DALLAS Ds18b20 sonda senzora temperature

Postoje mnoge vrste senzora, a senzor temperature DS18B20 koji proizvodi DALLAS najbolji je kada se koristi u aplikacijama visoke preciznosti i visoke pouzdanosti. Ultra-mala veličina, ultra-nisko opterećenje hardvera, jaka sposobnost protiv smetnji, visoka preciznost, i jake dodatne funkcije čine DS18B20 senzor popularnijim. Prednosti senzora DS18B20 naš su najbolji izbor za učenje tehnologije mikrokontrolera i razvoj malih proizvoda povezanih s temperaturom. Razumijevanje principa rada i primjene može proširiti vaše ideje za razvoj mikrokontrolera.

Značajke senzora DS18B20
1. Komunikacija koristi 1-Wire sučelje
2. Svaki DS18B20 senzor ima jedinstveni 64-bitni serijski kod pohranjen u ugrađenom ROM-u.
3. Nisu potrebne vanjske komponente
4. Može se napajati iz podatkovne linije, a raspon napajanja je 3.0V ~ 5.5V.
5. Mjerljivi temperaturni raspon je -55 ℃ ~ +125 ℃
6. Točnost je ±0,5 ℃ u rasponu od -10~+85 ℃
7. Rezolucija termometra može se postaviti na 9~12 bita. Na 12 bitovi, rezolucija odgovara 0,0625 ℃.

Tipične metode spajanja senzora DS18B20 u praktičnim primjenama
1. Tipična metoda spajanja pri radu pod parazitskim napajanjem
Vremenski raspored jednog autobusa
Senzor DS18B20 koristi 1-žičnu sabirnicu za prijenos svih podataka na jednoj liniji, tako da jednožični protokol ima vrlo stroge vremenske zahtjeve kako bi se osigurao integritet podataka.
Vrste signala jedne sabirnice: reset puls, puls prisutnosti, pisati 0, pisati 1, čitati 0, čitati 1. Svi ovi signali osim pulsa prisutnosti koje šalje DS18B20, ostale signale šalje kontroler sabirnice.
Prijenos podataka uvijek počinje s najmanje značajnim bitom.

Inicijalizacija vremena
Redoslijed inicijalizacije uključuje resetiranje DS18B20 senzora i primanje signala prisutnosti koji vraća DS18B20.

Domaćin ga mora inicijalizirati prije bilo kakve komunikacije sa senzorom DS18B20. Tijekom inicijalizacije, kontroler sabirnice povlači sabirnicu nisko i drži je više od 480us. Uređaj koji visi na autobusu bit će resetiran, zatim pustite autobus, pričekaj do 15-60 us, tada će 18B20 vratiti signal prisutnosti niske razine između 60-240us.

Resetirajte vremenski dijagram pulsa i pulsa prisutnosti:
Aplikacijski krug senzora DS18B20 Sustav mjerenja temperature DS18B20 ima prednosti jednostavnog sustava mjerenja temperature, visoka točnost mjerenja temperature, pogodna veza, i zauzima manje linija sučelja. Slijedi dijagram kruga mjerenja temperature senzora DS18B20 u nekoliko različitih načina primjene:
5.1. Dijagram strujnog kruga parazitskog načina napajanja senzora DS18B20 prikazan je na slici 4. U parazitskom načinu napajanja, DS18B20 crpi energiju iz jednožilne signalne linije: energija je pohranjena u internom kondenzatoru dok je signalna linija DQ na visokoj razini. Kada je signalna linija na niskoj razini, troši snagu na kondenzatoru za rad, a zatim puni parazitsko napajanje (kondenzator) dok ne stigne visoka razina.
Jedinstvena metoda parazitskog napajanja ima tri prednosti:
1) Prilikom izvođenja daljinskog mjerenja temperature, nije potrebno lokalno napajanje
2) ROM se može čitati bez redovnog napajanja
3) Strujni krug je jednostavniji, koristeći samo jedan I/O port za mjerenje temperature.
Za senzor DS18B20 za izvođenje preciznih pretvorbi temperature, I/O vodovi moraju osigurati dovoljnu količinu energije tijekom pretvorbe temperature. Budući da radna struja svakog senzora DS18B20 doseže 1mA tijekom pretvorbe temperature, kada je nekoliko senzora obješeno na istu I/O liniju za mjerenje temperature u više točaka, 4.7K pull-up otpornik sam po sebi ne može osigurati dovoljno energije. To će uzrokovati da se temperatura ne može pretvoriti ili da temperaturna pogreška bude iznimno velika.
Stoga, sklop na slici 4 prikladan je samo za korištenje u mjerenju temperature s jednim senzorom temperature i nije prikladan za korištenje u sustavima s baterijskim napajanjem. A radni izvor napajanja VCC mora biti zajamčeno na 5V. Kada napon napajanja padne, smanjuje se i energija koju parazitsko napajanje može povući, što će povećati temperaturnu grešku.
5.2. DS18B20 parazitni izvor napajanja Dijagram strujnog kruga načina napajanja jakog povlačenja Poboljšani način parazitskog napajanja prikazan je na slici 5. Kako bi senzor DS18B20 dobio dovoljnu opskrbu strujom tijekom ciklusa dinamičke pretvorbe, prilikom pretvorbe temperature ili kopiranja u E2 radnju memorije, korištenje MOSFET-a za izravno povlačenje I/O linije na VCC može osigurati dovoljnu struju. I/O linija mora biti prebačena u stanje snažnog povlačenja unutar najviše 10 μS nakon izdavanja bilo koje naredbe koja uključuje kopiranje u E2 memoriju ili pokretanje pretvorbe temperature. Način snažnog povlačenja može riješiti problem kvara struje, tako da je također prikladan za primjene mjerenja temperature u više točaka. Nedostatak je što zauzima još jednu I/O port liniju za jaku pull-up komutaciju.
Bilješka: U parazitskom načinu napajanja na slici 4 i slika 5, VDD pin senzora DS18B20 mora biti spojen na masu.

