Ο αισθητήρας θερμοκρασίας Dallas DS18B20

Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων, και ο αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20 που παράγεται από την DALLAS είναι ο καλύτερος όταν χρησιμοποιείται σε εφαρμογές υψηλής ακρίβειας και αξιοπιστίας. Εξαιρετικά μικρό μέγεθος, Ultra-Low Hardware overhead, ισχυρή ικανότητα κατά των παρεμβολών, υψηλή ακρίβεια, και ισχυρές πρόσθετες λειτουργίες κάνουν τον αισθητήρα DS18B20 πιο δημοφιλή. Τα πλεονεκτήματα του αισθητήρα DS18B20 είναι η καλύτερη επιλογή μας για την εκμάθηση της τεχνολογίας μικροελεγκτών και την ανάπτυξη μικρών προϊόντων που σχετίζονται με τη θερμοκρασία. Η κατανόηση των αρχών και των εφαρμογών λειτουργίας μπορεί να διευρύνει τις ιδέες σας για την ανάπτυξη μικροελεγκτών.

Χαρακτηριστικά του αισθητήρα DS18B20
1. Η επικοινωνία χρησιμοποιεί διεπαφή 1-Wire
2. Κάθε αισθητήρας DS18B20 έχει έναν μοναδικό σειριακό κωδικό 64-bit που είναι αποθηκευμένος στην ενσωματωμένη ROM.
3. Δεν απαιτούνται εξωτερικά εξαρτήματα
4. Μπορεί να τροφοδοτηθεί από τη γραμμή δεδομένων, και το εύρος τροφοδοσίας είναι 3,0V ~ 5,5V.
5. Το μετρήσιμο εύρος θερμοκρασίας είναι -55℃ ~ +125℃
6. Η ακρίβεια είναι ±0,5℃ στην περιοχή -10~+85℃
7. Η ανάλυση του θερμομέτρου μπορεί να ρυθμιστεί στα 9~12 bit. Στο 12 κομμάτια, η ανάλυση αντιστοιχεί σε 0,0625℃.

Τυπικές μέθοδοι σύνδεσης αισθητήρα DS18B20 σε πρακτικές εφαρμογές
1. Τυπική μέθοδος σύνδεσης όταν εργάζεστε υπό παρασιτική παροχή ρεύματος
Χρονολόγηση ενός λεωφορείου
Ο αισθητήρας DS18B20 χρησιμοποιεί δίαυλο 1 καλωδίου για τη μετάδοση όλων των δεδομένων σε μία γραμμή, Έτσι, το πρωτόκολλο ενός καλωδίου έχει πολύ αυστηρές απαιτήσεις χρονισμού για τη διασφάλιση της ακεραιότητας των δεδομένων.
Τύποι σημάτων ενός διαύλου: επαναφορά παλμού, παλμός παρουσίας, γράφω 0, γράφω 1, ανάγνωση 0, ανάγνωση 1. Όλα αυτά τα σήματα εκτός από τον παλμό παρουσίας που αποστέλλεται από το DS18B20, άλλα σήματα αποστέλλονται από τον ελεγκτή του διαύλου.
Η μεταφορά δεδομένων ξεκινά πάντα με το λιγότερο σημαντικό bit.

Χρόνος εκκίνησης
Η ακολουθία αρχικοποίησης περιλαμβάνει την επαναφορά του αισθητήρα DS18B20 και τη λήψη του σήματος παρουσίας που επιστρέφεται από το DS18B20.

Ο κεντρικός υπολογιστής πρέπει να τον προετοιμάσει πριν από οποιαδήποτε επικοινωνία με τον αισθητήρα DS18B20. Κατά την αρχικοποίηση, ο ελεγκτής του διαύλου τραβάει το λεωφορείο χαμηλά και το κρατά για περισσότερο από 480 us. Θα γίνει επαναφορά της συσκευής που βρίσκεται στο λεωφορείο, μετά αφήστε το λεωφορείο, περίμενε μέχρι τις 15-60, οπότε το 18B20 θα επιστρέψει ένα σήμα παρουσίας χαμηλού επιπέδου μεταξύ 60-240us.

