Sonda snímača teploty DALLAS Ds18b20

Existuje mnoho typov senzorov, a teplotný snímač DS18B20 vyrobený spoločnosťou DALLAS je najlepší pri použití vo vysoko presných a spoľahlivých aplikáciách. Ultra malá veľkosť, ultranízka hardvérová réžia, silná schopnosť proti rušeniu, vysoká presnosť, a silné doplnkové funkcie robia senzor DS18B20 obľúbenejším. Výhody senzora DS18B20 sú našou najlepšou voľbou na učenie technológie mikrokontrolérov a vývoj malých produktov súvisiacich s teplotou. Pochopenie princípov fungovania a aplikácií môže rozšíriť vaše nápady na vývoj mikrokontrolérov.

Vlastnosti senzora DS18B20
1. Komunikácia využíva 1-Wire rozhranie
2. Každý snímač DS18B20 má jedinečný 64-bitový sériový kód uložený v zabudovanej ROM.
3. Nie sú potrebné žiadne externé komponenty
4. Dá sa napájať z dátovej linky, a rozsah napájania je 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Merateľný teplotný rozsah je -55 ℃ ~ +125 ℃
6. Presnosť je ±0,5℃ v rozsahu -10~+85℃
7. Rozlíšenie teplomera je možné nastaviť na 9~12 bitov. O 12 bitov, rozlíšenie zodpovedá 0,0625 ℃.

Typické spôsoby pripojenia snímača DS18B20 v praktických aplikáciách
1. Typický spôsob pripojenia pri práci s parazitným napájaním
Časovanie jedného autobusu
Senzor DS18B20 využíva 1-wire Bus na prenos všetkých dát na jednej linke, takže jednovodičový protokol má veľmi prísne požiadavky na časovanie na zabezpečenie integrity údajov.
Typy signálu jednej zbernice: resetovať pulz, pulz prítomnosti, písať 0, písať 1, čítať 0, čítať 1. Všetky tieto signály okrem impulzu prítomnosti vysielaného DS18B20, ostatné signály posiela zbernicový radič.
Prenos dát vždy začína najmenej významným bitom.

Načasovanie inicializácie
Inicializačná sekvencia zahŕňa resetovanie snímača DS18B20 a príjem signálu prítomnosti vráteného DS18B20.

Hostiteľ ho musí inicializovať pred akoukoľvek komunikáciou so senzorom DS18B20. Počas inicializácie, zbernicový radič stiahne zbernicu nízko a podrží ju viac ako 480us. Zariadenie visiace na zbernici bude resetované, potom autobus uvoľnite, počkajte do 15-60us, vtedy 18B20 vráti nízkoúrovňový signál prítomnosti medzi 60-240us.

Vynulujte diagram časovania impulzov a impulzov prítomnosti:
Aplikačný obvod snímača DS18B20 Systém merania teploty DS18B20 má výhody jednoduchého systému merania teploty, presnosť merania vysokej teploty, pohodlné pripojenie, a zaberá menej liniek rozhrania. Nasleduje schéma obvodu merania teploty snímača DS18B20 v niekoľkých rôznych aplikačných režimoch:
5.1. Schéma zapojenia režimu parazitného napájania snímača DS18B20 je znázornená na obrázku 4. V režime parazitného napájania, DS18B20 čerpá energiu z jednovodičového signálneho vedenia: energia je uložená vo vnútornom kondenzátore, zatiaľ čo signálové vedenie DQ je na vysokej úrovni. Keď je signálové vedenie na nízkej úrovni, spotrebováva energiu na kondenzátore, aby fungoval, a potom nabije parazitný zdroj energie (kondenzátor) kým nepríde vysoká úroveň.
Jedinečný spôsob parazitného napájania má tri výhody:
1) Pri vykonávaní diaľkového merania teploty, nie je potrebné miestne napájanie
2) ROM je možné čítať bez bežného napájania
3) Obvod je jednoduchší, použitie iba jedného I/O portu na meranie teploty.
Aby snímač DS18B20 vykonával presné prevody teploty, vstupno-výstupné vedenia musia zabezpečiť dostatočnú energiu počas premeny teploty. Pretože prevádzkový prúd každého snímača DS18B20 dosahuje 1 mA počas premeny teploty, keď je niekoľko snímačov zavesených na rovnakom vstupno-výstupnom vedení pre viacbodové meranie teploty, samotný pull-up odpor 4,7K nemôže poskytnúť dostatok energie. Spôsobí to, že sa teplota nebude dať previesť alebo bude chyba teploty extrémne veľká.
Preto, obvod na obrázku 4 je vhodný len na meranie teploty s jedným teplotným snímačom a nie je vhodný na použitie v systémoch napájaných z batérie. A pracovný napájací zdroj VCC musí byť zaručený na 5V. Keď napájacie napätie klesne, klesá aj energia, ktorú dokáže odoberať parazitný zdroj, čo zvýši teplotnú chybu.
5.2. Schéma zapojenia parazitného napájacieho zdroja DS18B20 so silným ťahovým napájaním Vylepšený režim parazitného napájacieho zdroja je znázornený na obrázku 5. Aby snímač DS18B20 získal dostatočné prúdové napájanie počas cyklu dynamickej konverzie, pri vykonávaní teplotnej konverzie alebo kopírovania do pamäte E2, použitie MOSFETu na priame vytiahnutie I/O linky do VCC môže poskytnúť dostatočný prúd. I/O linka musí byť prevedená do silného pull-up stavu v rámci max 10 μS po vydaní akéhokoľvek príkazu, ktorý zahŕňa kópiu do pamäte E2 alebo iniciáciu teplotnej konverzie. Silný pull-up režim môže vyriešiť problém výpadku prúdu, takže je vhodný aj pre viacbodové meranie teploty. Nevýhodou je, že zaberá o jeden vstupno-výstupný port viac pre silné pull-up prepínanie.
Poznámka: V režime parazitného napájania z obr 4 a Obrázok 5, kolík VDD snímača DS18B20 musí byť pripojený k zemi.

