Простой термометр для дома с двумя датчиками ds18b20

Ардуино термометр на основе датчика температуры DS18B20

Один раз мы уже реализовали проект термометра на основе датчика температуры DS18B20. Сегодня мы сделаем термометр на основе этого датчика другим способом, разберемся с DS18B20 и используем несколько дополнительных библиотек.

Мы сделаем LCD-термометр или, как вариант, Serial-термометр (напечатает данные о температуре на последовательном мониторе Arduino IDE) на основе микроконтроллера Ардуино и цифрового датчика DS18B20, макетов, перемычек. Таким образом, вы сможете измерять температуру воздуха, жидкости, например, воды и температуру земли.

Информация о сенсоре DS18B20

DS18B20 — это цифровой температурный датчик с интерфейсом 1-Wire от Maxim IC. На выходе мы получаем информацию в Цельсиях с точностью от 9 до 12 бит, от -55 до 125 (+/- 0,5). Каждый датчик имеет уникальный 64-разрядный серийный номер, что позволяет использовать огромное количество датчиков на одной шине данных.

Особенности:

  • Для уникального интерфейса 1-Wire® требуется только один порт для связи.
  • Каждое устройство имеет уникальный 64-битный последовательный код, хранящийся в ПЗУ.
  • Многоточечная возможность упрощает использование распределенных температурных зондов.
  • Не требует внешних компонентов.
  • Может питаться от линии передачи данных.
  • Диапазон мощности от 3,0 до 5,5 В.
  • Измеряет температуру от -55°C до + 125°C (от -67 °F до + 257 °F) ± 0,5°C от -10°C до + 85°C.
  • Разрешение термометра выбирается пользователем от 9 до 12 бит.
  • Преобразует температуру в 12-битное цифровую переменную в 750 мс (макс.).
  • Определяемые пользователем энергонезависимые (NV) настройки сигнализации.
  • Команда поиска по тревоге идентифицирует и адресует устройства, температура которых находится за пределами запрограммированных пределов (состояние аварийной сигнализации).
  • Применяется в термостатических устройствах, промышленных системах, потребительских товарах, термометрах или в любых термических чувствительных системах.

Комплектующие

Чтобы сделать термометр, вам понадобятся следующие детали:

  • Плата Arduino (UNO, DUE, Micro и т.п.);
  • Датчик DS18B20 (водонепроницаемый или нет);
  • Резистор 4.7К (в некоторых магазинах продается датчик с резистором 4,7 тыс.);
  • ЖК-дисплей 16×2 с шиной I2C;
  • Макет;
  • Перемычки.

Из программного обеспечения нужно иметь установленную Arduino IDE.

Библиотеки

Прежде чем вы начнете делать термометр, загрузите и распакуйте следующие библиотеки для Arduino в:

/Progam Files (x86)/Arduino/Libraries (по умолчанию):

  • 1- Wire шина;
  • Dallas Temperature (делает все вычисления и другие вещи);
  • Liquid Crystal I2C.

Все библиотеки вы можете скачать по ссылкам выше или на нашем сайте в разделе Библиотеки.

Термометр через последовательный монитор

Чтобы отобразить данные на последовательном мониторе, подключите датчик DS18B20 к Arduino, используя перемычки и макет, и не забудьте подключить или припаять резистор 4.7k между контактом 2 и 3 датчика.

Затем скачайте, откройте и загрузите файл .ino, который называется — DS18B20_Serial, ниже.

Если все в порядке, вы должны увидеть измеренную температуру на серийном мониторе Arduino IDE.

Термометр с ЖК-дисплеем

Если вы не хотите измерять температуру через последовательный монитор, то этот шаг для вас.

Подключите ЖК-дисплей I2C к контактам UNO:

  • A4 (SDA),
  • A5 (SCL),
  • к цифровому выходу 2.

Затем скачайте и загрузите файл .ino, который называется — DS18B20_I2C_LCD. Если все в порядке, вы увидите показания температуры на дисплее.

Двухканальный термометр на ATmega8 и DS18B20

Характеристики термометра:
— 2 канала измерения текущей температуры, датчики подключены к разным разрядам порта микроконтроллера
— каждый канал позволяет измерять текущую температуру в интервале от +125 ºС до -55 ºС с разрешением до 0,1 ºС
— погрешность измерения температуры ±0,5 ºС
— обнаружение и индикация возможных ошибок в работе с датчиками температуры
— интервал измерения текущей температуры — 2 сек

Уважаемые читатели сайта!
Если вас интересует именно конструкция двухканального термометра, то могу посоветовать для прошивки микроконтроллера использовать прошивку для конструкции «Двухканальный термостат/терморегулятор» (здесь более оптимизированный и «причесанный» код)

Сегодня, в продолжении развития проекта на ATmega8 (одноканальный термометр), мы рассмотрим конструкцию «Двухканальный термометр с датчиками температуры DS18B20«.
Предложенная Вашему вниманию конструкция проста, содержит минимум деталей, не требует настройки.

