Sondo temperaturnega senzorja Dallas DS18B20

Obstaja veliko vrst senzorjev, in temperaturni senzor DS18B20, ki ga proizvaja DALLAS, je najboljši pri uporabi v aplikacijah z visoko natančnostjo in visoko zanesljivostjo.. Ultra-majhna velikost, Ultra nizka strojna oprema nad glavo, Močna sposobnost proti interferenci, visoka natančnost, in močne dodatne funkcije naredijo senzor DS18B20 bolj priljubljen. Prednosti senzorja DS18B20 so naša najboljša izbira za učenje tehnologije mikrokrmilnikov in razvoj majhnih izdelkov, povezanih s temperaturo.. Razumevanje delovnih načel in aplikacij lahko razširi vaše ideje za razvoj mikrokontrolerja.

Lastnosti senzorja DS18B20
1. Komunikacija uporablja vmesnik 1-Wire
2. Vsak senzor DS18B20 ima edinstveno 64-bitno serijsko kodo, shranjeno v vgrajenem ROM-u.
3. Zunanje komponente niso potrebne
4. Lahko se napaja iz podatkovne linije, in obseg napajanja je 3,0 V ~ 5,5 V.
5. Merljivo temperaturno območje je -55 ℃ ~ +125 ℃
6. Natančnost je ±0,5 ℃ v območju -10~+85 ℃
7. Ločljivost termometra je mogoče nastaviti na 9~12 bitov. pri 12 koščki, ločljivost ustreza 0,0625 ℃.

Tipični načini povezovanja senzorja DS18B20 v praktičnih aplikacijah
1. Tipičen način povezave pri delu pod parazitskim napajanjem
Časovni razpored posameznega avtobusa
Senzor DS18B20 uporablja 1-wire Bus za prenos vseh podatkov po eni liniji, zato ima enožični protokol zelo stroge časovne zahteve za zagotovitev celovitosti podatkov.
Vrste signalov z enim vodilom: ponastavite impulz, utrip prisotnosti, pisati 0, pisati 1, branje 0, branje 1. Vsi ti signali razen impulza prisotnosti, ki ga pošilja DS18B20, druge signale pošilja krmilnik vodila.
Prenos podatkov se vedno začne z najmanj pomembnim bitom.

Čas inicializacije
Zaporedje inicializacije vključuje ponastavitev senzorja DS18B20 in sprejem signala prisotnosti, ki ga vrne DS18B20.

Gostitelj ga mora inicializirati pred kakršno koli komunikacijo s senzorjem DS18B20. Med inicializacijo, krmilnik vodila potegne vodilo nizko in ga drži več kot 480us. Naprava, ki visi na avtobusu, bo ponastavljena, nato spustite avtobus, počakaj do 15-60us, takrat bo 18B20 vrnil signal prisotnosti nizke ravni med 60-240us.

Ponastavite časovni diagram impulza in prisotnosti:
Aplikacijsko vezje senzorja DS18B20 Sistem za merjenje temperature DS18B20 ima prednosti preprostega sistema za merjenje temperature, Natančnost merjenja visoke temperature, priročna povezava, in zavzame manj vmesniških linij. Sledi diagram vezja za merjenje temperature senzorja DS18B20 v več različnih načinih uporabe:
5.1. Diagram vezja parazitskega načina napajanja senzorja DS18B20 je prikazan na sliki 4. V načinu parazitskega napajanja, DS18B20 črpa energijo iz enožične signalne linije: energija je shranjena v notranjem kondenzatorju, medtem ko je signalna linija DQ na visoki ravni. Ko je signalna linija na nizki ravni, za delovanje porabi moč na kondenzatorju, in nato napolni parazitsko napajanje (kondenzator) dokler ne pride visoka raven.
Edinstvena metoda parazitskega napajanja ima tri prednosti:
1) Pri izvajanju daljinskega merjenja temperature, lokalno napajanje ni potrebno
2) ROM se lahko bere brez rednega napajanja
3) Vezje je preprostejše, z uporabo samo enega V/I priključka za merjenje temperature.
Za senzor DS18B20, ki omogoča natančne pretvorbe temperature, V/I linije morajo zagotavljati zadostno količino energije med pretvorbo temperature. Ker delovni tok vsakega senzorja DS18B20 med pretvorbo temperature doseže 1mA, ko je več senzorjev obešenih na isto I/O linijo za večtočkovno merjenje temperature, samo 4,7K pull-up upor ne more zagotoviti dovolj energije. To bo povzročilo, da temperature ne bo mogoče pretvoriti ali pa bo temperaturna napaka izjemno velika.
Zato, vezje na sliki 4 je primeren le za uporabo pri merjenju temperature z enim temperaturnim senzorjem in ni primeren za uporabo v sistemih z baterijskim napajanjem. Zagotovljeno mora biti delovno napajanje VCC 5V. Ko napajalna napetost pade, zmanjša se tudi energija, ki jo parazitski napajalnik lahko črpa, kar bo povečalo temperaturno napako.
5.2. DS18B20 parazitski napajalnik Diagram vezja načina močnega vlečnega napajanja Izboljšan parazitski način napajanja je prikazan na sliki 5. Da bi senzor DS18B20 med ciklom dinamične pretvorbe pridobil zadostno napajanje toka, ko izvajate pretvorbo temperature ali kopirate v operacijo pomnilnika E2, uporaba MOSFET-a za neposredno vlečenje I/O linije do VCC lahko zagotovi zadosten tok. V/I linijo je treba preklopiti v stanje močnega dviga v največ 10 μS po izdaji katerega koli ukaza, ki vključuje kopijo v pomnilnik E2 ali začetek pretvorbe temperature. Močan način vlečenja lahko reši problem izpada električnega toka, zato je primeren tudi za večtočkovno merjenje temperature. Pomanjkljivost je, da zavzame še eno linijo vrat I/O za močno preklapljanje navzgor.
Opomba: V parazitskem načinu napajanja na sliki 4 in slika 5, pin VDD senzorja DS18B20 mora biti priključen na maso.

