Sonda czujnika temperatury DALLAS DS18b20

Istnieje wiele typów czujników, a czujnik temperatury DS18B20 firmy DALLAS jest najlepszy w zastosowaniach wymagających dużej precyzji i niezawodności. Bardzo mały rozmiar, wyjątkowo niskie obciążenie sprzętowe, silna zdolność przeciwzakłóceniowa, wysoka precyzja, oraz mocne funkcje dodatkowe sprawiają, że czujnik DS18B20 cieszy się coraz większą popularnością. Zalety czujnika DS18B20 to nasz najlepszy wybór do nauki technologii mikrokontrolerów i opracowywania małych produktów związanych z temperaturą. Zrozumienie zasad działania i zastosowań może poszerzyć Twoje pomysły na rozwój mikrokontrolera.

Cechy czujnika DS18B20
1. Komunikacja wykorzystuje interfejs 1-Wire
2. Każdy czujnik DS18B20 ma unikalny 64-bitowy kod seryjny przechowywany we wbudowanej pamięci ROM.
3. Nie są wymagane żadne komponenty zewnętrzne
4. Może być zasilany z linii danych, a zakres zasilania wynosi 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Mierzalny zakres temperatur wynosi -55 ℃ ~ +125 ℃
6. Dokładność wynosi ± 0,5 ℃ w zakresie -10 ~ + 85 ℃
7. Rozdzielczość termometru można ustawić na 9~12 bitów. Na 12 bity, rozdzielczość odpowiada 0,0625 ℃.

Typowe sposoby podłączenia czujnika DS18B20 w zastosowaniach praktycznych
1. Typowa metoda podłączenia podczas pracy pod pasożytniczym zasilaniem
Czas pojedynczego autobusu
Czujnik DS18B20 wykorzystuje magistralę 1-przewodową do przesyłania wszystkich danych jedną linią, dlatego protokół jednoprzewodowy ma bardzo rygorystyczne wymagania czasowe, aby zapewnić integralność danych.
Typy sygnałów pojedynczej magistrali: Zresetuj puls, puls obecności, pisać 0, pisać 1, Czytać 0, Czytać 1. Wszystkie te sygnały z wyjątkiem impulsu obecności wysłanego przez DS18B20, pozostałe sygnały wysyłane są przez kontroler magistrali.
Przesyłanie danych zawsze rozpoczyna się od najmniej znaczącego bitu.

Czas inicjalizacji
Sekwencja inicjalizacji obejmuje reset czujnika DS18B20 i odebranie sygnału obecności zwróconego przez DS18B20.

Host musi go zainicjować przed jakąkolwiek komunikacją z czujnikiem DS18B20. Podczas inicjalizacji, kontroler magistrali obniża magistralę i utrzymuje ją przez ponad 480 us. Urządzenie wiszące na magistrali zostanie zresetowane, następnie zwolnij autobus, poczekaj do 15-60 nas, w tym czasie 18B20 zwróci sygnał obecności o niskim poziomie w zakresie 60-240us.

Schemat czasowy impulsu resetowania i impulsu obecności:
Obwód aplikacyjny czujnika DS18B20 System pomiaru temperatury DS18B20 ma zalety prostego systemu pomiaru temperatury, dokładność pomiaru wysokiej temperatury, wygodne połączenie, i zajmuje mniej linii interfejsu. Poniżej znajduje się schemat obwodu pomiaru temperatury czujnika DS18B20 w kilku różnych trybach aplikacji:
5.1. Schemat obwodu trybu pasożytniczego zasilania czujnika DS18B20 pokazano na rysunku 4. W pasożytniczym trybie zasilania, DS18B20 pobiera energię z jednoprzewodowej linii sygnałowej: energia jest magazynowana w wewnętrznym kondensatorze, podczas gdy linia sygnałowa DQ jest na wysokim poziomie. Gdy linia sygnału jest na niskim poziomie, do pracy zużywa energię kondensatora, a następnie ładuje pasożytniczy zasilacz (kondensator) aż do osiągnięcia wysokiego poziomu.
Unikalna pasożytnicza metoda zasilania ma trzy zalety:
1) Podczas wykonywania zdalnego pomiaru temperatury, nie jest wymagane lokalne zasilanie
2) ROM można odczytać bez stałego zasilania
3) Obwód jest prostszy, wykorzystując tylko jeden port we/wy do pomiaru temperatury.
Dla czujnika DS18B20 w celu wykonywania dokładnych konwersji temperatury, linie we/wy muszą zapewniać wystarczającą ilość energii podczas konwersji temperatury. Ponieważ prąd roboczy każdego czujnika DS18B20 osiąga 1 mA podczas konwersji temperatury, gdy kilka czujników jest zawieszonych na tej samej linii we/wy w celu wielopunktowego pomiaru temperatury, Sam rezystor podciągający 4,7 K nie jest w stanie zapewnić wystarczającej energii. Spowoduje to brak możliwości przeliczenia temperatury lub błąd temperatury będzie bardzo duży.
Dlatego, obwód na rysunku 4 nadaje się wyłącznie do pomiaru temperatury za pomocą jednego czujnika temperatury i nie nadaje się do stosowania w systemach zasilanych bateryjnie. A napięcie robocze VCC musi wynosić 5 V. Gdy napięcie zasilania spadnie, energia, jaką może pobierać pasożytniczy zasilacz, również maleje, co zwiększy błąd temperatury.
5.2. Schemat obwodu zasilacza pasożytniczego DS18B20 o silnym działaniu podciągającym. Ulepszony tryb zasilania pasożytniczego pokazano na rysunku 5. Aby czujnik DS18B20 mógł uzyskać wystarczające zasilanie prądem podczas cyklu konwersji dynamicznej, podczas wykonywania operacji konwersji temperatury lub kopiowania do pamięci E2, użycie tranzystora MOSFET do bezpośredniego pociągnięcia linii we/wy do VCC może zapewnić wystarczający prąd. Linia we/wy musi zostać przełączona w stan silnego podciągnięcia w ciągu maksymalnie 10 μS po wydaniu dowolnego polecenia polegającego na skopiowaniu do pamięci E2 lub rozpoczęciu konwersji temperatury. Silny tryb podciągania może rozwiązać problem awarii zasilania prądem, dlatego nadaje się również do zastosowań w wielopunktowym pomiarze temperatury. Wadą jest to, że wymagana jest jeszcze jedna linia portu we/wy w celu zapewnienia silnego przełączania podciągającego.
Notatka: W pasożytniczym trybie zasilania z rys 4 i Rysunek 5, pin VDD czujnika DS18B20 musi być podłączony do masy.