(Хочу сразу предупредить, что время не стоит на месте и после публикации статьи программа термометров была доработана — в нее внесены три изменения: в работе задействован только один таймер Т0, повышена внутренняя тактовая частота микроконтроллера до 8 МГц, изменен алгоритм определения десятых температуры (теперь десятые не рассчитывается а принимают значение в зависимости от числа записанного в младший полубайт регистра LS-bite. Новая программа выложена ниже описанной в этой статье))

Индикация текущей температуры осуществляется на два трехразрядных семисегментных светодиодных индикатора, при этом:
— температура ниже +100 ºС — индикация осуществляется на трех разрядах с точностью до десятых
— температура выше +99,9 ºС — индикация осуществляется на трех разрядах с точностью до градуса
— температура выше -10 ºС — индикация осуществляется: первый разряд знак «-«, второй и третий разряд — единицы и десятки градусов
— температура ниже -9,9 ºС — индикация осуществляется: первый разряд знак «-«, второй и третий разряды — десятки и единицы градусов
— незначащие нули не выводятся
При возникновении возможных ошибок в работе с датчиками температуры на индикаторы выводится:
— нет высокого уровня на линии DQ датчика — «Er1»
— нет импульса присутствия от датчика — «Er2»
— после импульса присутствия линия DQ не вернулась в состоянии логической «1» — «Er3»
Индикация ошибок позволяет своевременно выявить и устранить неисправность.

Схема двухканального термометра на ATmega8 и датчиках DS18B20:


Детали, примененные в конструкции термометра

Микроконтроллер ATmega8-16PU с внутренней тактовой частотой — 4 мГц.
Индикаторы — трехразрядные семисегментные светодиодные индикаторы со схемой включения — «общий катод».
Транзисторы — «NPN»-структуры BC547 (транзисторы можно заменить на любые другие маломощные структуры NPN).
Постоянные сопротивления — любого типа, мощностью 0,25 Вт, близкие к номиналам указанным в схеме.
Датчики — датчики температуры DS18B20. Разрешающая способность установлена «по умолчанию» — 12 bit, что соответствует дискретности измерения температуры 0,0625 ºС.

Соединение датчиков с микроконтроллером осуществляется по трехпроводной линии — «GND, +5V, линия данных DQ», подключение по двухпроводной линии (паразитное питание) не предусмотрено по причинам:
— возможной ошибки при конвертирование температуры выше +100 ºС
— необходимости применения дополнительных MOSFET транзисторов

Общение датчиков с микроконтроллером происходит по 1-Wire шине , что позволяет, в принципе, «посадить» датчики на одну линию. В представленной конструкции датчики подсоединены к разным разрядам порта «PB» (6 и 7 — соответственно) из трех соображений:
— при необходимости разноса датчиков в разных направлениях упрощается прокладка соединительных линий
— упрощается программа — не надо определять 64-битные коды датчиков, соответственно уменьшается время затрачиваемое на общение с датчиками (что немаловажно в данной конструкции при динамической индикации 6 разрядов индикаторов)
— и так остается незадействованным целый порт
Циклический контроль избыточности (CRC) не определяется — в данной конструкции проверять правильность передачи результатов конвертирования температуры датчиками я не вижу смысла.
При больших расстояниях между датчиками и основным блоком возможно потребуется подобрать подтягивающие сопротивления (от 1 до 5 кОм). Возможно лучше будет подсоединять эти сопротивления непосредственно к датчикам (более подробно о подсоединении датчиков к микроконтроллеру здесь).

Питание конструкции осуществляется от стабилизированного источника напряжением 5 вольт. В качестве источника питания можно применить ненужное зарядное устройство от сотового телефона с выходным напряжением 5 вольт

Работа термометра

Программа двухканального термометра написана в среде «Algorithm Builder»


В программе задействовано два таймера микроконтроллера ATmega8 — Т0 и Т1, которые настроены на вызов прерываний по переполнению счетчиков.
При включении устройства осуществляются предварительные настройки задействованных в работе портов микроконтроллера, занесение необходимых данных в переменные и разрешение прерываний, затем программа переходит в бесконечный цикл. В дальнейшем вся работа устройства осуществляется по перываниям от таймеров Т0 и Т1.
При этом:
При обработке прерывания от таймера Т0 осуществляется:
— динамическая индикация текущих значений температуры на светодиодных индикаторах
— поочередное считывание данных с датчиков температуры
— расчет и преобразование температуры для вывода на индикаторы
При обработке прерывания от таймера Т1 осуществляется
— поочередная подача команды на конвертирование температуры датчиками (с периодичностью — 1 сек)
Делители частоты таймеров при внутренней частоте микроконтроллера 4 мГц настроены:
— Т1 — СК/64 — вызов прерывания происходит почти через 1 секунду
— Т0 — настройка частоты делителя для таймера должна быть СК или СК/8 — 512mcs или 64mcs — не критично (но не менее 2ms). Это обусловлено тем, что время обработки прерывания от таймера Т1 равно времени которое затрачивает датчик на конвертирование температуры (по даташиту, при разрешающей способности 12bit, максимальное время конвертирования — 750ms, реально — намного быстрее)

