DALLAS Ds18b20 lämpötila-anturi

Antureita on monenlaisia, ja DALLASin valmistama DS18B20 lämpötila-anturi on paras, kun sitä käytetään erittäin tarkoissa ja erittäin luotettavissa sovelluksissa. Erittäin pieni koko, erittäin alhaiset laitteiston kustannukset, vahva häiriöntorjuntakyky, korkean tarkkuuden, ja vahvat lisätoiminnot tekevät DS18B20-anturista suositumman. DS18B20 anturin edut ovat paras valintamme mikrokontrolleritekniikan oppimiseen ja lämpötilaan liittyvien pienten tuotteiden kehittämiseen. Toimintaperiaatteiden ja sovellusten ymmärtäminen voi laajentaa ideoitasi mikrokontrollerien kehittämiseen.

DS18B20 anturin ominaisuudet
1. Tiedonsiirto käyttää 1-johtimista liitäntää
2. Jokaisella DS18B20-anturilla on ainutlaatuinen 64-bittinen sarjakoodi, joka on tallennettu sisäiseen ROM-muistiin.
3. Ulkoisia komponentteja ei tarvita
4. Se voidaan syöttää datalinjasta, ja virtalähdealue on 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Mitattavissa oleva lämpötila-alue on -55℃ ~ +125℃
6. Tarkkuus on ±0,5 ℃ alueella -10 ~ +85 ℃
7. Lämpömittarin resoluutio voidaan asettaa 9-12 bittiin. At 12 bitti, resoluutio vastaa 0,0625 ℃.

DS18B20 anturin tyypillisiä liitäntätapoja käytännön sovelluksissa
1. Tyypillinen liitäntätapa loisvirtalähteen alla työskennellessä
Yhden bussin ajoitus
DS18B20-anturi käyttää 1-johtimista väylää siirtääkseen kaiken tiedon yhdellä linjalla, joten yksijohtoprotokollalla on erittäin tiukat ajoitusvaatimukset tietojen eheyden varmistamiseksi.
Yhden väylän signaalityypit: nollaa pulssi, läsnäolopulssi, kirjoittaa 0, kirjoittaa 1, lukea 0, lukea 1. Kaikki nämä signaalit paitsi DS18B20:n lähettämä läsnäolopulssi, muut signaalit lähettää väyläohjain.
Tiedonsiirto alkaa aina vähiten merkitsevästä bitistä.

Alustamisen ajoitus
Alustusjakso sisältää DS18B20-anturin nollauksen ja DS18B20:n palauttaman läsnäolosignaalin vastaanottamisen.

Isäntäkoneen on alustettava se ennen yhteydenpitoa DS18B20-anturin kanssa. Alustamisen aikana, väyläohjain vetää väylän alas ja pitää sitä yli 480us. Bussissa roikkuva laite nollataan, sitten vapauta bussi, odota 15-60 asti, jolloin 18B20 palauttaa matalan tason läsnäolosignaalin välillä 60-240us.

