DALLAS Ds18b20 сонда за температурен сензор

Има много видове сензори, и температурният сензор DS18B20, произведен от DALLAS, е най-добрият, когато се използва в приложения с висока точност и надеждност. Изключително малък размер, ултраниски хардуерни разходи, силна способност против смущения, висока точност, и силните допълнителни функции правят сензора DS18B20 по-популярен. Предимствата на сензора DS18B20 са нашият най-добър избор за изучаване на микроконтролерна технология и разработване на малки продукти, свързани с температурата. Разбирането на работните принципи и приложения може да разшири вашите идеи за разработване на микроконтролери.

Характеристики на сензор DS18B20
1. Комуникацията използва 1-Wire интерфейс
2. Всеки сензор DS18B20 има уникален 64-битов сериен код, съхранен във вградената ROM памет.
3. Не са необходими външни компоненти
4. Може да се захранва от линията за данни, и диапазонът на захранване е 3.0V ~ 5.5V.
5. Измеримият температурен диапазон е -55 ℃ ~ +125 ℃
6. Точността е ±0.5℃ в диапазона от -10~+85℃
7. Разделителната способност на термометъра може да бъде зададена на 9~12 бита. При 12 битове, разделителната способност съответства на 0,0625 ℃.

Типични методи за свързване на сензор DS18B20 в практически приложения
1. Типичен метод на свързване при работа при паразитно захранване
Време за единичен автобус
Сензорът DS18B20 използва 1-проводна шина за предаване на всички данни по една линия, така че едножичният протокол има много строги изисквания за времето, за да се гарантира целостта на данните.
Типове сигнали за единична шина: импулс за нулиране, пулс на присъствие, пишете 0, пишете 1, прочети 0, прочети 1. Всички тези сигнали с изключение на импулса за присъствие, изпратен от DS18B20, други сигнали се изпращат от контролера на шината.
Трансферът на данни винаги започва с най-малкия бит.

Време за инициализация
Последователността на инициализация включва нулиране на сензора DS18B20 и получаване на сигнала за присъствие, върнат от DS18B20.

Хостът трябва да го инициализира преди всяка комуникация със сензор DS18B20. По време на инициализация, контролерът на шината дърпа шината ниско и я държи повече от 480us. Устройството, което виси в автобуса, ще бъде нулирано, след това пуснете автобуса, изчакайте до 15-60us, по което време 18B20 ще върне сигнал за присъствие с ниско ниво между 60-240us.

Нулирайте времедиаграмата на импулса и импулса за присъствие:
Верига за приложение на сензор DS18B20 Системата за измерване на температура DS18B20 има предимствата на проста система за измерване на температура, висока точност на измерване на температурата, удобна връзка, и заема по-малко интерфейсни линии. Следва електрическата схема за измерване на температурата на сензор DS18B20 в няколко различни режима на приложение:
5.1. Електрическата схема на режима на паразитно захранване на сензора DS18B20 е показана на фигура 4. В режим на паразитно захранване, DS18B20 черпи енергия от еднопроводната сигнална линия: енергията се съхранява във вътрешния кондензатор, докато сигналната линия DQ е на високо ниво. Когато сигналната линия е на ниско ниво, той консумира мощността на кондензатора, за да работи, и след това зарежда паразитното захранване (кондензатор) докато достигне високото ниво.
Уникалният метод за паразитно захранване има три предимства:
1) При извършване на дистанционно измерване на температурата, не е необходимо локално захранване
2) ROM може да се чете без редовно захранване
3) Схемата е по-проста, използвайки само един I/O порт за измерване на температурата.
За сензора DS18B20 за извършване на точни температурни преобразувания, I/O линиите трябва да осигурят достатъчно енергия по време на температурното преобразуване. Тъй като работният ток на всеки сензор DS18B20 достига 1mA по време на преобразуване на температурата, когато няколко сензора са окачени на една и съща I/O линия за многоточково измерване на температурата, 4.7K издърпващ резистор сам по себе си не може да осигури достатъчно енергия. Това ще доведе до невъзможност за преобразуване на температурата или температурната грешка ще бъде изключително голяма.
Следователно, веригата на фигура 4 е подходящ само за използване при измерване на температура с един температурен сензор и не е подходящ за използване в системи, захранвани от батерии. И работещото захранване VCC трябва да е гарантирано, че е 5V. Когато захранващото напрежение падне, намалява и енергията, която паразитното захранване може да черпи, което ще увеличи температурната грешка.
5.2. DS18B20 паразитно захранване Диаграма на режим на захранване със силно изтегляне Подобреният режим на паразитно захранване е показан на фигура 5. За да може сензорът DS18B20 да получи достатъчно захранване с ток по време на динамичния цикъл на преобразуване, когато извършвате преобразуване на температурата или копирате в операция с памет E2, използването на MOSFET за директно изтегляне на I/O линията към VCC може да осигури достатъчен ток. I/O линията трябва да бъде прехвърлена към състояние на силно изтегляне в рамките на максимум 10 μS след подаване на каквато и да е команда, включваща копиране в памет E2 или започване на преобразуване на температурата. Силният режим на издърпване може да реши проблема с повреда в захранването, така че е подходящ и за многоточкови приложения за измерване на температура. Недостатъкът е, че заема още една I/O портова линия за силно издърпващо превключване.
Забележка: В режим на паразитно захранване от фиг 4 и фигура 5, щифтът VDD на сензора DS18B20 трябва да бъде свързан към маса.