Читайте также  Монтаж проводки в гипсокартоне

Для более частого обновления текущей температуры можно настроить внутренний генератор микроконтроллера на частоту 8 мГц а делители частоты таймеров установить:
— T0 — СК/64 (периодичность вызова прерывания около 2ms)
— Т1 — СК/64 (периодичность вызова прерывания около 0,5sec)
что позволит обновлять текущую температуру с датчиков каждую секунду. Более частая подача команды на конвертирование температуры датчикам может привести к их нагреву, и, соответственно, к увеличению погрешности измерений.

Если вы «дружите» с программой «Algorithm Builder» то ее можно настроить для обновления текущей температуры непрерывно, сразу после конвертирования температуры датчиком. Для этого необходимо выполнить следующиу действия:
1. Отключить таймер Т1
2. Отключить подпрограмму обработки прерывания от таймера Т1 (можно и не отключать)
3. Включить кусок «серого кода» в «бесконечном цикле»
Возможно для предотвращения мерцания индикаторов тактовую частоту микроконтроллера придется увеличить до 8 мГц
4. Настроить делитель частоты таймера Т0 на периодичность прерывания не менее 2ms

Если индикаторы все же будут мерцать, попробуйте «поиграть» командами NOP в начале и в конце бесконечного цикла — добавьте или уберите. К примеру:


Часть кода программы отключена, она предназначена для уменьшения разрешающей способности датчиков. Для изменения разрешающей способности температурного преобразователя необходимо:
1. Включить часть кода на главной странице и подпрограмму изменения разрешающей способности на вкладке «DS18B20»:

2. Включить во вкладке «DS18B20» константы выделенные красным цветом:

Назначение констант:
— Read_Scratchpad — функциональная команда DS18B20 ($4E). Эта команда позволяет устройству управления записывать 3 байта данных в память DS18B20. Первый байт данных записывается в регистр (TH), второй байт записывается в регистр (TL), третий байт записывается в регистр конфигурации
— TH и TL — регистры Аварии верхнего и нижнего предела, константа b#01010101 — соответствует 85 ºС (как и установлено в датчиках по умолчанию)
bit11 — регистр конфигурации, запись константы b#01011111 изменит разрешение с 12 до 11 bit, что вдвое уменьшит время конвертирования температуры датчиками. Для 10-битного разрешения — b#00111111, для 9-битного разрешения — b#00011111
3. Изменить в подпрограмме расчета температуры на вкладке «DS18B20» число 625 на число дискретности измерения температуры для соответствующего разрешения (125, 25, 5) и числа 1000 и 999 соответственно (для 125 — 1000 и 999, для 25 — 100 и 99, для 5 — 10 и 9)

Если возникли вопросы, пишите, отвечу.

Приложения к статье:

Схема двухканального термометра на ATmega8 и DS18B20 в формате SPL (50,6 KiB, 27 474 hits)

Программа двухканального термометра в формате HEX (4,8 KiB, 27 561 hits)

Программа двухканального термометра в Algorithm Builder (19,5 KiB, 32 297 hits)

Вторая версия программы термометра в НЕХ-файле (5,0 KiB, 2 335 hits)

Вторая версия программы термометра в Algorithm Builder (20,1 KiB, 26 570 hits)

(48 голосов, оценка: 4,96 из 5)

Датчик температуры DS18B20: подключение, распиновка и примеры работы

Цифровой датчик DS18B20 измерит температуру в воде, на земле и даже в космосе.

Датчик способен считывать показания температуры в диапазоне от −55 до +125 °C и передавать данные на управляющую плату всего через один пин.

Примеры работы для Arduino

Датчик общается с управляющей платой по протоколу 1-wire . Но вы можете не загружать себе голову битами и байтами, а сразу сосредоточиться на проекте. Для этого скачайте и установите две библиотеки OneWire и DallasTemperature через менеджер модулей.

Один датчик

Рассмотрим простой пример — подключения одного датчика.

Схема подключения

Сенсор подключается к управляющей плате через один сигнальный пин. При подключении к Arduino в компактном формфакторе, например Arduino Micro или Iskra Nano Pro, воспользуйтесь макетной платой и парочкой нажимных клеммников.

Между сигнальным проводом и питанием установите сопротивление 4,7 кОм.

При коммуникации сенсора со стандартными платами Arduino формата Rev3, Arduino Uno или Iskra Neo, используйте Troyka Slot Shield совместно с модулем подтяжки.

