DALLAS Ds18b20 hőmérséklet-érzékelő szonda

Sokféle érzékelő létezik, és a DALLAS által gyártott DS18B20 hőmérséklet-érzékelő a legjobb, ha nagy pontosságú és nagy megbízhatóságú alkalmazásokban használják. Ultra-kis méret, rendkívül alacsony hardver rezsi, erős anti-interferencia képesség, nagy pontosságú, és erős kiegészítő funkciók teszik népszerűbbé a DS18B20 érzékelőt. A DS18B20 érzékelő előnyei a legjobb választásunk a mikrokontroller technológia megtanulásához és a hőmérséklettel kapcsolatos kis termékek fejlesztéséhez. A működési elvek és alkalmazások megértése kiszélesítheti a mikrovezérlők fejlesztésével kapcsolatos elképzeléseit.

A DS18B20 érzékelő jellemzői
1. A kommunikáció 1 vezetékes interfészt használ
2. Minden DS18B20 érzékelő egyedi 64 bites sorozatkóddal rendelkezik a beépített ROM-ban..
3. Nincs szükség külső alkatrészekre
4. Adatvezetékről táplálható, és a tápellátás tartománya 3.0V ~ 5.5V.
5. A mérhető hőmérsékleti tartomány -55 ℃ ~ +125 ℃
6. A pontosság ±0,5 ℃ a -10 ~ +85 ℃ tartományban
7. A hőmérő felbontása 9-12 bitre állítható. at 12 bitek, a felbontás 0,0625℃-nak felel meg.

A DS18B20 érzékelő tipikus csatlakoztatási módjai a gyakorlati alkalmazásokban
1. Tipikus csatlakozási mód parazita tápfeszültség alatt végzett munka esetén
Egy buszos időzítés
A DS18B20 érzékelő 1 vezetékes buszt használ az összes adat egy vonalon történő továbbítására, így az egyvezetékes protokoll nagyon szigorú időzítési követelményeket támaszt az adatok integritásának biztosítása érdekében.
Egybuszos jeltípusok: reset impulzus, jelenléti impulzus, írj 0, írj 1, olvas 0, olvas 1. Mindezek a jelek, kivéve a DS18B20 által küldött jelenlétimpulzust, a többi jelet a buszvezérlő küldi.
Az adatátvitel mindig a legkisebb jelentőségű bittel kezdődik.

Inicializálás időzítés
Az inicializálási folyamat magában foglalja a DS18B20 érzékelő alaphelyzetbe állítását és a DS18B20 által visszaadott jelenléti jel fogadását..

A gazdagépnek inicializálnia kell, mielőtt bármilyen kommunikációt folytatna a DS18B20 érzékelővel. Az inicializálás során, a buszvezérlő alacsonyra húzza a buszt és több mint 480 us-ig tartja. A buszon lógó készülék alaphelyzetbe áll, majd engedje el a buszt, várj 15-60-ig, ekkor a 18B20 alacsony szintű jelenléti jelet ad vissza 60-240us között.

