โพรบเซ็นเซอร์อุณหภูมิ DALLAS DS18B20

เซนเซอร์มีหลายประเภท, และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ที่ผลิตโดย DALLAS จะดีที่สุดเมื่อใช้ในการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงและเชื่อถือได้สูง. ขนาดเล็กพิเศษ, ค่าใช้จ่ายฮาร์ดแวร์ต่ำเป็นพิเศษ, ความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงที่แข็งแกร่ง, ความแม่นยำสูง, และฟังก์ชันเพิ่มเติมที่แข็งแกร่งทำให้เซ็นเซอร์ DS18B20 ได้รับความนิยมมากขึ้น. ข้อดีของเซ็นเซอร์ DS18B20 คือตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการเรียนรู้เทคโนโลยีไมโครคอนโทรลเลอร์และพัฒนาผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ. การทำความเข้าใจหลักการการทำงานและแอปพลิเคชันสามารถขยายแนวคิดของคุณสำหรับการพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์.

คุณสมบัติของเซนเซอร์ DS18B20
1. การสื่อสารใช้อินเทอร์เฟซ 1-Wire
2. เซ็นเซอร์ DS18B20 แต่ละตัวมีรหัสซีเรียล 64 บิตที่ไม่ซ้ำกันจัดเก็บไว้ใน ROM ออนบอร์ด.
3. ไม่จำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบภายนอก
4. สามารถขับเคลื่อนจากสายข้อมูลได้, และช่วงแหล่งจ่ายไฟคือ 3.0V ~ 5.5V.
5. ช่วงอุณหภูมิที่วัดได้คือ -55°C ~ +125°C
6. ความแม่นยำคือ ±0.5°C ในช่วง -10~+85°C
7. ความละเอียดของเทอร์โมมิเตอร์สามารถตั้งค่าเป็น 9~12 บิต. ที่ 12 บิต, ความละเอียดสอดคล้องกับ 0.0625 ℃.

วิธีการเชื่อมต่อทั่วไปของเซ็นเซอร์ DS18B20 ในการใช้งานจริง
1. วิธีการเชื่อมต่อทั่วไปเมื่อทำงานภายใต้แหล่งจ่ายไฟแบบปรสิต
เวลารถบัสเดี่ยว
เซ็นเซอร์ DS18B20 ใช้บัส 1 สายเพื่อส่งข้อมูลทั้งหมดบนบรรทัดเดียว, ดังนั้นโปรโตคอลแบบสายเดี่ยวจึงมีข้อกำหนดด้านเวลาที่เข้มงวดมากเพื่อรับรองความสมบูรณ์ของข้อมูล.
ประเภทสัญญาณบัสเดี่ยว: รีเซ็ตชีพจร, ชีพจรแสดงตน, เขียน 0, เขียน 1, อ่าน 0, อ่าน 1. สัญญาณทั้งหมดเหล่านี้ ยกเว้นพัลส์การแสดงตนที่ส่งโดย DS18B20, สัญญาณอื่นๆ จะถูกส่งโดยตัวควบคุมบัส.
การถ่ายโอนข้อมูลจะเริ่มต้นด้วยบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดเสมอ.

ระยะเวลาในการเริ่มต้น
ลำดับการเริ่มต้นประกอบด้วยการรีเซ็ตเซ็นเซอร์ DS18B20 และการรับสัญญาณการแสดงตนที่ส่งกลับโดย DS18B20.

โฮสต์จำเป็นต้องเริ่มต้นก่อนที่จะสื่อสารกับเซ็นเซอร์ DS18B20. ระหว่างการเริ่มต้น, ตัวควบคุมบัสจะดึงบัสให้ต่ำและถือไว้นานกว่า 480us. อุปกรณ์ที่แขวนอยู่บนรถบัสจะถูกรีเซ็ต, แล้วปล่อยรถบัส, รอจนถึง 15-60us, ซึ่งในเวลานั้น 18B20 จะส่งคืนสัญญาณการแสดงตนระดับต่ำระหว่าง 60-240us.