Код программы

Выведем температуру сенсора в Serial-порт.

Серия датчиков

Каждый сенсор DS18B20 хранит в своей памяти уникальный номер, такое решение позволяет подключить несколько датчиков к одному пину.

Схема подключения

Добавим к предыдущем схемам подключения ещё по паре датчиков в параллель.

Код программы

Просканируем все устройства на шине 1-Wire и выведем температуру каждого сенсора отдельно в Serial-порт.

Примеры работы для Espruino

Один датчик

Рассмотрим простой пример — подключения одного датчика.

Схема подключения

Сенсор подключается к управляющей плате через один сигнальный пин. При подключении к Iskra в компактном формфакторе, например Iskra JS Mini, воспользуйтесь макетной платой и парочкой нажимных клеммников.

Между сигнальным проводом и питанием установите сопротивление 4,7 кОм.

При коммуникации сенсора с платой Iskra JS, используйте Troyka Slot Shield совместно с модулем подтяжки.

Код программы

Выведем температуру сенсора в консоль Espruino Web IDE.

Серия датчиков

Каждый сенсор DS18B20 хранит в своей памяти уникальный номер, такое решение позволяет подключить несколько датчиков к одному пину.

Схема подключения

Добавим к предыдущем схемам подключения ещё по паре датчиков в параллель.

Код программы

Найдём все устройства на шине 1-Wire и выведем температуру каждого сенсора отдельно в Serial-порт.

Примеры работы для Raspberry Pi

Один датчик

Считаем данные с датчика одноплатником Raspberry Pi. Подключите сенсор к 4 пину Raspberry через модуль подтяжки. Для избежания макеток и проводов используйте плату расширения Troyka Cap.

Схема подключения

Код программы

Считаем данные с датчика одноплатником Raspberry Pi. Подключите сенсор к 4 пину Raspberry через модуль подтяжки. Для избежания макеток и проводов используйте плату расширения Troyka Cap.

Серия датчиков

Каждый сенсор DS18B20 хранит в своей памяти уникальный номер, такое решение позволяет подключить несколько датчиков к одному пину.

PicHobby.lg.ua

Полезные изобретения на микроконтроллерах

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20)

  • Автор: Ерёмин Антон
  • Комментарии (134)

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) – статья с подробным описанием схемы запоминающего термометра и, вдобавок, — логическое продолжение ранее опубликованной мною статьи на яндекс сайте pichobbi.narod.ru. Этот термометр довольно неплохо себя зарекомендовал, и было принято решение немного его модернизировать. В этой статье расскажу, какие изменения внесены в схему и рабочую программу, опишу новые функции. Статья будет полезна новичкам. Позже переделал текущую версию термометра в термометр с коррекцией.

Термометр на микроконтроллере PIC16F628A и DS18B20(DS18S20) умеет:

  • измерять и отображать температуру в диапазоне:
    -55. -10 и +100. +125 с точностью 1 градус(ds18b20 и ds18s20)
    -в диапазоне -9,9. +99,9 с точностью 0,1 градус(ds18b20)
    -в диапазоне -9,5. +99,5 с точностью 0,5 градус(ds18s20);
  • Автоматически определять датчик DS18B20 или DS18S20;
  • Автоматически проверять датчик на аварию;
  • Запоминать максимальную и минимальную измеренные температуры.

Также в термометре предусмотрена легкая замена 7 сегментного индикатора с ОК на индикатор с ОА. Организована щадящая процедура записи в EEPROM память микроконтроллера. Вольтметр, который неплохо себя зарекомендовал, описан в этой статье — Вольтметр на PIC16F676.

Принципиальная схема цифрового термометра на микроконтроллере разрабатывалась для надежного и длительного использования. Все детали, применяющиеся в схеме, не дефицитные. Схема проста в повторении, отлично подойдет для начинающих.

Принципиальная схема термометра показана на рисунке 1

Рисунок 1 — Принципиальная схема термометра на PIC16F628A + ds18b20/ds18s20

Описывать всю принципиальную схему термометра не стану, так как она довольно проста, остановлюсь только на особенностях.

В качестве микроконтроллера применяется PIC16F628A фирмы Microchip. Это недорогой контроллер и к тому же не дефицитный.

Для измерения температуры используются цифровые датчики DS18B20 или DS18S20 фирмы Maxim. Эти датчики не дорогие, малые по размеру и информация о измеренной температуре передается в цифровом виде. Такое решение позволяет, не тревожиться о сечении проводов, о их длине и прочем. Датчики DS18B20, DS18S20 способны работать в диапазоне температур от -55… +125 °С.

Температура выводится на 7-ми сегментный 3-х разрядный LED индикатор с общим катодом (ОК) или с (ОА).

Для вывода на индикатор максимальной и минимальной измеренных температур нужна кнопка SB1. Для сброса памяти так же нужна кнопка SB1

Кнопкой SA1 можно оперативно переключать датчики(улица, дом).