Wiązka przewodów cyfrowego czujnika temperatury DALLAS

Sonda czujnika DS18b20 + kabel

Wiązka przewodów złącza czujnika cyfrowego DS18b20

5.3. Tryb zewnętrznego zasilania czujnika DS18B20

W trybie zewnętrznego zasilania, zasilanie robocze czujnika DS18B20 podłączamy do pinu VDD. W tej chwili, linia I/O nie wymaga silnego podciągania, i nie ma problemu z niewystarczającym prądem zasilania, co może zapewnić dokładność konwersji. Naraz, Teoretycznie do magistrali można podłączyć dowolną liczbę czujników DS18B20, tworząc wielopunktowy układ pomiaru temperatury. Notatka: W trybie zewnętrznego zasilania, pin GND DS18B20 nie może pozostać ruchomy, w przeciwnym razie nie można przeliczyć temperatury i odczytana temperatura wynosi zawsze 85°C.
Metoda zewnętrznego zasilania jest najlepszą metodą działania czujnika DS18B20. Praca jest stabilna i niezawodna, zdolność przeciwzakłóceniowa jest silna, a obwód jest stosunkowo prosty, w ten sposób można opracować stabilny i niezawodny wielopunktowy system monitorowania temperatury. Webmaster zaleca korzystanie z zewnętrznego źródła zasilania podczas programowania. Mimo wszystko, jest tylko jeden przewód VCC więcej niż pasożytniczy zasilacz. W trybie zewnętrznego zasilania, można w pełni wykorzystać zalety szerokiego zakresu napięć zasilania DS18B20. Nawet jeśli napięcie zasilania VCC spadnie do 3V, nadal można zagwarantować dokładność pomiaru temperatury.
6. Środki ostrożności podczas korzystania z DS1820
Chociaż DS1820 ma zalety prostego systemu pomiaru temperatury, dokładność pomiaru wysokiej temperatury, wygodne połączenie, i zajmuje mniej linii interfejsu, w zastosowaniach praktycznych należy również zwrócić uwagę na następujące kwestie:
6.1. Niewielki narzut sprzętowy wymaga stosunkowo złożonego oprogramowania, aby to skompensować. Ponieważ pomiędzy DS1820 a mikroprocesorem wykorzystywana jest szeregowa transmisja danych, podczas odczytu i zapisu programowania na DS1820, Należy ściśle przestrzegać czasu czytania i pisania, w przeciwnym razie wyniki pomiaru temperatury nie zostaną odczytane. Podczas używania języków wysokiego poziomu, takich jak PL/M i C do programowania systemu, najlepiej jest używać języka asemblera do implementacji części operacyjnej DS1820.
6.2. Odpowiednie informacje na temat DS1820 nie wspominają o liczbie DS1820 podłączonych do jednej magistrali, co może łatwo doprowadzić ludzi do błędnego przekonania, że można podłączyć dowolną liczbę DS1820. W praktycznych zastosowaniach tak nie jest. Kiedy jest ich więcej niż 8 DS1820 na jednej magistrali, należy rozwiązać problem sterownika magistrali mikroprocesora. Na ten punkt należy zwrócić uwagę projektując wielopunktowy system pomiaru temperatury.
6.3. Kabel magistrali podłączony do DS1820 ma ograniczenie długości. Podczas testu, gdy długość transmisji przekracza 50 m przy użyciu zwykłych kabli sygnałowych, wystąpią błędy w odczycie danych pomiaru temperatury. Po zmianie kabla magistrali na skrętkę ekranowaną, normalna odległość komunikacyjna może osiągnąć 150 m. Gdy używana jest skrętka ekranowana z większą liczbą skrętów na metr, normalna odległość komunikacyjna ulega dalszemu wydłużeniu. Sytuacja ta jest spowodowana głównie zniekształceniem przebiegu sygnału spowodowanym pojemnością rozproszoną magistrali. Dlatego, przy projektowaniu systemu pomiaru temperatury na duże odległości z wykorzystaniem DS1820, należy w pełni uwzględnić problemy związane z pojemnością rozproszoną magistrali i dopasowaniem impedancji.
6.4. W projektowaniu programu pomiaru temperatury DS1820, after sending a temperature conversion command to the DS1820, the program always waits for the return signal from the DS1820. Once a DS1820 has poor contact or is disconnected, when the program reads the DS1820, there will be no return signal and the program will enter an infinite loop. This point should also be given certain attention when performing DS1820 hardware connection and software design. It is recommended that the temperature measurement cable be shielded 4-core twisted pair. One pair of wires is connected to the ground wire and signal wire, the other group is connected to VCC and ground wire, and the shielding layer is grounded at a single point at the source end.