Ostateczny przewodnik po cyfrowym czujniku temperatury DS18B20
2024-04-19 3964

DS18B20 jest powszechnie stosowanym cyfrowym czujnikiem temperatury.Wyświetla sygnał cyfrowy i ma charakterystykę małych rozmiarów, niskiego poziomu sprzętowego, silnej zdolności przeciw interferencji i wysokiej precyzji.W tym artykule wprowadzimy czujnik DS18B20 jeden po drugim z aspektów struktury, cech, zasady pracy, układu pinu itp.

DS18B20 jest pierwszym czujnikiem temperatury wyprodukowanym przez półprzewodnik Dallas w Stanach Zjednoczonych, aby obsługiwać interfejs „pojedynczej magistrali”.Ma niskie zużycie energii, silną zdolność przeciw interferencji, łatwą do dopasowania zalet procesora, temperaturę można bezpośrednio przekonwertować w sygnał cyfrowy przez linię.DS18B20 przy użyciu komunikacji 1-wire, która jest tylko linią danych (i podłoża) i komunikacji mikrokontrolera.Czujnik ma zakres wykrywania temperatury od -55 ° C do 125 ° C, a także ma dokładność +-0,5 ° C, gdy zakres temperatury przekracza -10 ° C do 85 ° C.Ponadto DS18B20 może być zasilany bezpośrednio z linii danych bez konieczności zewnętrznego zasilania.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych termistorów, wykorzystuje technologię pojedynczej magistrali do skutecznej minimalizacji zakłóceń zewnętrznych i poprawy dokładności pomiaru.Jednocześnie może bezpośrednio przekonwertować zmierzoną temperaturę na szeregowe sygnały cyfrowe do przetwarzania mikrokomputerowego, dzięki czemu transmisja danych i przetwarzanie jest prosta przez prosty interfejs.

- DS18B20+

- DS18B20+T&R

- DS1821C+

Czujnik składa się głównie z 4 razy, czyli 64-bitowej ROM, czujnik temperatury, niepolny alarm alarmowy TM i rejestr konfiguracji.64-bitowy numer seryjny w RO jest foto-grawerowany przed opuszczeniem fabryki.Można to uznać za numer seryjny adresu DS18E20.64-bitowy numer seryjny każdego DS18E20 jest inna.Cykliczny kod kontroli redundancji (CRC = K ~ 8+X ~ 5+X ~ 4+1) 64-bitowego ROM.Funkcją ROM polega na tym, aby każdy DS18B20 był inny, aby można było podłączyć wiele DS18B20.

DS18B20 wykorzystuje protokół transmisji jednorodzinnej (1-drutowy) do komunikacji.Ten protokół umożliwia komunikację DS18B20 z tylko jednym kablem danych do transmisji danych i zasilacza.

Czujnik może mierzyć w zakresie temperatur od -55 ° C do 125 ° C, co czyni go odpowiednim zakresem potrzeb monitorowania temperatury.

Dzięki 1-przewodowej magistrali możemy podłączyć wiele czujników DS18B20 do pomiaru temperatury wielopunktowej.

Każdy czujnik DS18B20 ma unikalny 64-bitowy adres sprzętowy, który jest automatycznie przypisywany przez producenta podczas procesu produkcyjnego.Ten 64-bitowy adres sprzętowy jest powiązany z numerem modelu czujnika, datą produkcji i numerem seryjnym, więc każdy czujnik ma swoją unikalną tożsamość.Dzięki temu 64-bitowi adresowi sprzętowego czujnik można indywidualnie identyfikować i komunikować się.

DS18B20 wyświetla cyfrowe wartości temperatury, które można bezpośrednio zintegrować z systemami cyfrowymi bez potrzeby analogowej konwersji sygnału.

Czujnik DS18B20 ma zdolność do pomiaru temperatur z maksymalną dokładnością ± 0,5 ° C, co czyni go odpowiednim do scenariuszy zastosowania, które wymagają wysokiej dokładności.

Czujnik działa z zakresu napięcia zasilania od 3 V do 5,5 V. Jego niskie zużycie energii sprawia, że idealnie nadaje się do scenariuszy, które wymagają ciągłego monitorowania temperatury przez długi czas.Zużycie energii tego czujnika jest tak niskie, że może działać przez długi czas bez żadnej degradacji wydajności.

Zasada pomiaru czasu odczytu i pisania i temperatury DS18B20 są takie same jak w przypadku DS1820, ale liczba cyfr uzyskanej wartości temperatury jest inna ze względu na różne rozdzielczości.W porównaniu z DS1820 czas opóźnienia konwersji temperatury DS18B20 jest skrócony z 2 sekund do 750 milisekund.Szybkość oscylacji współczynnika współczynnika temperatury kryształowego zmienia się znacznie wraz ze zmianami temperatury, a wygenerowany sygnał jest stosowany jako wejście impulsu licznika 2. i rejestr temperatury są ustawione do wartości podstawowej odpowiadającej -55 ° C.Licznik 1 odlicza sygnał impulsu generowany przez współczynnik niskiej temperatury oscylator kryształowy.Gdy ustawiona wartość licznika 1 spadnie do 0, wartość rejestru temperatury wzrośnie o 1, ustalona wartość licznika 1 zostanie ponownie załadowana, a licznik 1 ponownie uruchomi zliczanie sygnałów impulsów wytwarzanych przez oscylator kryształowy współczynnika niskiej temperatury.Proces ten będzie trwał do momentu, gdy licznik 2 będzie się zliczył do 0, w którym to momencie zatrzyma się gromadzenie wartości rejestru temperatury.Wreszcie wartością w rejestrze temperatury jest zmierzona temperatura.

