Sonda do sensor de temperatura DALLAS Ds18b20

Existem muitos tipos de sensores, e o sensor de temperatura DS18B20 produzido pela DALLAS é o melhor quando usado em aplicações de alta precisão e alta confiabilidade. Tamanho ultrapequeno, sobrecarga de hardware ultrabaixa, forte capacidade anti-interferência, alta precisão, e fortes funções adicionais tornam o sensor DS18B20 mais popular. As vantagens do sensor DS18B20 são nossa melhor escolha para aprender tecnologia de microcontroladores e desenvolver pequenos produtos relacionados à temperatura. Compreender os princípios de funcionamento e aplicações pode ampliar suas ideias para o desenvolvimento de microcontroladores.

Recursos do sensor DS18B20
1. A comunicação usa interface de 1 fio
2. Cada sensor DS18B20 possui um código serial exclusivo de 64 bits armazenado na ROM integrada.
3. Não são necessários componentes externos
4. Pode ser alimentado pela linha de dados, e a faixa da fonte de alimentação é 3,0 V ~ 5,5 V.
5. A faixa de temperatura mensurável é de -55°C ~ +125°C
6. A precisão é de ±0,5°C na faixa de -10~+85°C
7. A resolução do termômetro pode ser definida para 9 ~ 12 bits. No 12 bits, a resolução corresponde a 0,0625 ℃.

Métodos típicos de conexão do sensor DS18B20 em aplicações práticas
1. Método de conexão típico ao trabalhar sob fonte de alimentação parasita
Tempo de ônibus único
O sensor DS18B20 usa barramento de 1 fio para transmitir todos os dados em uma linha, portanto, o protocolo de fio único tem requisitos de tempo muito rígidos para garantir a integridade dos dados.
Tipos de sinal de barramento único: redefinir pulso, pulso de presença, escrever 0, escrever 1, ler 0, ler 1. Todos esses sinais, exceto o pulso de presença enviado pelo DS18B20, outros sinais são enviados pelo controlador de barramento.
A transferência de dados sempre começa com o bit menos significativo.

Timing de inicialização
A sequência de inicialização inclui a reinicialização do sensor DS18B20 e o recebimento do sinal de presença retornado pelo DS18B20.

O host precisa inicializá-lo antes de qualquer comunicação com o sensor DS18B20. Durante a inicialização, o controlador do barramento puxa o barramento para baixo e o mantém por mais de 480us. O dispositivo pendurado no barramento será reiniciado, então solte o ônibus, espere até 15-60us, momento em que 18B20 retornará um sinal de presença de baixo nível entre 60-240us.

Diagrama de temporização de pulso de reinicialização e presença:
Circuito de aplicação do sensor DS18B20 O sistema de medição de temperatura DS18B20 tem as vantagens de um sistema simples de medição de temperatura, precisão de medição de alta temperatura, conexão conveniente, e ocupa menos linhas de interface. A seguir está o diagrama do circuito de medição de temperatura do sensor DS18B20 em vários modos de aplicação diferentes:
5.1. O diagrama de circuito do modo de fonte de alimentação parasita do sensor DS18B20 é mostrado na Figura 4. No modo de fonte de alimentação parasita, o DS18B20 extrai energia da linha de sinal de fio único: a energia é armazenada no capacitor interno enquanto a linha de sinal DQ está em um nível alto. Quando a linha de sinal está em um nível baixo, consome a energia do capacitor para funcionar, e então carrega a fonte de alimentação parasita (capacitor) até que o alto nível chegue.
O método exclusivo de fonte de alimentação parasita tem três benefícios:
1) Ao realizar medição remota de temperatura, nenhuma fonte de alimentação local é necessária
2) ROM pode ser lida sem fonte de alimentação regular
3) O circuito é mais simples, usando apenas uma porta de E/S para medir a temperatura.
Para que o sensor DS18B20 execute conversões precisas de temperatura, as linhas de E/S devem garantir que energia suficiente seja fornecida durante a conversão de temperatura. Como a corrente operacional de cada sensor DS18B20 atinge 1mA durante a conversão de temperatura, quando vários sensores estão pendurados na mesma linha de E/S para medição de temperatura multiponto, o resistor pull-up de 4,7K sozinho não pode fornecer energia suficiente. Isso fará com que a temperatura não possa ser convertida ou o erro de temperatura seja extremamente grande.
Portanto, o circuito na Figura 4 é adequado apenas para uso em medição de temperatura com um único sensor de temperatura e não é adequado para uso em sistemas alimentados por bateria. E a fonte de alimentação VCC em funcionamento deve ser garantida como 5V. Quando a tensão da fonte de alimentação cai, a energia que a fonte de alimentação parasita pode consumir também diminui, o que aumentará o erro de temperatura.
5.2. Diagrama de circuito do modo de fonte de alimentação pull-up forte da fonte de alimentação parasita DS18B20 O modo de fonte de alimentação parasita aprimorado é mostrado na Figura 5. Para que o sensor DS18B20 obtenha fornecimento de corrente suficiente durante o ciclo de conversão dinâmica, ao realizar a conversão de temperatura ou copiar para a operação da memória E2, usar um MOSFET para puxar diretamente a linha de E/S para VCC pode fornecer corrente suficiente. A linha de E/S deve passar para um estado pull-up forte dentro de um máximo de 10 μS após emitir qualquer comando envolvendo uma cópia para a memória E2 ou o início de uma conversão de temperatura. O modo pull-up forte pode resolver o problema de falha no fornecimento de corrente, portanto, também é adequado para aplicações de medição de temperatura multiponto. A desvantagem é que ela ocupa mais uma linha de porta de E/S para comutação pull-up forte.
Observação: No modo de fonte de alimentação parasita da Figura 4 e Figura 5, o pino VDD do sensor DS18B20 deve ser conectado ao terra.