Επαναφορά παλμού και διάγραμμα χρονισμού παλμού παρουσίας:
Κύκλωμα εφαρμογής αισθητήρα DS18B20 Το σύστημα μέτρησης θερμοκρασίας DS18B20 έχει τα πλεονεκτήματα του απλού συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας, ακρίβεια μέτρησης υψηλής θερμοκρασίας, βολική σύνδεση, και καταλαμβάνει λιγότερες γραμμές διεπαφής. Ακολουθεί το διάγραμμα κυκλώματος μέτρησης θερμοκρασίας του αισθητήρα DS18B20 σε πολλές διαφορετικές λειτουργίες εφαρμογής:
5.1. Το διάγραμμα κυκλώματος της παρασιτικής λειτουργίας τροφοδοσίας αισθητήρα DS18B20 φαίνεται στο σχήμα 4. Στη λειτουργία παρασιτικής τροφοδοσίας, το DS18B20 αντλεί ενέργεια από τη γραμμή σήματος ενός καλωδίου: η ενέργεια αποθηκεύεται στον εσωτερικό πυκνωτή ενώ η γραμμή σήματος DQ βρίσκεται σε υψηλό επίπεδο. Όταν η γραμμή σήματος είναι σε χαμηλό επίπεδο, καταναλώνει την ισχύ του πυκνωτή για να λειτουργήσει, και στη συνέχεια φορτίζει το παρασιτικό τροφοδοτικό (πυκνότητα) μέχρι να φτάσει το υψηλό επίπεδο.
Η μοναδική παρασιτική μέθοδος τροφοδοσίας έχει τρία πλεονεκτήματα:
1) Όταν εκτελείτε μέτρηση θερμοκρασίας από απόσταση, δεν απαιτείται τοπική παροχή ρεύματος
2) Η ROM μπορεί να διαβαστεί χωρίς κανονική παροχή ρεύματος
3) Το κύκλωμα είναι πιο απλό, χρησιμοποιώντας μόνο μία θύρα I/O για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.
Για τον αισθητήρα DS18B20 να εκτελεί ακριβείς μετατροπές θερμοκρασίας, οι γραμμές I/O πρέπει να διασφαλίζουν ότι παρέχεται επαρκής ενέργεια κατά τη μετατροπή της θερμοκρασίας. Επειδή το ρεύμα λειτουργίας κάθε αισθητήρα DS18B20 φτάνει το 1 mA κατά τη μετατροπή της θερμοκρασίας, όταν αρκετοί αισθητήρες είναι αναρτημένοι στην ίδια γραμμή I/O για μέτρηση θερμοκρασίας πολλών σημείων, η αντίσταση έλξης 4,7K από μόνη της δεν μπορεί να παρέχει αρκετή ενέργεια. Θα έχει ως αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η μετατροπή της θερμοκρασίας ή το σφάλμα θερμοκρασίας να είναι εξαιρετικά μεγάλο.
Επομένως, το κύκλωμα στο σχήμα 4 είναι κατάλληλο μόνο για χρήση στη μέτρηση θερμοκρασίας με έναν μόνο αισθητήρα θερμοκρασίας και δεν είναι κατάλληλο για χρήση σε συστήματα που τροφοδοτούνται από μπαταρίες. Και το τροφοδοτικό λειτουργίας VCC πρέπει να είναι εγγυημένο ότι είναι 5V. Όταν πέσει η τάση του τροφοδοτικού, Η ενέργεια που μπορεί να αντλήσει το παρασιτικό τροφοδοτικό μειώνεται επίσης, που θα αυξήσει το σφάλμα θερμοκρασίας.
5.2. DS18B20 παρασιτικό τροφοδοτικό τροφοδοσίας ισχυρό pull-up διάγραμμα κυκλώματος λειτουργίας τροφοδοσίας Η βελτιωμένη λειτουργία παρασιτικής τροφοδοσίας φαίνεται στο σχήμα 5. Προκειμένου ο αισθητήρας DS18B20 να αποκτήσει επαρκή παροχή ρεύματος κατά τη διάρκεια του κύκλου δυναμικής μετατροπής, κατά την εκτέλεση της μετατροπής θερμοκρασίας ή την αντιγραφή στη λειτουργία μνήμης E2, Η χρήση ενός MOSFET για να τραβήξετε απευθείας τη γραμμή I/O στο VCC μπορεί να παρέχει επαρκές ρεύμα. Η γραμμή I/O πρέπει να μεταβεί σε κατάσταση ισχυρής έλξης εντός το πολύ 10 μS μετά την έκδοση οποιασδήποτε εντολής που περιλαμβάνει ένα αντίγραφο στη μνήμη E2 ή την έναρξη μιας μετατροπής θερμοκρασίας. Η λειτουργία ισχυρής έλξης μπορεί να λύσει το πρόβλημα της αστοχίας ρεύματος, έτσι είναι επίσης κατάλληλο για εφαρμογές μέτρησης θερμοκρασίας πολλών σημείων. Το μειονέκτημα είναι ότι καταλαμβάνει μία ακόμη γραμμή θύρας εισόδου/εξόδου για ισχυρή μεταγωγή pull-up.
Σημείωμα: Στην παρασιτική λειτουργία τροφοδοσίας του Σχ 4 και Σχήμα 5, η ακίδα VDD του αισθητήρα DS18B20 πρέπει να συνδεθεί στη γείωση.