Jamper необходим для переключения общего провода для LED индикатора. ВАЖНО! Если индикатор с ОК – то ставим jamper на нижнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем p-n-p проводимости. Если LED индикатор с ОА, то jamper переводим в верхнее по схеме положение, а транзисторы VT1-VT3 впаиваем n-p-n проводимости.

Читайте также  Декоративная проводка под старину

В таблице 1 можно ознакомиться со всем перечнем деталей и возможной их заменой на аналог.

Таблица 1 – Перечень деталей для сборки термометра

Позиционное обозначение Наименование Аналог/замена
С1, С2 Конденсатор керамический — 0,1мкФх50В
С3 Конденсатор электролитический — 220мкФх10В
DD1 Микроконтроллер PIC16F628A PIC16F648A
DD2,DD3 Датчик температуры DS18B20 или DS18S20
GB1 Три пальчиковых батарейки 1,5В
HG1 7-ми сегментный LED индикатор KEM-5631-ASR (OK) Любой другой маломощный для динамической индикации и подходящий по подключению.
R1,R3,R14,R15 Резистор 0,125Вт 5,1 Ом SMD типоразмер 0805
R2,R16 Резистор 0,125Вт 5,1 кОм SMD типоразмер 0805
R4,R13 Резистор 0,125Вт 4,7 кОм SMD типоразмер 0805
R17-R19 Резистор 0,125Вт 4,3 кОм SMD типоразмер 0805
R5-R12 Резистор 0,125Вт 330 Ом SMD типоразмер 0805
SA1 Любой подходящий переключатель
SB1 Кнопка тактовая
VT1-VT3 Транзистор BC556B для индикатора с ОК/ транзистор BC546B для индикатора с ОА KT3107/КТ3102
XT1 Клеммник на 3 контакта.

Для первоначальной отладки работы цифрового термометра применялась виртуальная модель, построенная в протеусе. На рисунке 2 можно увидеть упрощенную модель в протеусе

Рисунок 2 – Модель термометра на микроконтроллере PIC16F628A в Proteus’e

На рисунке 3-4 показана печатная плата цифрового термометра

Рисунок 3 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(низ) не в масштабе.

Рисунок 4 – Печатная плата термометра на микроконтроллере PIC16F628A(верх) не в масштабе.

Термометр, собранный рабочих деталей начинает работать сразу и в отладке не нуждается.

Результат работы рисунки 5-7.

Рисунок 5 — Внешний вид термометра

Рисунок 6 — Внешний вид термометра

Рисунок 7 — Внешний вид термометра

ВАЖНО! В прошивку термометра не вшита реклама можно пользоваться в свое удовольствие.

Поправки, внесенные в рабочую программу:

1 автоматическое определение датчика DS18B20 или DS18S20;

2. снижено время перезаписи в EEPROM(если выполнилось условие для перезаписи) с 5 минут, до 1 минуты.

3. увеличена частота мерцания точки;

Более подробное описание работы термометра можно посмотреть в документе, который можно скачать в конце этой статьи. Если скачивать нет желания, то на сайте www.pichobbi.narod.ru также отлично расписана работа устройства.

Готовая плата отлично поместилась в китайский будильник (рисунки 8, 9).

Рисунок 8 – Вся начинка в китайском будильнике

Рисунок 9 — Вся начинка в китайском будильнике

Датчик температуры Arduino DS18B20

Датчик температуры в Arduino – один из самых распространенных видов сенсоров. Разработчику проектов с термометрами на Arduino доступно множество разных вариантов, отличающихся по принципу действия, точности, конструктивному исполнению. Цифровой датчик DS18B20 является одним из наиболее популярных температурных датчиков, часто он используется в водонепроницаемом корпусе для измерения температуры воды или других жидкостей. В этой статье вы найдете описание датчика ds18b20 на русском, мы вместе рассмотрим особенности подключения к ардуино, принцип работы датчика, описание библиотек и скетчей.

Описание датчика DS18B20 для Arduino

DS18B20 – это цифровой температурный датчик, обладающий множеством полезных функций. По сути, DS18B20 – это целый микроконтроллер, который может хранить значение измерений, сигнализировать о выходе температуры за установленные границы (сами границы мы можем устанавливать и менять), менять точность измерений, способ взаимодействия с контроллером и многое другое. Все это в очень небольшом корпусе, который, к тому же, доступен в водонепроницаемом исполнении.

Микросхема имеет три выхода, из которых для данных используется только один, два остальных – это земля и питание. Число проводов можно сократить до двух, если использовать схему с паразитным питанием и соединить Vdd с землей. К одному проводу с данными можно подключить сразу несколько датчиков DS18B20 и в плате Ардуино будет задействован всего один пин.

