Đầu dò cảm biến nhiệt độ DALLAS Ds18b20

Có nhiều loại cảm biến, và cảm biến nhiệt độ DS18B20 do DALLAS sản xuất là tốt nhất khi sử dụng trong các ứng dụng có độ chính xác và độ tin cậy cao. Kích thước siêu nhỏ, chi phí phần cứng cực thấp, khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, độ chính xác cao, và các chức năng bổ sung mạnh mẽ làm cho cảm biến DS18B20 trở nên phổ biến hơn. Ưu điểm của cảm biến DS18B20 là sự lựa chọn tốt nhất của chúng tôi để tìm hiểu công nghệ vi điều khiển và phát triển các sản phẩm nhỏ liên quan đến nhiệt độ. Hiểu các nguyên tắc làm việc và ứng dụng có thể mở rộng ý tưởng của bạn để phát triển bộ vi điều khiển.

Tính năng của cảm biến DS18B20
1. Giao tiếp sử dụng giao diện 1-Wire
2. Mỗi cảm biến DS18B20 có một mã nối tiếp 64 bit duy nhất được lưu trong ROM trên bo mạch.
3. Không cần thành phần bên ngoài
4. Nó có thể được cấp nguồn từ dòng dữ liệu, và phạm vi cung cấp điện là 3.0V ~ 5.5V.
5. Phạm vi nhiệt độ có thể đo được là -55oC ~ +125oC
6. Độ chính xác là ± 0,5oC trong phạm vi -10 ~ + 85oC
7. Độ phân giải nhiệt kế có thể được đặt thành 9 ~ 12 bit. Tại 12 bit, độ phân giải tương ứng với 0,0625oC.

3. Các phương pháp kết nối điển hình của cảm biến DS18B20 trong ứng dụng thực tế
   1. Phương pháp kết nối điển hình khi làm việc dưới nguồn điện ký sinh
4. Thời gian xe buýt đơn
   Cảm biến DS18B20 sử dụng Bus 1 dây để truyền tất cả dữ liệu trên một đường, vì vậy giao thức một dây có yêu cầu rất nghiêm ngặt về thời gian để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu.
   Các loại tín hiệu bus đơn: Đặt lại xung, xung hiện diện, viết 0, viết 1, đọc 0, đọc 1. Tất cả các tín hiệu này ngoại trừ xung hiện diện được gửi bởi DS18B20, các tín hiệu khác được gửi bởi bộ điều khiển xe buýt.
   Truyền dữ liệu luôn bắt đầu với bit ít quan trọng nhất.

Thời gian khởi tạo
Trình tự khởi tạo bao gồm việc đặt lại cảm biến DS18B20 và nhận tín hiệu hiện diện do DS18B20 trả về.

Máy chủ cần khởi tạo nó trước khi giao tiếp với cảm biến DS18B20. Trong quá trình khởi tạo, bộ điều khiển xe buýt kéo xe buýt xuống thấp và giữ nó trong hơn 480us. Thiết bị treo trên xe buýt sẽ được reset, sau đó thả xe buýt, đợi đến 15-60us, lúc đó 18B20 sẽ trả về tín hiệu hiện diện ở mức độ thấp trong khoảng 60-240us.

Đặt lại sơ đồ thời gian xung và hiện diện xung:
Mạch ứng dụng cảm biến DS18B20 Hệ thống đo nhiệt độ DS18B20 có ưu điểm là hệ thống đo nhiệt độ đơn giản, độ chính xác đo nhiệt độ cao, kết nối thuận tiện, và chiếm ít dòng giao diện hơn. Sau đây là sơ đồ mạch đo nhiệt độ của cảm biến DS18B20 ở một số chế độ ứng dụng khác nhau:
5.1. Sơ đồ mạch của chế độ cấp nguồn ký sinh cảm biến DS18B20 được thể hiện trong hình 4. Ở chế độ cung cấp điện ký sinh, DS18B20 lấy năng lượng từ đường tín hiệu một dây: năng lượng được tích trữ trong tụ điện bên trong khi đường tín hiệu DQ ở mức cao. Khi đường tín hiệu ở mức thấp, nó tiêu tốn năng lượng trên tụ điện để hoạt động, và sau đó sạc nguồn điện ký sinh (tụ điện) cho đến khi đạt đến cấp độ cao.
Phương pháp cung cấp năng lượng ký sinh độc đáo có ba lợi ích:
1) Khi thực hiện đo nhiệt độ từ xa, không cần nguồn điện cục bộ
2) ROM có thể được đọc mà không cần nguồn điện thường xuyên
3) Mạch đơn giản hơn, chỉ sử dụng một cổng I/O để đo nhiệt độ.
Để cảm biến DS18B20 thực hiện chuyển đổi nhiệt độ chính xác, các đường I/O phải đảm bảo cung cấp đủ năng lượng trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ. Vì dòng điện hoạt động của mỗi cảm biến DS18B20 đạt 1mA trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ, khi nhiều cảm biến được treo trên cùng một đường I/O để đo nhiệt độ đa điểm, riêng điện trở kéo lên 4,7K không thể cung cấp đủ năng lượng. Nó sẽ khiến nhiệt độ không thể chuyển đổi hoặc sai số nhiệt độ cực lớn.
Vì thế, mạch trong hình 4 chỉ thích hợp để sử dụng trong đo nhiệt độ với một cảm biến nhiệt độ duy nhất và không phù hợp để sử dụng trong các hệ thống chạy bằng pin. Và nguồn điện làm việc VCC phải đảm bảo là 5V. Khi điện áp nguồn giảm, năng lượng mà nguồn điện ký sinh có thể rút ra cũng giảm, điều này sẽ làm tăng sai số nhiệt độ.
5.2. Sơ đồ mạch chế độ cung cấp điện ký sinh DS18B20 kéo lên mạnh Chế độ cung cấp điện ký sinh được cải tiến được thể hiện trong Hình 5. Để cảm biến DS18B20 có đủ nguồn cung cấp dòng điện trong chu kỳ chuyển đổi động, khi thực hiện chuyển đổi nhiệt độ hoặc sao chép vào hoạt động bộ nhớ E2, sử dụng MOSFET để kéo trực tiếp đường I/O đến VCC có thể cung cấp đủ dòng điện. Đường I/O phải được chuyển sang trạng thái kéo lên mạnh trong vòng tối đa 10 μS sau khi đưa ra bất kỳ lệnh nào liên quan đến việc sao chép vào bộ nhớ E2 hoặc bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ. Chế độ kéo lên mạnh có thể giải quyết vấn đề lỗi nguồn cung cấp hiện tại, vì vậy nó cũng thích hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ đa điểm. Nhược điểm là cần thêm một đường cổng I/O để chuyển mạch kéo lên mạnh.
Ghi chú: Ở chế độ cung cấp điện ký sinh của Hình 4 và Hình 5, chân VDD của cảm biến DS18B20 phải được nối đất.