Sonda senzorului de temperatură Dallas DS18B20

Există multe tipuri de senzori, iar senzorul de temperatură DS18B20 produs de DALLAS este cel mai bun atunci când este utilizat în aplicații de înaltă precizie și de înaltă fiabilitate. Dimensiune ultra-mică, Hardware ultra-mic, Abilitate puternică anti-interferență, Precizie înaltă, și funcțiile suplimentare puternice fac senzorul DS18B20 mai popular. Avantajele senzorului DS18B20 sunt cea mai bună alegere pentru a învăța tehnologia microcontrolerelor și pentru a dezvolta produse mici legate de temperatură.. Înțelegerea principiilor și aplicațiilor de lucru vă poate lărgi ideile pentru dezvoltarea microcontrolerului.

Caracteristicile senzorului DS18B20
1. Comunicarea folosește interfața cu 1 fir
2. Fiecare senzor DS18B20 are un cod serial unic de 64 de biți stocat în ROM-ul de la bord.
3. Nu sunt necesare componente externe
4. Poate fi alimentat de la linia de date, iar intervalul de alimentare este de 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Intervalul de temperatură măsurabil este de -55℃ ~ +125℃
6. Precizia este de ± 0,5 ℃ în intervalul -10 ~ + 85 ℃
7. Rezoluția termometrului poate fi setată la 9~12 biți. La 12 biți, rezoluția corespunde cu 0,0625℃.

Metode tipice de conectare ale senzorului DS18B20 în aplicații practice
1. Metodă tipică de conectare atunci când se lucrează sub sursă de alimentare parazită
Cronometrarea unui singur autobuz
Senzorul DS18B20 folosește magistrala cu 1 fir pentru a transmite toate datele pe o linie, astfel încât protocolul cu un singur fir are cerințe de sincronizare foarte stricte pentru a asigura integritatea datelor.
Tipuri de semnal cu un singur bus: Resetați pulsul, puls de prezență, scrie 0, scrie 1, citire 0, citire 1. Toate aceste semnale cu excepția impulsului de prezență trimis de DS18B20, alte semnale sunt trimise de controlerul magistralei.
Transferul de date începe întotdeauna cu bitul cel mai puțin semnificativ.

Momentul de inițializare
Secvența de inițializare include resetarea senzorului DS18B20 și primirea semnalului de prezență returnat de DS18B20.

Gazda trebuie să-l inițializeze înainte de orice comunicare cu senzorul DS18B20. În timpul inițializării, controlerul autobuzului trage autobuzul jos și îl ține mai mult de 480us. Dispozitivul agățat pe autobuz va fi resetat, apoi eliberează autobuzul, așteptați până la 15-60us, moment în care 18B20 va returna un semnal de prezență de nivel scăzut între 60-240us.

Resetați diagrama de temporizare a pulsului și a pulsului de prezență:
Circuitul de aplicare a senzorului DS18B20 Sistemul de măsurare a temperaturii DS18B20 are avantajele unui sistem simplu de măsurare a temperaturii, precizie de măsurare a temperaturii ridicate, conexiune convenabilă, și ocupă mai puține linii de interfață. Următoarea este schema circuitului de măsurare a temperaturii a senzorului DS18B20 în mai multe moduri de aplicare diferite:
5.1. Schema circuitului modului de alimentare parazită a senzorului DS18B20 este prezentată în figură 4. În modul de alimentare parazită, DS18B20 atrage energie din linia de semnal cu un singur fir: energia este stocată în condensatorul intern în timp ce linia de semnal DQ este la un nivel ridicat. Când linia de semnal este la un nivel scăzut, consumă puterea condensatorului pentru a funcționa, și apoi încarcă sursa de alimentare parazită (condensator) până ajunge la nivelul înalt.
Metoda unică de alimentare cu energie parazită are trei beneficii:
1) Când efectuați măsurarea temperaturii de la distanță, nu este necesară alimentarea locală
2) ROM-ul poate fi citit fără alimentare obișnuită
3) Circuitul este mai simplu, folosind un singur port I/O pentru a măsura temperatura.
Pentru ca senzorul DS18B20 să efectueze conversii precise ale temperaturii, liniile I/O trebuie să asigure o energie suficientă în timpul conversiei temperaturii. Deoarece curentul de funcționare al fiecărui senzor DS18B20 atinge 1mA în timpul conversiei temperaturii, când mai mulți senzori sunt agățați pe aceeași linie I/O pentru măsurarea temperaturii în mai multe puncte, Rezistorul pull-up de 4,7K singur nu poate furniza suficientă energie. Aceasta va face ca temperatura să nu poată fi convertită sau eroarea de temperatură să fie extrem de mare.
Prin urmare, circuitul din figura 4 este potrivit doar pentru utilizarea în măsurarea temperaturii cu un singur senzor de temperatură și nu este potrivit pentru utilizarea în sisteme alimentate cu baterii. Și sursa de alimentare de lucru VCC trebuie să fie garantată a fi de 5V. Când tensiunea de alimentare scade, scade şi energia pe care o poate extrage sursa parazită, ceea ce va crește eroarea de temperatură.
5.2. Schema circuitului modului de alimentare parazită DS18B20 Modul de alimentare parazit îmbunătățit este prezentat în figură 5. Pentru ca senzorul DS18B20 să obțină o alimentare suficientă cu curent în timpul ciclului de conversie dinamică, atunci când se efectuează conversia temperaturii sau copierea în operația de memorie E2, utilizarea unui MOSFET pentru a trage direct linia I/O la VCC poate furniza suficient curent. Linia I/O trebuie să fie trecută la o stare de tragere puternică în maximum de 10 μS după emiterea oricărei comenzi care implică o copie în memoria E2 sau inițierea unei conversii de temperatură. Modul puternic pull-up poate rezolva problema întreruperii alimentării cu curent, deci este potrivit și pentru aplicații de măsurare a temperaturii în mai multe puncte. Dezavantajul este că ocupă încă o linie de port I/O pentru comutare puternică de tip pull-up.
Nota: În modul de alimentare parazit din Figura 4 și Figura 5, pinul VDD al senzorului DS18B20 trebuie conectat la masă.