Káblový zväzok digitálneho snímača teploty DALLAS

Senzorová sonda Ds18b20 + kábel

zväzok konektora digitálneho snímača Ds18b20

5.3. Režim externého napájania snímača DS18B20

V režime externého napájania, pracovný zdroj snímača DS18B20 je pripojený na kolík VDD. V tomto čase, I/O linka nepotrebuje silný ťah, a nie je problém s nedostatočným napájacím prúdom, čo môže zabezpečiť presnosť prevodu. Súčasne, Na zbernicu je možné teoreticky pripojiť ľubovoľný počet snímačov DS18B20 a vytvoriť tak viacbodový systém merania teploty. Poznámka: V režime externého napájania, kolík GND na DS18B20 nemôže zostať plávajúci, inak sa teplota nedá prepočítať a odčítaná teplota je vždy 85°C.
Metóda externého napájania je najlepšou pracovnou metódou snímača DS18B20. Práca je stabilná a spoľahlivá, schopnosť proti rušeniu je silná, a obvod je pomerne jednoduchý, takže je možné vyvinúť stabilný a spoľahlivý viacbodový systém monitorovania teploty. Správca webu odporúča pri vývoji použiť externý zdroj napájania. Veď predsa, je len o jeden vodič VCC viac ako parazitný napájací zdroj. V režime externého napájania, možno naplno využiť výhody širokého rozsahu napájacieho napätia DS18B20. Aj keď napájacie napätie VCC klesne na 3V, presnosť merania teploty môže byť stále zaručená.
6. Preventívne opatrenia pri používaní DS1820
Hoci DS1820 má výhody jednoduchého systému merania teploty, presnosť merania vysokej teploty, pohodlné pripojenie, a zaberá menej liniek rozhrania, pri praktických aplikáciách by sa mala venovať pozornosť aj nasledujúcim otázkam:
6.1. Malá hardvérová réžia vyžaduje na kompenzáciu relatívne zložitý softvér. Keďže medzi DS1820 a mikroprocesorom sa používa sériový prenos dát, pri čítaní a zápise programovania do DS1820, musí byť prísne zaručené načasovanie čítania a zápisu, inak sa výsledky merania teploty neodčítajú. Pri používaní jazykov na vysokej úrovni, ako sú PL/M a C na programovanie systému, najlepšie je použiť assembler na implementáciu operačnej časti DS1820.
6.2. Príslušné informácie o DS1820 neuvádzajú počet DS1820 pripojených k jednej zbernici, čo môže ľudí ľahko viesť k tomu, že sa mylne domnievajú, že je možné pripojiť ľubovoľný počet DS1820. V praktických aplikáciách to tak nie je. Keď je viac ako 8 DS1820 na jednej zbernici, je potrebné vyriešiť problém ovládača zbernice mikroprocesora. Tento bod by sa mal venovať pozornosť pri navrhovaní viacbodového systému merania teploty.
6.3. Kábel zbernice pripojený k DS1820 má obmedzenie dĺžky. Počas testu, keď dĺžka prenosu presahuje 50 m pomocou bežných signálnych káblov, v načítaných údajoch o meraní teploty sa vyskytnú chyby. Keď sa kábel zbernice zmení na tienený krútený pár, bežná komunikačná vzdialenosť môže dosiahnuť 150 m. Keď sa používa tienený krútený pár s väčším počtom zákrutov na meter, bežná komunikačná vzdialenosť sa ďalej predlžuje. Táto situácia je spôsobená hlavne skreslením tvaru vlny signálu, ktoré spôsobuje rozložená kapacita zbernice. Preto, pri navrhovaní systému diaľkového merania teploty pomocou DS1820, musia sa plne zvážiť problémy s rozmiestnenou kapacitou a impedanciou zbernice.
6.4. V dizajne programu merania teploty DS1820, po odoslaní príkazu na konverziu teploty do DS1820, program vždy čaká na spätný signál z DS1820. Keď má DS1820 slabý kontakt alebo je odpojený, keď program načíta DS1820, nebude žiadny spätný signál a program vstúpi do nekonečnej slučky. Tomuto bodu by sa mala venovať istá pozornosť pri pripájaní hardvéru DS1820 a návrhu softvéru. Odporúča sa, aby kábel na meranie teploty bol tienený 4-žilovým krúteným párom. Jeden pár vodičov je pripojený k uzemňovaciemu vodiču a signálnemu vodiču, druhá skupina je pripojená k VCC a uzemňovaciemu vodiču, a tieniaca vrstva je uzemnená v jedinom bode na konci zdroja.