Сноп кабели за цифров температурен сензор DALLAS

Сензорна сонда ds18b20 + кабел

Сноп конектори за цифров сензор Ds18b20

5.3. Режим на външно захранване на сензор DS18B20

В режим на външно захранване, работното захранване на сензора DS18B20 е свързано към щифта VDD. По това време, I/O линията не се нуждае от силно издърпване, и няма проблем с недостатъчен захранващ ток, което може да гарантира точността на преобразуването. В същото време, произволен брой сензори DS18B20 теоретично могат да бъдат свързани към шината, за да образуват многоточкова система за измерване на температурата. Забележка: В режим на външно захранване, щифтът GND на DS18B20 не може да бъде оставен плаващ, в противен случай температурата не може да бъде преобразувана и отчетената температура винаги е 85°C.
Методът на външно захранване е най-добрият метод за работа на сензора DS18B20. Работата е стабилна и надеждна, способността против смущения е силна, и веригата е сравнително проста, така че може да се разработи стабилна и надеждна многоточкова система за мониторинг на температурата. Уеб администраторът препоръчва да използвате външно захранване по време на разработката. Все пак, има само още един VCC проводник от паразитното захранване. В режим на външно захранване, предимствата на широкия диапазон на захранващото напрежение на DS18B20 могат да бъдат напълно използвани. Дори ако захранващото напрежение VCC падне до 3V, точността на измерване на температурата все още може да бъде гарантирана.
6. Предпазни мерки при използване на DS1820
Въпреки че DS1820 има предимствата на проста система за измерване на температурата, висока точност на измерване на температурата, удобна връзка, и заема по-малко интерфейсни линии, на следните проблеми също трябва да се обърне внимание в практическите приложения:
6.1. Малките хардуерни разходи изискват относително сложен софтуер за компенсиране. Тъй като се използва серийно предаване на данни между DS1820 и микропроцесора, при четене и запис на програмиране към DS1820, времето за четене и писане трябва да бъде строго гарантирано, в противен случай резултатите от измерването на температурата няма да бъдат разчетени. Когато използвате езици от високо ниво като PL/M и C за системно програмиране, най-добре е да използвате асемблер за изпълнение на операционната част DS1820.
6.2. Съответната информация за DS1820 не споменава броя на DS1820, свързани към една шина, което лесно може да накара хората погрешно да вярват, че произволен брой DS1820 могат да бъдат свързани. В практическите приложения това не е така. Когато има повече от 8 DS1820 на една шина, проблемът с драйвера на автобуса на микропроцесора трябва да бъде решен. Тази точка трябва да се обърне внимание при проектирането на многоточкова система за измерване на температурата.
6.3. Шиновият кабел, свързан към DS1820, има ограничение на дължината. По време на теста, когато дължината на предаване надвишава 50 m при използване на обикновени сигнални кабели, ще възникнат грешки в прочетените данни за измерване на температурата. Когато шинният кабел се смени с екраниран кабел с усукана двойка, нормалното разстояние за комуникация може да достигне 150 метра. Когато се използва екраниран кабел с усукана двойка с повече усуквания на метър, нормалното комуникационно разстояние се удължава допълнително. Тази ситуация се причинява главно от изкривяването на формата на вълната на сигнала, причинено от разпределения капацитет на шината. Следователно, при проектиране на система за измерване на температурата на дълги разстояния с помощта на DS1820, проблемите с капацитета и съвпадението на импеданса, разпределени по шината, трябва да бъдат напълно взети предвид.
6.4. В дизайна на програмата за измерване на температурата DS1820, след изпращане на команда за преобразуване на температура към DS1820, програмата винаги чака обратния сигнал от DS1820. След като DS1820 има лош контакт или е изключен, когато програмата чете DS1820, няма да има обратен сигнал и програмата ще влезе в безкраен цикъл. На тази точка също трябва да се обърне известно внимание при извършване на хардуерно свързване на DS1820 и проектиране на софтуер. Препоръчва се кабелът за измерване на температурата да бъде екраниран 4-жилен усукана двойка. Една двойка проводници е свързана към заземяващия проводник и сигналния проводник, другата група е свързана към VCC и заземяващ проводник, и екраниращият слой е заземен в една точка в края на източника.