Az impulzus- és jelenlétimpulzus-időzítési diagram visszaállítása:
A DS18B20 érzékelő alkalmazási áramköre A DS18B20 hőmérsékletmérő rendszer az egyszerű hőmérsékletmérő rendszer előnyeivel rendelkezik, magas hőmérséklet mérési pontosság, kényelmes csatlakozás, és kevesebb interfész vonalat foglal el. Az alábbiakban a DS18B20 érzékelő hőmérsékletmérési kapcsolási rajza látható több különböző alkalmazási módban:
5.1. A DS18B20 érzékelő parazita tápegység üzemmódjának kapcsolási rajza az ábrán látható 4. Parazita tápegység üzemmódban, a DS18B20 az egyvezetékes jelvezetékből veszi az energiát: az energia a belső kondenzátorban tárolódik, miközben a DQ jelvonal magas szinten van. Amikor a jelvezeték alacsony szinten van, a működéshez fogyasztja a kondenzátor áramát, majd feltölti a parazita tápegységet (kondenzátor) amíg meg nem érkezik a magas szint.
Az egyedülálló parazita tápellátási módszernek három előnye van:
1) Távoli hőmérsékletmérés végrehajtásakor, nincs szükség helyi tápellátásra
2) A ROM normál tápellátás nélkül is olvasható
3) Az áramkör egyszerűbb, csak egy I/O portot használ a hőmérséklet mérésére.
A DS18B20 érzékelőhöz a pontos hőmérséklet-konverzió végrehajtásához, az I/O vezetékeknek biztosítaniuk kell a megfelelő energiaellátást a hőmérséklet-átalakítás során. Mivel minden DS18B20 érzékelő üzemi árama eléri az 1mA-t a hőmérséklet-átalakítás során, amikor több érzékelőt akasztanak ugyanarra az I/O vonalra többpontos hőmérsékletmérés céljából, a 4,7K felhúzó ellenállás önmagában nem tud elegendő energiát biztosítani. Ez azt eredményezi, hogy a hőmérsékletet nem lehet átalakítani, vagy a hőmérsékleti hiba rendkívül nagy lesz.
Ezért, ábrán látható áramkör 4 csak egyetlen hőmérséklet-érzékelővel történő hőmérsékletmérésre alkalmas, akkumulátoros rendszerekben nem használható. A VCC működő tápegységnek pedig garantáltan 5V-osnak kell lennie. Amikor a tápfeszültség csökken, a parazita tápegység által felvehető energia is csökken, ami növeli a hőmérsékleti hibát.
5.2. DS18B20 parazita tápegység erős felhúzós tápegység üzemmód kapcsolási rajza A továbbfejlesztett parazita tápegység mód az ábrán látható 5. Annak érdekében, hogy a DS18B20 érzékelő elegendő áramellátást kapjon a dinamikus átalakítási ciklus során, hőmérséklet-konverzió végrehajtásakor vagy az E2 memóriaműveletbe másoláskor, MOSFET használata az I/O vonal közvetlen VCC-hez való húzásához elegendő áramot biztosíthat. Az I/O vonalat erős felhúzó állapotba kell átállítani maximum a következőn belül 10 μS bármely olyan parancs kiadása után, amely az E2 memóriába történő másolást vagy a hőmérséklet-konverzió kezdeményezését foglalja magában. Az erős felhúzási mód megoldhatja az áramellátási hiba problémáját, így többpontos hőmérsékletmérési alkalmazásokhoz is alkalmas. Hátránya, hogy még egy I/O port vonalat foglal el az erős felhúzó kapcsoláshoz.
Jegyzet: ábra parazita tápellátási üzemmódjában 4 és ábra 5, a DS18B20 érzékelő VDD érintkezőjét a földhöz kell kötni.