Nollaa pulssi- ja läsnäolopulssin ajoituskaavio:
DS18B20 anturin sovelluspiiri DS18B20 lämpötilan mittausjärjestelmällä on yksinkertaisen lämpötilan mittausjärjestelmän edut, korkean lämpötilan mittaustarkkuus, kätevä yhteys, ja vie vähemmän liitäntälinjoja. Seuraavassa on DS18B20-anturin lämpötilan mittauspiirikaavio useissa eri sovellusmuodoissa:
5.1. DS18B20-anturin loisvirtalähdetilan piirikaavio on esitetty kuvassa 4. Loisvirtalähdetilassa, DS18B20 ottaa energiaa yksijohtimissignaalilinjasta: energia varastoidaan sisäiseen kondensaattoriin signaalilinjan DQ ollessa korkealla tasolla. Kun signaalilinja on matalalla tasolla, se kuluttaa kondensaattorin tehoa toimiakseen, ja lataa sitten loisvirtalähdettä (kondensaattori) kunnes korkea taso saapuu.
Ainutlaatuisella loisvirtalähdemenetelmällä on kolme etua:
1) Suorittaessasi lämpötilan etämittausta, paikallista virtalähdettä ei tarvita
2) ROM voidaan lukea ilman tavallista virtalähdettä
3) Piiri on yksinkertaisempi, käyttämällä vain yhtä I/O-porttia lämpötilan mittaamiseen.
DS18B20-anturille tarkan lämpötilamuunnoksen suorittamiseen, I/O-linjojen on varmistettava riittävä energian saanti lämpötilan muuntamisen aikana. Koska kunkin DS18B20-anturin käyttövirta saavuttaa 1 mA lämpötilan muuntamisen aikana, kun useita antureita on ripustettu samaan I/O-linjaan monipistelämpötilan mittausta varten, pelkkä 4,7K vetovastus ei pysty tuottamaan tarpeeksi energiaa. Se aiheuttaa sen, että lämpötilaa ei voida muuttaa tai lämpötilavirhe on erittäin suuri.
Siksi, kuvan piiri 4 soveltuu käytettäväksi vain lämpötilan mittaamiseen yhdellä lämpötila-anturilla, eikä se sovellu käytettäväksi akkukäyttöisissä järjestelmissä. Ja toimiva virtalähde VCC on taattava 5V. Kun virtalähteen jännite laskee, energia, jonka loisvirtalähde voi vetää, myös pienenee, mikä lisää lämpötilavirhettä.
5.2. DS18B20 loisvirtalähde, vahva pull-up-virtalähdetilan piirikaavio Parannettu loisvirtalähdetila on esitetty kuvassa 5. Jotta DS18B20-anturi saa riittävästi virtaa dynaamisen muunnosjakson aikana, kun suoritat lämpötilamuunnoksen tai kopioit E2-muistiin, MOSFETin käyttäminen I/O-linjan vetämiseen suoraan VCC:hen voi tarjota riittävästi virtaa. I/O-linja on siirrettävä voimakkaaseen ylösvetotilaan korkeintaan 10 μS sen jälkeen, kun on annettu jokin komento, joka sisältää kopioinnin E2-muistiin tai lämpötilan muuntamisen aloittamisen. Vahva ylösvetotila voi ratkaista nykyisen syöttöhäiriön ongelman, joten se sopii myös monipistelämpötilan mittaussovelluksiin. Haittapuolena on, että se vie vielä yhden I/O-porttilinjan voimakkaaseen pull-up-kytkentään.
Huomautus: Kuvan loisvirtalähdetilassa 4 ja kuva 5, DS18B20-anturin VDD-nasta on kytkettävä maahan.