Dallas digitalni temperaturni senzor ožičenja

Senzorska sonda Ds18b20 + kabel

Kabelski snop za digitalni senzor Ds18b20

5.3. Način zunanjega napajanja senzorja DS18B20

V načinu zunanjega napajanja, Delovno napajanje senzorja DS18B20 je priključeno na VDD pin. V tem času, V/I linija ne potrebuje močnega vlečenja navzgor, in ni problema z nezadostnim napajalnim tokom, ki lahko zagotovi natančnost pretvorbe. Hkrati, poljubno število senzorjev DS18B20 je teoretično mogoče povezati na vodilo, da tvorijo večtočkovni sistem za merjenje temperature. Opomba: V načinu zunanjega napajanja, zatiča GND DS18B20 ni mogoče pustiti pri miru, sicer temperature ni mogoče pretvoriti in odčitana temperatura je vedno 85 °C.
Metoda zunanjega napajanja je najboljša delovna metoda senzorja DS18B20. Delo je stabilno in zanesljivo, sposobnost proti motnjam je močna, in vezje je relativno preprosto, tako je mogoče razviti stabilen in zanesljiv večtočkovni sistem za spremljanje temperature. Spletni skrbnik priporoča, da med razvojem uporabljate zunanji napajalnik. Navsezadnje, obstaja le še en vod VCC več kot parazitni napajalnik. V načinu zunanjega napajanja, prednosti širokega razpona napajalne napetosti DS18B20 je mogoče v celoti izkoristiti. Tudi če napajalna napetost VCC pade na 3V, še vedno je mogoče zagotoviti natančnost merjenja temperature.
6. Varnostni ukrepi pri uporabi DS1820
Čeprav ima DS1820 prednosti preprostega sistema za merjenje temperature, Natančnost merjenja visoke temperature, priročna povezava, in zavzame manj vmesniških linij, pri praktični uporabi je treba posvetiti pozornost tudi naslednjim vprašanjem:
6.1. Majhni stroški strojne opreme zahtevajo razmeroma zapleteno programsko opremo za kompenzacijo. Ker se uporablja serijski prenos podatkov med DS1820 in mikroprocesorjem, pri branju in pisanju programiranja v DS1820, čas branja in pisanja mora biti strogo zagotovljen, sicer rezultati meritev temperature ne bodo prebrani. Pri uporabi jezikov visoke ravni, kot sta PL/M in C za sistemsko programiranje, najbolje je uporabiti zbirni jezik za izvedbo operacijskega dela DS1820.
6.2. Ustrezne informacije o DS1820 ne omenjajo števila DS1820, povezanih z enim vodilom, zaradi česar lahko ljudje zmotno verjamejo, da je mogoče povezati poljubno število DS1820. V praktičnih aplikacijah temu ni tako. Ko jih je več kot 8 DS1820 na enem vodilu, treba je rešiti problem gonilnika vodila mikroprocesorja. Na to točko je treba biti pozoren pri načrtovanju večtočkovnega sistema za merjenje temperature.
6.3. Kabel vodila, priključen na DS1820, ima omejitev dolžine. Med testom, ko dolžina prenosa presega 50 m z navadnimi signalnimi kabli, se bodo pojavile napake pri branju podatkov o meritvah temperature. Ko kabel vodila zamenjate z oklopljenim kablom s sukanim parom, običajna komunikacijska razdalja lahko doseže 150 m. Kadar se uporablja oklopljeni kabel s sukanim parom z več zavoji na meter, običajna komunikacijska razdalja se dodatno podaljša. To stanje je v glavnem posledica popačenja valovne oblike signala, ki ga povzroči porazdeljena kapacitivnost vodila. Zato, pri načrtovanju sistema za merjenje temperature na dolge razdalje z uporabo DS1820, je treba v celoti upoštevati vprašanja porazdeljene kapacitivnosti in impedance.
6.4. Pri zasnovi programa za merjenje temperature DS1820, po pošiljanju ukaza za pretvorbo temperature v DS1820, program vedno čaka na povratni signal iz DS1820. Ko ima DS1820 slab stik ali je odklopljen, ko program prebere DS1820, povratnega signala ne bo in program bo vstopil v neskončno zanko. Tej točki je treba posvetiti določeno pozornost tudi pri povezovanju strojne opreme DS1820 in načrtovanju programske opreme. Priporočljivo je, da je kabel za merjenje temperature oklopljen 4-žilni sukani par. En par žic je povezan z ozemljitveno žico in signalno žico, druga skupina je povezana z VCC in ozemljitveno žico, in zaščitna plast je ozemljena na eni točki na koncu vira.