รีเซ็ตไดอะแกรมจังหวะพัลส์และการมีอยู่ของพัลส์:
วงจรการใช้งานเซ็นเซอร์ DS18B20 ระบบวัดอุณหภูมิ DS18B20 มีข้อดีของระบบวัดอุณหภูมิอย่างง่าย, ความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิสูง, การเชื่อมต่อที่สะดวก, และใช้เส้นอินเทอร์เฟซน้อยลง. ต่อไปนี้เป็นแผนภาพวงจรวัดอุณหภูมิของเซ็นเซอร์ DS18B20 ในโหมดการใช้งานต่างๆ มากมาย:
5.1. แผนภาพวงจรของโหมดจ่ายไฟปรสิตเซ็นเซอร์ DS18B20 แสดงในรูป 4. ในโหมดจ่ายไฟปรสิต, DS18B20 ดึงพลังงานจากสายสัญญาณแบบสายเดี่ยว: พลังงานจะถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุภายในในขณะที่สายสัญญาณ DQ อยู่ในระดับสูง. เมื่อสายสัญญาณอยู่ในระดับต่ำ, มันสิ้นเปลืองพลังงานของตัวเก็บประจุในการทำงาน, แล้วชาร์จแหล่งจ่ายไฟของปรสิต (ตัวเก็บประจุ) จนกระทั่งถึงระดับสูง.
วิธีการจ่ายไฟปรสิตที่เป็นเอกลักษณ์มีคุณประโยชน์สามประการ:
1) เมื่อทำการวัดอุณหภูมิระยะไกล, ไม่จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟภายในเครื่อง
2) ROM สามารถอ่านได้โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟปกติ
3) วงจรนั้นง่ายกว่า, ใช้พอร์ต I/O เพียงพอร์ตเดียวในการวัดอุณหภูมิ.
เพื่อให้เซ็นเซอร์ DS18B20 ทำการแปลงอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ, เส้น I/O ต้องแน่ใจว่ามีพลังงานเพียงพอในระหว่างการแปลงอุณหภูมิ. เนื่องจากกระแสไฟฟ้าในการทำงานของเซ็นเซอร์ DS18B20 แต่ละตัวถึง 1mA ในระหว่างการแปลงอุณหภูมิ, เมื่อเซ็นเซอร์หลายตัวแขวนอยู่บนเส้น I/O เดียวกันสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบหลายจุด, ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น 4.7K เพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้พลังงานเพียงพอ. จะทำให้อุณหภูมิไม่สามารถแปลงได้หรือข้อผิดพลาดของอุณหภูมิมีขนาดใหญ่มาก.
ดังนั้น, วงจรในรูป 4 เหมาะสำหรับใช้วัดอุณหภูมิด้วยเซนเซอร์วัดอุณหภูมิตัวเดียวเท่านั้นและไม่เหมาะสำหรับใช้ในระบบที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่. และแหล่งจ่ายไฟที่ใช้งานได้ VCC จะต้องรับประกันเป็น 5V. เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟลดลง, พลังงานที่แหล่งพลังงานของปรสิตสามารถดึงออกมาก็ลดลงเช่นกัน, ซึ่งจะเพิ่มข้อผิดพลาดของอุณหภูมิ.
5.2. DS18B20 parasitic แหล่งจ่ายไฟ strong pull-up แหล่งจ่ายไฟโหมดแผนภาพวงจร The ปรับปรุง parasitic แหล่งจ่ายไฟโหมดแสดงในรูป 5. เพื่อให้เซ็นเซอร์ DS18B20 ได้รับการจ่ายกระแสไฟฟ้าเพียงพอในระหว่างรอบการแปลงแบบไดนามิก, เมื่อทำการแปลงอุณหภูมิหรือคัดลอกไปยังการทำงานของหน่วยความจำ E2, การใช้ MOSFET เพื่อดึงสาย I/O ไปยัง VCC โดยตรงสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอ. เส้น I/O จะต้องเปลี่ยนไปเป็นสถานะดึงขึ้นอย่างเข้มงวดภายในระยะสูงสุด 10 μS หลังจากออกคำสั่งใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการคัดลอกไปยังหน่วยความจำ E2 หรือการเริ่มต้นการแปลงอุณหภูมิ. โหมดดึงขึ้นที่แข็งแกร่งสามารถแก้ปัญหาความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟในปัจจุบันได้, ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการใช้งานวัดอุณหภูมิแบบหลายจุดด้วย. ข้อเสียคือต้องใช้พอร์ต I/O เพิ่มอีก 1 เส้นเพื่อการสลับแบบดึงขึ้นที่แข็งแกร่ง.
บันทึก: ในโหมดจ่ายไฟปรสิตของรูปที่ 4 และรูป 5, พิน VDD ของเซ็นเซอร์ DS18B20 ต้องเชื่อมต่อกับกราวด์.