Виды корпусов DS18B20

Температурный датчик DS18B20 имеет разнообразные виды корпуса. Можно выбрать один из трех – 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Последний является наиболее распространенным и изготавливается в специальном влагозащитном корпусе, так что его смело можно использовать под водой. У каждого датчика есть 3 контакта. Для корпуса TO-92 нужно смотреть на цвет проводов: черный – земля, красный – питание и белый/желтый/синий – сигнал. В интернет-магазинах можно купить готовый модуль DS18B20.

Где купить датчик

Естественно, что DS18B20 дешевле всего купить на Алиэкспрессе, хотя он продается и в любых специализированных российских интернет-магазинах с ардуино. Приведем несколько ссылок для примера:

Особенности цифрового датчика DS18B20

  • Погрешность измерения не больше 0,5 С (для температур от -10С до +85С), что позволяет точно определить значение температуры. Не требуется дополнительная калибровка.
  • Температурный диапазон измерений лежит в пределах от -55 С до +125 С.
  • Датчик питается напряжением от 3,3В до 5В.
  • Можно программно задать максимальную разрешающую способность до 0,0625С, наибольшее разрешение 12 бит.
  • Присутствует функция тревожного сигнала.
  • Каждое устройство обладает своим уникальным серийным кодом.
  • Не требуются дополнительные внешние элементы.
  • Можно подключить сразу до 127 датчиков к одной линии связи.
  • Информация передается по протоколу 1-Wire.
  • Для присоединения к микроконтроллеру нужны только 3 провода.
  • Существует так называемый режим паразитного питания – в нем происходит питание напрямую от линии связи. Для подключения в этом случае нужны только 2 провода. Важно, что в этом режиме не гарантируется корректная работа при температурах выше 100С. Режим паразитного питания удобно обычно применяется для приложений с удаленным температурным датчиком.

Память датчика состоит из двух видов: оперативной и энергонезависимой – SRAM и EEPROM. В последнюю записываются регистры конфигурации и регистры TH, TL, которые могут использоваться как регистры общего назначения, если не используются для указания диапазона допустимых значений температуры.

Основной задачей DS18B20 является определение температуры и преобразование полученного результата в цифровой вид. Мы можем самостоятельно задать необходимое разрешение, установив количество бит точности – 9, 10, 11 и 12. В этих случаях разрешающие способности будут соответственно равны 0,5С, 0,25С, 0,125С и 0,0625С.

Во время включения питания датчик находится в состоянии покоя. Для начала измерения контроллер Ардуино выполняет команду «преобразование температуры». Полученный результат сохранится в 2 байтах регистра температуры, после чего датчик вернется в первоначальное состояние покоя. Если схема подключена в режиме внешнего питания, микроконтроллер регулирует состояние конвертации. Во время выполнения команды линия находится в низком состоянии, после окончания программы линия переходит в высокое состояние. Такой метод не допустим при питании от паразитной емкости, так как на шине постоянно должен сохраняться высокий уровень сигнала.

Полученные температурные измерения сохраняются в SRAM датчика. 1 и 2 байты сохраняют полученное значение температуры, 3 и 4 сохраняют пределы измерения, 5 и 6 зарезервированы, 7 и 8 используются для высокоточного определения температуры, последний 9 байт хранит устойчивый к помехам CRC код.

Подключение DS18B20 к Arduino

DS18B20 является цифровым датчиком. Цифровые датчики передают значение измеряемой температуры в виде определенного двоичного кода, который поступает на цифровые или аналоговые пины ардуино и затем декодируется. Коды могут быть самыми разными, ds18b20 работает по протоколу данных 1-Wire. Мы не будем вдаваться в подробности этого цифрового протокола, укажем лишь необходимый минимум для понимания принципов взаимодействия.

Обмен информацией в 1-Wire происходит благодаря следующим операциям:

  • Инициализация – определение последовательности сигналов, с которых начинается измерение и другие операции. Ведущее устройство подает импульс сброса, после этого датчик должен подать импульс присутствия, сообщающий о готовности к выполнению операции.
  • Запись данных – происходит передача байта данных в датчик.
  • Чтение данных – происходит прием байта из датчика.

Для работы с датчиком нам понадобится программное обеспечение:

  • Arduino IDE;
  • Библиотека OneWire, если используется несколько датчиков на шине, можно использовать библиотеку DallasTemperature. Она будет работать поверх OneWire.

Из оборудования понадобятся:

  • Один или несколько датчиков DS18B20;
  • Микроконтроллер Ардуино;
  • Коннекторы;
  • Резистор на 4,7 кОм (в случае подключения одного датчика пойдет резистор номиналом от 4 до 10K);
  • Монтажная плата;
  • USB-кабель для подключения к компьютеру.

К плате Ардуино UNO датчик подключается просто: GND с термодатчика присоединяется к GND Ардуино, Vdd подключается к 5V, Data – к любому цифровому пину.

