχίσει να στέλνει 1 ή 0 στο λεωφορείο. Το DS18B20 στέλνει α 1 κρατώντας ψηλά το λεωφορείο και στέλνει α 0 τραβώντας το λεωφορείο χαμηλά. Όταν α 0 αποστέλλεται, το DS18B20 απελευθερώνει το δίαυλο κρατώντας το δίαυλο ψηλά. Η χρονοθυρίδα τελειώνει και ο δίαυλος σύρεται πίσω στην κατάσταση υψηλής αδράνειας από την αντίσταση έλξης.

DS18B20 Λεπτομερής ανάγνωση κεντρικού υπολογιστή 1 Χρονική αυλάκωση

DS18B20 Προτεινόμενη ανάγνωση κεντρικού υπολογιστή 1 χρονοθυρίδα