DALLAS digitaalisen lämpötila-anturin johtosarja

Ds18b20 anturi + kaapeli

Ds18b20 digitaalisen anturin liitinjohtosarja

5.3. DS18B20 anturin ulkoinen virransyöttötila

Ulkoisen virtalähteen tilassa, DS18B20-anturin käyttövirtalähde on kytketty VDD-nastan. Tällä hetkellä, I/O-linja ei tarvitse voimakasta vetoa, eikä riittämätön virtalähde ole ongelma, joka voi varmistaa muunnostarkkuuden. Samaan aikaan, mikä tahansa määrä DS18B20-antureita voidaan teoriassa kytkeä väylään monipisteisen lämpötilan mittausjärjestelmän muodostamiseksi. Huomautus: Ulkoisen virtalähteen tilassa, DS18B20:n GND-nastaa ei voi jättää kellumaan, Muuten lämpötilaa ei voida muuntaa ja luettava lämpötila on aina 85 °C.
Ulkoinen virtalähdemenetelmä on DS18B20-anturin paras toimintatapa. Työ on vakaata ja luotettavaa, häiriöntorjuntakyky on vahva, ja piiri on suhteellisen yksinkertainen, joten vakaa ja luotettava monipistelämpötilan valvontajärjestelmä voidaan kehittää. Verkkovastaava suosittelee ulkoisen virtalähteen käyttöä kehityksen aikana. Loppujen lopuksi, VCC-johtoa on vain yksi enemmän kuin loisvirtalähde. Ulkoisen virtalähteen tilassa, DS18B20:n laajan virtalähteen jännitealueen edut voidaan hyödyntää täysimääräisesti. Vaikka virtalähteen jännite VCC putoaisi 3V:iin, lämpötilan mittaustarkkuus voidaan silti taata.
6. Varotoimet käytettäessä DS1820:ta
Vaikka DS1820:lla on yksinkertaisen lämpötilan mittausjärjestelmän edut, korkean lämpötilan mittaustarkkuus, kätevä yhteys, ja vie vähemmän liitäntälinjoja, seuraaviin seikkoihin tulee myös kiinnittää huomiota käytännön sovelluksissa:
6.1. Pienet laitteistokustannukset vaativat suhteellisen monimutkaisia ohjelmistoja kompensoidakseen. Koska sarjatiedonsiirtoa käytetään DS1820:n ja mikroprosessorin välillä, kun luet ja kirjoitat ohjelmointia DS1820:een, lukemisen ja kirjoittamisen ajoitus on taattava tiukasti, muuten lämpötilamittaustuloksia ei lueta. Kun käytetään korkean tason kieliä, kuten PL/M ja C järjestelmän ohjelmointiin, on parasta käyttää kokoonpanokieltä DS1820-käyttöosan toteuttamiseen.
6.2. DS1820:n asiaankuuluvissa tiedoissa ei mainita yhteen väylään kytkettyjen DS1820-laitteiden määrää, mikä saattaa helposti saada ihmiset virheellisesti uskomaan, että kuinka monta DS1820:tä voidaan liittää. Käytännön sovelluksissa näin ei ole. Kun niitä on enemmän kuin 8 DS1820s yhdellä väylällä, mikroprosessorin väyläohjainongelma on ratkaistava. Tämä seikka tulee kiinnittää huomiota suunniteltaessa monipistelämpötilan mittausjärjestelmää.
6.3. DS1820:een kytketyllä väyläkaapelilla on pituusrajoitus. Testin aikana, kun lähetyspituus ylittää 50m tavallisilla signaalikaapeleilla, lämpötilan mittaustiedoissa tapahtuu virheitä. Kun väyläkaapeli vaihdetaan kierretyksi parikaapeliksi, normaali viestintäetäisyys voi olla 150 metriä. Kun käytetään kierrettyä pari-suojattua kaapelia, jossa on enemmän kierteitä metriä kohti, normaali viestintäetäisyys pitenee entisestään. Tämä tilanne johtuu pääasiassa väylän hajautetun kapasitanssin aiheuttamasta signaalin aaltomuodon vääristymisestä. Siksi, suunniteltaessa pitkän matkan lämpötilan mittausjärjestelmää DS1820:lla, väylän hajautetun kapasitanssin ja impedanssin yhteensopivuusongelmat on otettava täysin huomioon.
6.4. DS1820 lämpötilamittausohjelman suunnittelussa, lähetettyään lämpötilan muunnoskomennon DS1820:lle, ohjelma odottaa aina paluusignaalia DS1820:sta. Kun DS1820:ssa on huono kontakti tai se on irrotettu, kun ohjelma lukee DS1820:n, paluusignaalia ei ole ja ohjelma siirtyy äärettömään silmukkaan. Tähän kohtaan tulee myös kiinnittää erityistä huomiota suoritettaessa DS1820-laitteistoliitäntää ja ohjelmistosuunnittelua. On suositeltavaa, että lämpötilan mittauskaapeli on suojattu 4-napainen kierretty pari. Yksi johtopari on kytketty maadoitusjohtimeen ja signaalijohtimeen, toinen ryhmä on kytketty VCC:hen ja maadoitusjohtimeen, ja suojakerros on maadoitettu yhdestä kohdasta lähteen päässä.