Простейшая схема подключения цифрового датчика DS18B20 представлена на рисунке.

В режиме паразитного питания контакт Vdd с датчика подключается к GND на Ардуино – в этом случае пригодятся только два провода. Работу в паразитном режиме лучше не использовать без необходимости, так как могут ухудшиться быстродействие и стабильность.

Скетч для DS18B20

Алгоритм получения информации о температуре в скетче состоит из следующих этапов:

  • Определение адреса датчика, проверка его подключения.
  • На датчик подается команда с требованием прочитать температуру и выложить измеренное значение в регистр. Процедура происходит дольше остальных, на нее необходимо примерно 750 мс.
  • Подается команда на чтение информации из регистра и отправка полученного значения в «монитор порта»,
  • Если требуется, то производится конвертация в градусы Цельсия/Фаренгейта.
Читайте также  Какое сечение выбрать для проводки в доме?

Пример простого скетча для DS18B20

Самый простой скетч для работы с цифровым датчиком выглядит следующим образом. (в скетче мы используем библиотеку OneWire, о которой поговорим подробнее чуть позже).

Скетч для работы с датчиком ds18b20 без delay

Можно немного усложнить программу для ds18b20, чтобы избавиться от функции delay(), тормозящей выполнение скетча.

Библиотека DallasTemperature и DS18b20

В своих скетчах мы можем использовать библиотеку DallasTemperature, упрощающую некоторые аспекты работы с датчиком ds18b20 по 1-Wire. Пример скетча:

Библиотека OneWire для работы с DS18B20

DS18B20 использует для обмена информацией с ардуино протокол 1-Wire, для которого уже написана отличная библиотека. Можно и нужно использовать ее, чтобы не реализовывать все функции вручную. Скачать OneWire можно здесь. Для установки библиотеки скачайте архив, распакуйте в папку library вашего каталога Arduino. Подключается библиотека с помощью команды #include

Основные команды библиотеки OneWire:

  • search(addressArray) – ищет температурный датчик, при нахождении в массив addressArray записывается его код, в ином случае – false.
  • reset_search() – производится поиск на первом приборе.
  • reset() – выполнение сброса шины перед тем, как связаться с устройством.
  • select(addressArray) – выбирается устройство после операции сброса, записывается его ROM код.
  • write(byte) – производится запись байта информации на устройство.
  • write(byte, 1) – аналогично write(byte), но в режиме паразитного питания.
  • read() – чтение байта информации с устройства.
  • crc8(dataArray, length) – вычисление CRC кода. dataArray – выбранный массив, length – длина кода.

Важно правильно настроить режим питания в скетче. Для паразитного питания в строке 65 нужно записать ds.write(0x44, 1);. Для внешнего питания в строке 65 должно быть записано ds.write(0x44).

Write позволяет передать команду на термодатчик. Основные команды, подаваемые в виде битов:

  • 0x44 – измерить температуру, записать полученное значение в SRAM.
  • 0x4E – запись 3 байта в третий, четвертый и пятый байты SRAM.
  • 0xBE – последовательное считывание 9 байт SRAM.
  • 0х48 – копирование третьего и четвертого байтов SRAM в EEPROM.
  • 0xB8 – копирование информации из EEPROM в третий и четвертый байты SRAM.
  • 0xB4 – возвращает тип питания (0 – паразитное, 1 – внешнее).

Подключение нескольких датчиков температуры DS18B20 к Ардуино

Все датчики DS18B20 подключаются параллельно, для них всех достаточно одного резистора. При помощи библиотеки OneWire можно одновременно считать все данные со всех датчиков. Если количество подключаемых датчиков более 10, нужно подобрать резистор с сопротивлением не более 1,6 кОм. Также для более точного измерения температуры нужно поставить дополнительный резистор на 100…120 Ом между выходом data на плате Ардуино и data на каждом датчике. Узнать, с какого датчика получено то или иное значение, можно с помощью уникального серийного 64-битного кода, который будет выдан в результате выполнения программы.

Для подключения температурных датчиков в нормальном режиме нужно использовать схему, представленную на рисунке.

В режиме паразитного питания схема выглядит иначе. Контакт Vdd практически не задействован, питание идет через выход data.

Выводы

Микросхема Dallas DS18B20 является очень интересным устройством. Датчики температуры и термометры, созданные на ее основе, обладают приемлемыми для большинства задач характеристиками, развитым функционалом, относительно не дороги. Особенную популярность датчик DS18B20 снискал как влагозащищенное устройство для измерения температуры жидкостей.

За дополнительные возможности приходится платить относительной сложностью работы с датчиком. Для подключения DS18B20 нам обязательно понадобится резистор с номиналом около 5К. Для работы с датчиком в скетчах ардуино нужно установить дополнительную библиотеку и получить определенные навыки для работы с ней – там все не совсем тривиально. Впрочем, можно купить уже готовый модуль, а для скетча в большинстве случаев хватит простых примеров, приведенных в этой статье.