Cablajul de cablare a senzorului de temperatură digitală Dallas

Sonda senzor Ds18b20 + cablu

Cablul conector al senzorului digital Ds18b20

5.3. Modul de alimentare externă a senzorului DS18B20

În modul de alimentare externă, sursa de alimentare a senzorului DS18B20 este conectată la pinul VDD. În acest moment, linia I/O nu are nevoie de o tragere puternică, și nu există nicio problemă de curent insuficient de alimentare, care poate asigura acuratețea conversiei. În același timp, orice număr de senzori DS18B20 pot fi teoretic conectați la magistrală pentru a forma un sistem de măsurare a temperaturii în mai multe puncte. Nota: În modul de alimentare externă, pinul GND al DS18B20 nu poate fi lăsat plutitor, în caz contrar, temperatura nu poate fi convertită și temperatura citită este întotdeauna 85°C.
Metoda de alimentare externă este cea mai bună metodă de lucru a senzorului DS18B20. Lucrarea este stabilă și de încredere, capacitatea anti-interferență este puternică, iar circuitul este relativ simplu, astfel încât poate fi dezvoltat un sistem stabil și fiabil de monitorizare a temperaturii în mai multe puncte. Webmasterul vă recomandă să utilizați o sursă de alimentare externă în timpul dezvoltării. La urma urmelor, mai există un singur cablu VCC decât sursa de alimentare parazită. În modul de alimentare externă, avantajele gamei largi de tensiune de alimentare a DS18B20 pot fi utilizate pe deplin. Chiar dacă tensiunea de alimentare VCC scade la 3V, precizia măsurării temperaturii poate fi încă garantată.
6. Precauții la utilizarea DS1820
Deși DS1820 are avantajele unui sistem simplu de măsurare a temperaturii, precizie de măsurare a temperaturii ridicate, conexiune convenabilă, și ocupă mai puține linii de interfață, Următoarele aspecte ar trebui să li se acorde atenție și în aplicațiile practice:
6.1. Suprafața hardware mică necesită un software relativ complex pentru a compensa. Deoarece transmisia de date în serie este utilizată între DS1820 și microprocesor, când citiți și scrieți programarea pe DS1820, timpul de citire și scriere trebuie să fie strict garantat, în caz contrar, rezultatele măsurării temperaturii nu vor fi citite. Când utilizați limbaje de nivel înalt, cum ar fi PL/M și C pentru programarea sistemului, cel mai bine este să folosiți limbajul de asamblare pentru a implementa partea de operare DS1820.
6.2. Informațiile relevante despre DS1820 nu menționează numărul de DS1820 conectate la o singură magistrală, ceea ce îi poate determina cu ușurință pe oameni să creadă în mod eronat că orice număr de DS1820 poate fi conectat. În aplicațiile practice, acest lucru nu este cazul. Când sunt mai mult de 8 DS1820 pe o singură magistrală, trebuie rezolvată problema șoferului de autobuz a microprocesorului. Acest punct trebuie acordat atenție atunci când proiectați un sistem de măsurare a temperaturii în mai multe puncte.
6.3. Cablul magistrală conectat la DS1820 are o limită de lungime. În timpul testului, când lungimea transmisiei depășește 50m folosind cabluri de semnal obișnuite, vor apărea erori în datele de măsurare a temperaturii citite. Când cablul de magistrală este schimbat cu un cablu ecranat cu perechi răsucite, distanța normală de comunicare poate ajunge la 150 m. Când se utilizează un cablu ecranat cu perechi răsucite cu mai multe răsuciri pe metru, distanța normală de comunicare este mai lungă. Această situație este cauzată în principal de distorsiunea formei de undă a semnalului cauzată de capacitatea distribuită magistrală. Prin urmare, atunci când proiectați un sistem de măsurare a temperaturii la distanță lungă folosind DS1820, problemele de potrivire a capacității distribuite de magistrală și a impedanței trebuie luate în considerare pe deplin.
6.4. În proiectarea programului de măsurare a temperaturii DS1820, după trimiterea unei comenzi de conversie a temperaturii către DS1820, programul așteaptă întotdeauna semnalul de întoarcere de la DS1820. Odată ce un DS1820 are un contact slab sau este deconectat, când programul citește DS1820, nu va exista semnal de întoarcere și programul va intra într-o buclă infinită. Acest punct ar trebui să i se acorde o anumită atenție atunci când se realizează conexiunea hardware și proiectarea software-ului DS1820. Se recomandă ca cablul de măsurare a temperaturii să fie ecranat cu 4 fire răsucite. O pereche de fire este conectată la firul de împământare și firul de semnal, celălalt grup este conectat la VCC și firul de împământare, iar stratul de ecranare este împământat într-un singur punct la capătul sursei.