Dallas Ψηφιακή καλωδίωση αισθητήρα θερμοκρασίας

Αισθητήρας Ds18b20 + καλώδιο

Πλεξούδα σύνδεσης ψηφιακού αισθητήρα Ds18b20

5.3. Λειτουργία εξωτερικής τροφοδοσίας του αισθητήρα DS18B20

Στη λειτουργία εξωτερικής τροφοδοσίας, το τροφοδοτικό λειτουργίας του αισθητήρα DS18B20 είναι συνδεδεμένο στον ακροδέκτη VDD. Αυτή τη στιγμή, η γραμμή I/O δεν χρειάζεται ισχυρό pull-up, και δεν υπάρχει πρόβλημα ανεπαρκούς ρεύματος τροφοδοσίας, που μπορεί να εξασφαλίσει την ακρίβεια μετατροπής. Συγχρόνως, οποιοσδήποτε αριθμός αισθητήρων DS18B20 μπορεί θεωρητικά να συνδεθεί στο δίαυλο για να σχηματίσει ένα σύστημα μέτρησης θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων. Σημείωμα: Σε λειτουργία εξωτερικής τροφοδοσίας, η ακίδα GND του DS18B20 δεν μπορεί να παραμείνει αιωρούμενη, Διαφορετικά η θερμοκρασία δεν μπορεί να μετατραπεί και η θερμοκρασία ανάγνωσης είναι πάντα 85°C.
Η μέθοδος εξωτερικής τροφοδοσίας είναι η καλύτερη μέθοδος εργασίας του αισθητήρα DS18B20. Η εργασία είναι σταθερή και αξιόπιστη, η ικανότητα κατά των παρεμβολών είναι ισχυρή, and the circuit is relatively simple, so a stable and reliable multi-point temperature monitoring system can be developed. The webmaster recommends that you use an external power supply during development. Παρά όλα αυτά, there is only one more VCC lead than the parasitic power supply. Στη λειτουργία εξωτερικής τροφοδοσίας, the advantages of the wide power supply voltage range of the DS18B20 can be fully utilized. Even if the power supply voltage VCC drops to 3V, the temperature measurement accuracy can still be guaranteed.
6. Precautions when using DS1820
Although DS1820 has the advantages of simple temperature measurement system, ακρίβεια μέτρησης υψηλής θερμοκρασίας, βολική σύνδεση, και καταλαμβάνει λιγότερες γραμμές διεπαφής, the following issues should also be paid attention to in practical applications:
6.1. Small hardware overhead requires relatively complex software to compensate. Since serial data transmission is used between DS1820 and the microprocessor, κατά την ανάγνωση και εγγραφή προγραμματισμού στο DS1820, ο χρόνος ανάγνωσης και γραφής πρέπει να είναι αυστηρά εγγυημένος, Διαφορετικά τα αποτελέσματα της μέτρησης θερμοκρασίας δεν θα διαβαστούν. Όταν χρησιμοποιείτε γλώσσες υψηλού επιπέδου όπως PL/M και C για προγραμματισμό συστήματος, Είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε τη γλώσσα assembly για την υλοποίηση του λειτουργικού τμήματος DS1820.