DALLAS digitális hőmérséklet-érzékelő kábelköteg

Ds18b20 érzékelő szonda + kábel

Ds18b20 digitális érzékelő csatlakozó kábelköteg

5.3. A DS18B20 érzékelő külső tápellátási módja

Külső tápegység üzemmódban, a DS18B20 érzékelő működő tápegysége a VDD érintkezőhöz csatlakozik. Ebben az időben, az I/O vonalnak nincs szüksége erős felhúzásra, és nincs probléma az elégtelen tápárammal, amelyek biztosíthatják az átalakítás pontosságát. Egy időben, elméletileg tetszőleges számú DS18B20 érzékelő csatlakoztatható a buszhoz, így többpontos hőmérsékletmérő rendszert alkothat. Jegyzet: Külső tápegység üzemmódban, a DS18B20 GND tűje nem hagyható lebegve, egyébként a hőmérséklet nem konvertálható, és a leolvasott hőmérséklet mindig 85°C.
A DS18B20 érzékelő legjobb működési módja a külső tápellátás. A munkavégzés stabil és megbízható, az anti-interferencia képesség erős, és az áramkör viszonylag egyszerű, így stabil és megbízható többpontos hőmérséklet-figyelő rendszer fejleszthető ki. A webmester azt javasolja, hogy a fejlesztés során külső tápegységet használjon. Végül is, csak eggyel több VCC vezeték van, mint a parazita tápegység. Külső tápegység üzemmódban, a DS18B20 széles tápfeszültség-tartományának előnyei teljes mértékben kihasználhatók. Még akkor is, ha a VCC tápfeszültség 3 V-ra csökken, a hőmérsékletmérés pontossága továbbra is garantálható.
6. Óvintézkedések a DS1820 használatakor
Bár a DS1820 rendelkezik az egyszerű hőmérsékletmérő rendszer előnyeivel, magas hőmérséklet mérési pontosság, kényelmes csatlakozás, és kevesebb interfész vonalat foglal el, a gyakorlati alkalmazások során a következő kérdésekre is figyelmet kell fordítani:
6.1. A kis hardverköltségek kompenzálásához viszonylag bonyolult szoftverre van szükség. Mivel a DS1820 és a mikroprocesszor között soros adatátvitel történik, amikor a programozást DS1820-ra olvassa és írja, az olvasási és írási időzítést szigorúan garantálni kell, ellenkező esetben a hőmérséklet mérési eredmények nem kerülnek leolvasásra. Magas szintű nyelvek, például PL/M és C használata esetén a rendszerprogramozáshoz, a legjobb az assembly nyelvet használni a DS1820 műveleti rész megvalósításához.
6.2. A DS1820-ra vonatkozó releváns információk nem említik az egyetlen buszra csatlakoztatott DS1820-asok számát, ami könnyen arra késztetheti az embereket, hogy tévesen azt gondolják, hogy tetszőleges számú DS1820 csatlakoztatható. A gyakorlati alkalmazásokban ez nem így van. Amikor több mint 8 DS1820-asok egyetlen buszon, a mikroprocesszor buszmeghajtó problémáját meg kell oldani. Erre a pontra kell figyelni a többpontos hőmérsékletmérő rendszer tervezésekor.
6.3. A DS1820-hoz csatlakoztatott buszkábel hosszkorlátozott. A teszt során, ha az átviteli hossz meghaladja az 50 m-t hagyományos jelkábelek használatával, hibák lépnek fel a leolvasott hőmérséklet mérési adatokban. Amikor a buszkábelt sodrott érpárú árnyékolt kábelre cserélik, a normál kommunikációs távolság elérheti a 150 métert. Ha méterenként több sodrással rendelkező, sodrott érpárú árnyékolt kábelt használnak, a normál kommunikációs távolság tovább növekszik. Ezt a helyzetet elsősorban a jel hullámformájának a busz elosztott kapacitása által okozott torzulása okozza. Ezért, a DS1820 segítségével történő távolsági hőmérsékletmérő rendszer tervezésekor, a busz elosztott kapacitás és impedancia illesztési problémáit teljes mértékben figyelembe kell venni.
6.4. A DS1820 hőmérsékletmérő program tervezésében, miután elküldte a hőmérséklet-átalakító parancsot a DS1820-nak, a program mindig a DS1820 visszatérő jelét várja. Ha egy DS1820-nak gyenge az érintkezése vagy le van választva, amikor a program beolvassa a DS1820-at, nem lesz visszatérő jel és a program egy végtelen hurokba lép. Erre a pontra is különös figyelmet kell fordítani a DS1820 hardver csatlakoztatása és szoftver tervezése során. Javasoljuk, hogy a hőmérsékletmérő kábel árnyékolt 4 eres csavart érpár legyen. Egy pár vezeték csatlakozik a földelővezetékhez és a jelvezetékhez, a másik csoport a VCC-hez és a földelő vezetékhez csatlakozik, és az árnyékoló réteg a forrás végén egyetlen ponton van földelve.