Powyższe zdjęcia to symbol, ślad i konfiguracja PIN DS18B20.

Proces jazdy DS18B20 opiera się głównie na systemie autobusów 1-przewodowych.Ten system magistrali umożliwia jednego magistra magistrali na kontrolę jednego lub więcej urządzeń niewolników.W tym przypadku nasz MCU działa jako mistrz, a DS18B20 zawsze działa jako niewolnik.W systemie 1-przewodowego magistrali wszystkie polecenia i dane są wysyłane zgodnie z zasadą bitu niskiego rzędu.

Systemy magistrali 1-wire wykorzystują tylko jedną linię danych i wymagają zewnętrznego rezystora podciągania około 5 kΩ.Dlatego w niewykorzystanym stanie poziom linii danych jest wysoki.Każde urządzenie (czy to master lub niewolnik) jest podłączone do linii danych za pośrednictwem otwartego lub 3-stanowego styku bramki.Ta konstrukcja pozwala każdemu urządzeniu „zwolnić” linię danych, aby gdy jedno urządzenie nie przesyła danych, inne urządzenia mogły skutecznie korzystać z linii danych.Interfejs 1-przewodowej magistrali (pin DQ) DS18B20 składa się z obwodu z otwartym dniem obwodu wewnętrznego.Jego konfiguracja sprzętowa jest pokazana na poniższym rysunku:

Istnieją trzy główne kroki w celu wdrożenia sterownika DS18B20:

Krok pierwszy: Zainicjuj DS18B20;

Krok drugi: polecenie ROM (po czym następuje dowolne żądanie wymiany danych);

Krok trzeci: polecenie funkcji DS18B20 (a następnie dowolne żądanie wymiany danych);

Każdy dostęp do DS18B20 musi wykonać te kroki.Jeśli brakuje któregoś z tych kroków lub nie wykonane, DS18B20 nie odpowie.

Ze względu na wyjątkową precyzję czujnik jest często stosowany w eksperymentach badań naukowych, szczególnie tych wymagających precyzyjnych pomiarów temperatury.

Czujnik DS18B20 odgrywa kluczową rolę w logistyce łańcucha chłodniczego.Służy do monitorowania temperatury towarów w całym procesie transportu, zapewniając jakość i bezpieczeństwo towarów wrażliwych na temperaturę.

Podczas monitorowania temperatury w procesie produkcyjnym czujnik może pomóc firmom śledzić status pracy sprzętu w czasie rzeczywistym, aby upewnić się, że sprzęt i procesy znajdują się we właściwych warunkach temperatury, co z kolei poprawia wydajność produkcji i jakość.

W sprzęcie elektronicznym czujniki DS18B20 mogą być stosowane do monitorowania temperatury poszczególnych elementów, w odpowiednim czasie wykrywając anomalie temperatury, unikając w ten sposób problemów, takich jak uszkodzenie sprzętu i utrata danych z powodu wysokich temperatur.

Ten czujnik, zaprojektowany dla systemów osadzonych i urządzeń IoT, ułatwia zdalne monitorowanie temperatury i gromadzenie danych poprzez połączenie z urządzeniami takimi jak mikrokontrolery lub Raspberry Pi.

Oprócz tego czujnik jest powszechnie stosowany do realizacji systemów kontroli temperatury, takich jak termostaty, systemy sterowania szklarniami, systemy klimatyzacji i tak dalej.Korzystając z czujników DS18B20, systemy te mogą zapewnić precyzyjną kontrolę temperatury zgodnie z wymaganiami w celu zapewnienia prawidłowego działania systemu.

DS18B20 jest małym czujnikiem temperatury z wbudowanym 12 -bitowym ADC.Można go łatwo podłączyć do cyfrowego wejścia Arduino.Czujnik komunikuje się nad autobusem z jednego zespołu i wymaga niewiele dodatkowych komponentów.

Podstawową funkcją DS18B20 jest jego bezpośredni czujnik temperatury.

DS18B20 jest fabrycznie skalibrowane w celu wyświetlania odpowiedniej temperatury.LM35 jest fabrycznie skalibrowany dla napięcia (nie temperatura), a Arduino musi to przekształcić w temperaturę.

Cyfrowy czujnik termiczny DS18B20 jest dość dokładny i nie wymaga żadnych zewnętrznych komponentów do obsługi.Może mierzyć temperatury od -55 ° C do +125 ° C z dokładnością pomiaru ± 0,5 ° C.