Kabelski svežanj DALLAS digitalnog senzora temperature

Ds18b20 sonda senzora + kabel

Kabelski svežanj konektora digitalnog senzora Ds18b20

5.3. Način vanjskog napajanja senzora DS18B20

U načinu vanjskog napajanja, radni izvor napajanja senzora DS18B20 spojen je na VDD pin. U ovom trenutku, I/O linija ne treba snažno povlačenje, i nema problema nedovoljne struje napajanja, koji može osigurati točnost pretvorbe. Istovremeno, bilo koji broj senzora DS18B20 može se teoretski spojiti na sabirnicu kako bi se formirao sustav mjerenja temperature u više točaka. Bilješka: U načinu vanjskog napajanja, GND pin DS18B20 ne može se ostaviti da pluta, inače se temperatura ne može pretvoriti i očitana temperatura je uvijek 85°C.
Metoda vanjskog napajanja je najbolja metoda rada senzora DS18B20. Rad je stabilan i pouzdan, sposobnost sprječavanja smetnji je jaka, a sklop je relativno jednostavan, tako da se može razviti stabilan i pouzdan sustav za praćenje temperature u više točaka. Webmaster preporučuje da tijekom razvoja koristite vanjsko napajanje. Uostalom, postoji samo još jedan VCC vod od parazitskog napajanja. U načinu vanjskog napajanja, prednosti širokog raspona napona napajanja DS18B20 mogu se u potpunosti iskoristiti. Čak i ako napon napajanja VCC padne na 3V, i dalje se može jamčiti točnost mjerenja temperature.
6. Mjere opreza pri korištenju DS1820
Iako DS1820 ima prednosti jednostavnog sustava mjerenja temperature, visoka točnost mjerenja temperature, pogodna veza, i zauzima manje linija sučelja, na sljedeća pitanja također treba obratiti pozornost u praktičnim primjenama:
6.1. Mali hardverski troškovi zahtijevaju relativno složen softver za kompenzaciju. Budući da se koristi serijski prijenos podataka između DS1820 i mikroprocesora, prilikom čitanja i pisanja programiranja na DS1820, vrijeme čitanja i pisanja mora biti strogo zajamčeno, inače se rezultati mjerenja temperature neće očitati. Kada koristite jezike visoke razine kao što su PL/M i C za sistemsko programiranje, najbolje je koristiti asemblerski jezik za implementaciju operativnog dijela DS1820.
6.2. Relevantne informacije o DS1820 ne spominju broj DS1820 spojenih na jednu sabirnicu, što lako može navesti ljude da pogrešno vjeruju da se može spojiti bilo koji broj DS1820. U praktičnim primjenama to nije slučaj. Kada ih ima više od 8 DS1820 na jednoj sabirnici, treba riješiti problem vozača sabirnice mikroprocesora. Na ovu točku treba obratiti pozornost pri projektiranju sustava mjerenja temperature u više točaka.
6.3. Kabel sabirnice spojen na DS1820 ima ograničenje duljine. Tijekom testa, kada duljina prijenosa prelazi 50m korištenjem običnih signalnih kabela, pojavit će se pogreške u očitanim podacima mjerenja temperature. Kada se kabel sabirnice promijeni u oklopljeni kabel s upredenom paricom, normalna komunikacijska udaljenost može doseći 150m. Kada se koristi oklopljeni kabel s upredenom paricom s više uvojaka po metru, normalna komunikacijska udaljenost dodatno se produljuje. Ova situacija uglavnom je uzrokovana izobličenjem valnog oblika signala uzrokovanim raspodijeljenim kapacitetom sabirnice. Stoga, prilikom projektiranja sustava mjerenja temperature na velikim udaljenostima pomoću DS1820, moraju se u potpunosti uzeti u obzir pitanja raspodijeljenog kapaciteta i impedancije sabirnice.
6.4. U dizajnu programa za mjerenje temperature DS1820, nakon slanja naredbe za pretvorbu temperature u DS1820, program uvijek čeka povratni signal iz DS1820. Jednom kada DS1820 ima loš kontakt ili je isključen, kada program očita DS1820, neće biti povratnog signala i program će ući u beskonačnu petlju. Ovoj točki također treba posvetiti određenu pozornost prilikom izvođenja hardverske veze DS1820 i dizajna softvera. Preporuča se da kabel za mjerenje temperature bude oklopljena 4-žilna upredena parica. Jedan par žica spojen je na žicu za uzemljenje i signalnu žicu, druga grupa je spojena na VCC i žicu za uzemljenje, a zaštitni sloj je uzemljen u jednoj točki na kraju izvora.