Правильная разводка термодатчиков DS18B20

Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 14.01.12
Просмотров: 45.724, Комментариев: 23

Статья предназначена для специалистов и продвинутых радиолюбителей. Она касается всех систем с датчиками DS18B20, а также — всех других систем с контактами и микроамперными токами, протекающими через них.
Хочу рассказать свои мысли по вопросу соединения и разводки термодатчиков.
В техподдержке Кситала мне сообщили следующее:
Все термодатчики должны быть соединены почти строго «в линию», без длинных ответвлений «в сторону» (максимум 20см). Это необходимо якобы потому, что в противном случает получается несогласованная по волновому сопротивлению линия и якобы за счет отражений система показывает в результате либо +85оС, либо прочерк вместо температуры. И добавляют, что оба этих результата могут быть также по причине плохого контакта в разъемах.
На мой вопрос » — какова тактовая частота на шине?» получил ответ «- низкая».
Я не очень понимаю такую логику «отражений» потому, что на длинах в единицы-десятки метров и низкой тактовой частоте волновое сопротивление и его согласование не имеет никакого значения. А также — из-за «странного» совпадения с причиной «плохой контакт».
Итак, я считаю, что причина периодического искажения результатов замера температуры — именно плохой контакт (исключение — Примечание 2):
Дело в том, что при микроамперных токах (а входной ток датчика DS18B20 наверняка мизерный), контакты через которые течет этот ток могут быть слегка окислены, или загрязнены и микроток банально не пробивает этот зазор, в отличие от миллиамперных и более высоких токов. Эффект этот специалистам известен. Т.е., если сигнал на шине проходит через контакты, то ему нужен «заметный» ток, причем, что очень важно — этот повышенный ток должен проходить через абсолютно все сигнальные контакты шины (через все последовательно соединенные разъемы).
Т.е., для того, чтобы контакт стал лучше нужен ток побольше, чем микроамперы — хотя бы (очень приблизительно) от 1 миллиампера. Возможно, что не случайно на схемах с использованием DS18B20 с линии данных на питание всегда нарисован резистор 4,7кОм, что как раз обеспечит ток около 1мА.
Как же правильно организовать (улучшить) бессбойный обмен информацией с такими датчиками?
Есть 4 варианта:
1. Рабоче-крестьянский (для пользователей): при проблемах промывать/чистить контакты, или заменять разъемы (тройники там обычные, их телефонные аналоги продаются во «всех» магазинах).
Остальные варианты — «профессиональные», для разработчиков Кситала (впрочем хороший радио-монтажник сможет это переделать и самостоятельно):

2. Он, правда, не идеально соответствует логике использования датчиков с разными длинами проводов: надо подводить к каждому датчику 2 провода, но обязательно оба их запаивать на ножке датчика, а не пропускать, как сейчас сделано через дополнительный тройник. И тоже обязательно на обоих концах нашей шины (на дальнем датчике и в самом Кситале должны быть установлены резисторы примерно по 10кОм (чтобы в сумме было около 4,7кОм).

3. Диапазон допустимых нагрузочных сопротивлений шины, равный 1-5,1кОм дает нам третий вариант — возможность подключить простейшим путем до 9-ти датчиков (и других устройств), зашунтировав на питание вход каждого резистором 10кОм. В блоке Кситал — тоже резистор, 10кОм.
В этом случае не нужна единая шинная линия, а можно произвольно соединять датчики через удобно расположенные разъемы. Только резисторы надо припаять прямо на датчиках.

4. Есть и четвертый вариант более корректного подключения датчиков на шину Кситала — «паразитный» способ питания по двухпроводной шине.
Если использовать «паразитный» способ питания датчика, то ток через «входные» контакты разветвителей будет складываться из входного тока в сигнальный вход и тока питания датчика, что в сумме в несколько раз больше, чем только входной ток.
Поискал в документации на датчик — ток потребления датчика может достигать 1,5мА, что вполне можно считать четвертым вариантом. Правда, при это будет несколько ограничена суммарная длина используемых проводов — до 50 метров. Хотя, я бы резисторы все равно ставил (см. Примечания).
***
Считаю оптимальным 3-ий вариант и предлагаю разработчикам Кситала его реализовать в своих последующих системах.
Примечания:
1. Вообще-то, со всех точек зрения суммарное сопротивление всех резисторов на линии (шине) лучше сделать минимально допустимым, то есть — около 1 кОма.
2. Кстати, длинные провода к датчикам являются хорошими приемными антеннами для помех. Указанные мной резисторы, кроме вышесказанного еще и снизят входное сопротивление этих антенн и, как следствие, снизят уровень помехи в системе.
Можно еще почитать: О погрешностях измерений на примере датчика DS18B20.
На всякий случай привожу раскладку разъема.