6.2. Οι σχετικές πληροφορίες για το DS1820 δεν αναφέρουν τον αριθμό των DS1820 που συνδέονται σε ένα μόνο δίαυλο, κάτι που μπορεί εύκολα να κάνει τους ανθρώπους να πιστεύουν λανθασμένα ότι μπορεί να συνδεθεί οποιοσδήποτε αριθμός DS1820. Σε πρακτικές εφαρμογές αυτό δεν συμβαίνει. Όταν υπάρχουν περισσότερα από 8 DS1820s σε ένα μόνο λεωφορείο, πρέπει να λυθεί το πρόβλημα του οδηγού διαύλου του μικροεπεξεργαστή. Αυτό το σημείο πρέπει να δίνεται προσοχή κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων.
6.3. Το καλώδιο διαύλου που είναι συνδεδεμένο στο DS1820 έχει όριο μήκους. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, όταν το μήκος μετάδοσης υπερβαίνει τα 50 μέτρα χρησιμοποιώντας συνηθισμένα καλώδια σήματος, θα προκύψουν σφάλματα κατά την ανάγνωση των δεδομένων μέτρησης θερμοκρασίας. Όταν το καλώδιο του διαύλου αλλάζει σε θωρακισμένο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, η κανονική απόσταση επικοινωνίας μπορεί να φτάσει τα 150 μέτρα. Όταν χρησιμοποιείται ένα θωρακισμένο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους με περισσότερες περιστροφές ανά μέτρο, η κανονική απόσταση επικοινωνίας επιμηκύνεται περαιτέρω. Αυτή η κατάσταση προκαλείται κυρίως από την παραμόρφωση της κυματομορφής του σήματος που προκαλείται από την κατανεμημένη χωρητικότητα του διαύλου. Επομένως, όταν σχεδιάζετε ένα σύστημα μέτρησης θερμοκρασίας σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας το DS1820, τα ζητήματα αντιστοίχισης χωρητικότητας και σύνθετης αντίστασης κατανεμημένης διαύλου πρέπει να ληφθούν πλήρως υπόψη.
6.4. Στο σχεδιασμό του προγράμματος μέτρησης θερμοκρασίας DS1820, αφού στείλετε μια εντολή μετατροπής θερμοκρασίας στο DS1820, το πρόγραμμα πάντα περιμένει το σήμα επιστροφής από το DS1820. Μόλις ένα DS1820 έχει κακή επαφή ή αποσυνδεθεί, όταν το πρόγραμμα διαβάζει το DS1820, Δεν θα υπάρχει σήμα επιστροφής και το πρόγραμμα θα εισέλθει σε έναν άπειρο βρόχο. Αυτό το σημείο θα πρέπει επίσης να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή κατά την εκτέλεση σύνδεσης υλικού DS1820 και σχεδίασης λογισμικού. Συνιστάται το καλώδιο μέτρησης θερμοκρασίας να είναι θωρακισμένο με συνεστραμμένο ζεύγος 4 πυρήνων. Ένα ζεύγος καλωδίων συνδέεται με το καλώδιο γείωσης και το καλώδιο σήματος, η άλλη ομάδα συνδέεται με VCC και καλώδιο γείωσης, και το στρώμα θωράκισης γειώνεται σε ένα μόνο σημείο στο άκρο της πηγής.