Chicote elétrico do sensor de temperatura digital DALLAS

Sonda do sensor Ds18b20 + cabo

Chicote do conector do sensor digital Ds18b20

5.3. Modo de fonte de alimentação externa do sensor DS18B20

No modo de fonte de alimentação externa, a fonte de alimentação de trabalho do sensor DS18B20 está conectada ao pino VDD. Neste momento, a linha de E/S não precisa de um pull-up forte, e não há problema de corrente de alimentação insuficiente, o que pode garantir a precisão da conversão. Ao mesmo tempo, qualquer número de sensores DS18B20 pode teoricamente ser conectado ao barramento para formar um sistema de medição de temperatura multiponto. Observação: No modo de fonte de alimentação externa, o pino GND do DS18B20 não pode ficar flutuando, caso contrário, a temperatura não poderá ser convertida e a temperatura lida será sempre 85°C.
O método de fonte de alimentação externa é o melhor método de trabalho do sensor DS18B20. O trabalho é estável e confiável, a capacidade anti-interferência é forte, e o circuito é relativamente simples, para que um sistema de monitoramento de temperatura multiponto estável e confiável possa ser desenvolvido. O webmaster recomenda que você use uma fonte de alimentação externa durante o desenvolvimento. Afinal, há apenas mais um cabo VCC do que a fonte de alimentação parasita. No modo de fonte de alimentação externa, as vantagens da ampla faixa de tensão da fonte de alimentação do DS18B20 podem ser totalmente utilizadas. Mesmo se a tensão da fonte de alimentação VCC cair para 3V, a precisão da medição de temperatura ainda pode ser garantida.
6. Precauções ao usar DS1820
Embora o DS1820 tenha as vantagens de um sistema simples de medição de temperatura, precisão de medição de alta temperatura, conexão conveniente, e ocupa menos linhas de interface, as seguintes questões também devem ser prestadas atenção em aplicações práticas:
6.1. A pequena sobrecarga de hardware requer software relativamente complexo para compensar. Como a transmissão serial de dados é usada entre o DS1820 e o microprocessador, ao ler e escrever programação no DS1820, o tempo de leitura e escrita deve ser estritamente garantido, caso contrário, os resultados da medição de temperatura não serão lidos. Ao usar linguagens de alto nível como PL/M e C para programação do sistema, é melhor usar a linguagem assembly para implementar a parte de operação do DS1820.
6.2. As informações relevantes sobre o DS1820 não mencionam o número de DS1820s conectados a um único barramento, o que pode facilmente levar as pessoas a acreditar erroneamente que qualquer número de DS1820 pode ser conectado. Em aplicações práticas este não é o caso. Quando há mais de 8 DS1820s em um único barramento, o problema do driver de barramento do microprocessador precisa ser resolvido. Este ponto deve ser prestado atenção ao projetar um sistema de medição de temperatura multiponto.
6.3. O cabo do barramento conectado ao DS1820 possui um limite de comprimento. Durante o teste, quando o comprimento de transmissão excede 50 m usando cabos de sinal comuns, ocorrerão erros na leitura dos dados de medição de temperatura. Quando o cabo do barramento é alterado para um cabo blindado de par trançado, a distância normal de comunicação pode chegar a 150m. Quando um cabo blindado de par trançado com mais torções por metro é usado, a distância normal de comunicação é ainda mais prolongada. Esta situação é causada principalmente pela distorção da forma de onda do sinal causada pela capacitância distribuída do barramento. Portanto, ao projetar um sistema de medição de temperatura de longa distância usando DS1820, os problemas de capacitância distribuída de barramento e correspondência de impedância devem ser totalmente considerados.
6.4. No projeto do programa de medição de temperatura 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.