DALLAS DS18b20 温度传感器探头

传感器有很多种类型, 而DALLAS生产的DS18B20温度传感器在高精度、高可靠性应用中是最好的. 超小尺寸, 超低硬件开销, 抗干扰能力强, 高精准度, 强大的附加功能让DS18B20传感器更受欢迎. DS18B20传感器的优点是我们学习单片机技术、开发温度相关小产品的最佳选择. 了解工作原理和应用可以拓宽您的单片机开发思路.

DS18B20传感器的特点
1. 通讯采用1-Wire接口
2. 每个 DS18B20 传感器都有一个唯一的 64 位串行代码，存储在板载 ROM 中.
3. 无需外部元件
4. 可以通过数据线供电, 供电范围3.0V~5.5V.
5. 可测量温度范围为-55℃～+125℃
6. -10~+85℃范围内精度为±0.5℃
7. 温度计分辨率可设置9~12位. 在 12 位, 分辨率对应0.0625℃.

DS18B20传感器在实际应用中的典型连接方法
1. 寄生电源工作时的典型连接方法
单总线时序
DS18B20传感器使用1-wire Bus在一根线上传输所有数据, 所以单线协议有非常严格的时序要求以保证数据完整性.
单总线信号类型: 复位脉冲, 存在脉冲, 写 0, 写 1, 读 0, 读 1. 除 DS18B20 发送的存在脉冲外的所有这些信号, 其他信号由总线控制器发送.
数据传输总是从最低有效位开始.

初始化时序
初始化序列包括重置DS18B20传感器和接收DS18B20返回的存在信号.

主机在与 DS18B20 传感器进行任何通信之前需要对其进行初始化. 初始化期间, 总线控制器将总线拉低并保持超过 480us. 挂在总线上的设备将会被重置, 然后释放总线, 等到15-60us, 此时18B20会返回60-240us之间的低电平存在信号.

复位脉冲和存在脉冲时序图:
DS18B20传感器应用电路 DS18B20测温系统具有简单测温系统的优点, 测温精度高, 连接方便, 并占用更少的接口线. 以下是DS18B20传感器在几种不同应用模式下的测温电路图:
5.1. DS18B20传感器寄生供电方式电路图如图所示 4. 寄生供电模式下, DS18B20 从单线信号线获取能量: 当信号线DQ处于高电平时，能量存储在内部电容中. 当信号线为低电平时, 它消耗电容器上的功率来工作, 然后给寄生电源充电 (电容器) 直到高层到来.
独特的寄生供电方式具有三大好处:
1) 进行远程温度测量时, 无需本地电源
2) 无需常规电源即可读取 ROM
3) 电路比较简单, 仅使用一个 I/O 端口来测量温度.
让 DS18B20 传感器执行精确的温度转换, I/O线必须确保在温度转换期间提供足够的能量. 由于温度转换期间每个 DS18B20 传感器的工作电流达到 1mA, 当多个传感器挂在同一条I/O线上进行多点温度测量时, 仅4.7K上拉电阻无法提供足够的能量. 会导致温度无法转换或温度误差极大.
所以, 图中电路 4 仅适合用于单个温度传感器的温度测量，不适合用于电池供电的系统. 并且工作电源VCC必须保证5V. 当电源电压下降时, 寄生电源可以吸取的能量也会减少, 这会增加温度误差.
5.2. DS18B20寄生电源强上拉供电方式电路图改进后的寄生供电方式如图 5. 为了让DS18B20传感器在动态转换周期内获得足够的电流供应, 当进行温度转换或复制到E2内存操作时, 使用MOSFET直接将I/O线拉至VCC可以提供足够的电流. I/O 线必须在最大时间内转换为强上拉状态 10 发出涉及复制到 E2 内存或启动温度转换的任何命令后的 μS. 强上拉模式可以解决电流供应失败的问题, 因此也适用于多点测温应用. 缺点是强上拉切换时多占用一根I/O口线.
笔记: 图寄生供电模式下 4 和图 5, DS18B20传感器的VDD引脚必须接地.

DALLAS 数字温度传感器线束

DS18b20传感器探头 + 电缆

DS18b20数字传感器连接器线束

5.3. DS18B20传感器外部供电方式

外部供电模式下, DS18B20传感器工作电源连接到VDD引脚. 此时, I/O线不需要强上拉, 并且不存在供电电流不足的问题, 可以保证转换的准确性. 同时, 理论上可以将任意数量的DS18B20传感器连接到总线上，组成多点测温系统. 笔记: 外部供电模式下, DS18B20的GND引脚不能悬空, 否则无法转换温度，读取的温度始终为85℃.
外部供电方式是DS18B20传感器的最佳工作方式. 工作稳定可靠, 抗干扰能力强, 而且电路也比较简单, 从而可以开发出稳定可靠的多点温度监测系统. 站长建议您开发时使用外接电源. 毕竟, 仅比寄生电源多一根VCC引线. 外部供电模式下, 充分发挥DS18B20电源电压范围宽的优点. 即使电源电压VCC降至3V, 测温精度还是可以保证的.
6. DS1820使用注意事项
虽然DS1820具有测温系统简单的优点, 测温精度高, 连接方便, 并占用更少的接口线, 实际应用中还应注意以下问题:
6.1. 较小的硬件开销需要相对复杂的软件来补偿. 由于DS1820与微处理器之间采用串行数据传输, 对 DS1820 进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果. 使用PL/M、C等高级语言进行系统编程时, DS1820的操作部分最好用汇编语言来实现.
6.2. DS1820的相关资料中没有提及单总线连接的DS1820的数量, 这很容易导致人们误认为可以连接任意数量的 DS1820. 实际应用中并非如此. 当有超过 8 单总线上的 DS1820, 需要解决微处理器的总线驱动问题. 设计多点测温系统时应注意这一点.
6.3. 连接到DS1820的总线电缆有长度限制. 测试期间, 当使用普通信号线传输长度超过50m时, 读取测温数据会出现错误. 当总线电缆更改为双绞屏蔽电缆时, 正常通讯距离可达150m. 当使用每米捻数更多的双绞屏蔽电缆时, 正常通讯距离进一步拉长. 这种情况主要是由于总线分布电容导致信号波形失真造成的. 所以, 使用 DS1820 设计远距离温度测量系统时, 必须充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题.
6.4. DS1820测温程序的设计, 向 DS1820 发送温度转换命令后, 程序始终等待DS1820的返回信号. 一旦DS1820接触不良或断开, 当程序读取DS1820时, 不会有返回信号，程序会进入死循环. 这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也应引起一定的注意. 建议测温电缆采用屏蔽4芯双绞线. 一对线连接地线和信号线, 另一组连接VCC和地线, 屏蔽层源端单点接地.