ชุดสายไฟเซ็นเซอร์เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอลดัลลัส

เซ็นเซอร์โพรบ Ds18b20 + สายเคเบิล

ชุดสายรัดขั้วต่อเซ็นเซอร์ดิจิตอล Ds18b20

5.3. โหมดแหล่งจ่ายไฟภายนอกของเซ็นเซอร์ DS18B20

ในโหมดแหล่งจ่ายไฟภายนอก, แหล่งจ่ายไฟทำงานของเซ็นเซอร์ DS18B20 เชื่อมต่อกับพิน VDD. ในเวลานี้, สาย I/O ไม่จำเป็นต้องมีการดึงขึ้นอย่างแรง, และไม่มีปัญหากระแสไฟจ่ายไม่เพียงพอ, ซึ่งสามารถรับประกันความถูกต้องของการแปลง. ในเวลาเดียวกัน, ในทางทฤษฎีสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ DS18B20 จำนวนเท่าใดก็ได้เข้ากับบัสเพื่อสร้างระบบวัดอุณหภูมิแบบหลายจุด. บันทึก: ในโหมดจ่ายไฟภายนอก, ขา GND ของ DS18B20 ไม่สามารถปล่อยลอยได้, มิฉะนั้นจะไม่สามารถแปลงอุณหภูมิได้และอุณหภูมิที่อ่านได้จะเป็น 85°C เสมอ.
วิธีการจ่ายไฟภายนอกเป็นวิธีการทำงานที่ดีที่สุดของเซ็นเซอร์ DS18B20. งานมีความมั่นคงและเชื่อถือได้, ความสามารถในการป้องกันการรบกวนมีความแข็งแรง, และวงจรก็ค่อนข้างง่าย, จึงสามารถพัฒนาระบบตรวจสอบอุณหภูมิแบบหลายจุดที่มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้. เว็บมาสเตอร์แนะนำให้คุณใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกในระหว่างการพัฒนา. หลังจากทั้งหมด, มีตะกั่ว VCC เพียงตัวเดียวมากกว่าแหล่งจ่ายไฟปรสิต. ในโหมดแหล่งจ่ายไฟภายนอก, ข้อดีของช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างของ DS18B20 สามารถใช้งานได้อย่างเต็มที่. แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ VCC จะลดลงเหลือ 3V, ยังคงสามารถรับประกันความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิได้.
6. ข้อควรระวังเมื่อใช้ DS1820
แม้ว่า DS1820 จะมีข้อดีของระบบวัดอุณหภูมิแบบธรรมดาก็ตาม, ความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิสูง, การเชื่อมต่อที่สะดวก, และใช้เส้นอินเทอร์เฟซน้อยลง, ควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้ในการใช้งานจริงด้วย:
6.1. ค่าใช้จ่ายด้านฮาร์ดแวร์เล็กน้อยต้องใช้ซอฟต์แวร์ที่ค่อนข้างซับซ้อนเพื่อชดเชย. เนื่องจากการส่งข้อมูลแบบอนุกรมจะใช้ระหว่าง DS1820 และไมโครโปรเซสเซอร์, เมื่ออ่านและเขียนโปรแกรมลงใน DS1820, จะต้องรับประกันระยะเวลาการอ่านและการเขียนอย่างเคร่งครัด, มิฉะนั้นจะไม่สามารถอ่านผลการวัดอุณหภูมิได้. เมื่อใช้ภาษาระดับสูง เช่น PL/M และ C สำหรับการเขียนโปรแกรมระบบ, ควรใช้ภาษาแอสเซมบลีเพื่อใช้งานส่วนการทำงานของ DS1820.
6.2. ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับ DS1820 ไม่ได้กล่าวถึงจำนวน DS1820 ที่เชื่อมต่อกับบัสเดียว, ซึ่งอาจทำให้คนเข้าใจผิดได้ง่ายว่าสามารถเชื่อมต่อ DS1820 จำนวนเท่าใดก็ได้. ในการใช้งานจริงไม่เป็นเช่นนั้น. เมื่อมีมากกว่า. 8 DS1820s บนบัสเดียว, ต้องแก้ไขปัญหาไดรเวอร์บัสของไมโครโปรเซสเซอร์. ควรคำนึงถึงประเด็นนี้เมื่อออกแบบระบบวัดอุณหภูมิแบบหลายจุด.
6.3. สายเคเบิลบัสที่เชื่อมต่อกับ DS1820 มีความยาวจำกัด. ในระหว่างการทดสอบ, เมื่อความยาวการส่งข้อมูลเกิน 50 ม. โดยใช้สายสัญญาณธรรมดา, ข้อผิดพลาดจะเกิดขึ้นในการอ่านข้อมูลการวัดอุณหภูมิ. เมื่อเปลี่ยนสายเคเบิลบัสเป็นสายเคเบิลหุ้มฉนวนคู่บิดเกลียว, ระยะการสื่อสารปกติสามารถเข้าถึง 150m. เมื่อใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนคู่บิดเกลียวที่มีการบิดมากกว่าต่อเมตร, ระยะการสื่อสารปกติจะยาวขึ้นอีก. สถานการณ์นี้ส่วนใหญ่เกิดจากการบิดเบือนของรูปคลื่นสัญญาณที่เกิดจากความจุแบบกระจายบัส. ดังนั้น, เมื่อออกแบบระบบวัดอุณหภูมิระยะไกลโดยใช้ DS1820, จะต้องพิจารณาปัญหาการจับคู่ความจุและอิมพีแดนซ์แบบกระจายของบัสอย่างละเอียด.
6.4. ในการออกแบบโปรแกรมวัดอุณหภูมิ DS1820, หลังจากส่งคำสั่งแปลงอุณหภูมิไปที่ DS1820 แล้ว, โปรแกรมจะรอสัญญาณกลับจาก DS1820 เสมอ. เมื่อ DS1820 มีการสัมผัสไม่ดีหรือถูกตัดการเชื่อมต่อ, เมื่อโปรแกรมอ่านค่า DS1820, จะไม่มีสัญญาณย้อนกลับ และโปรแกรมจะเข้าสู่วงวนไม่สิ้นสุด. ประเด็นนี้ควรได้รับการพิจารณาเมื่อทำการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ DS1820 และการออกแบบซอฟต์แวร์. ขอแนะนำให้หุ้มสายวัดอุณหภูมิแบบหุ้มฉนวน 4 แกนคู่บิดเกลียว. สายไฟหนึ่งคู่เชื่อมต่อกับสายกราวด์และสายสัญญาณ, อีกกลุ่มหนึ่งเชื่อมต่อกับ VCC และสายกราวด์, และชั้นป้องกันจะต่อสายดินที่จุดเดียวที่ปลายแหล่งที่มา.