Регуляторы температуры на микросхеме ds18b20. Датчик температуры DS18B20: подключение, программирование. Где купить датчик
DS18B20 - это цифровой датчик температуры. Датчик очень прост в использовании.
Во-первых, он цифровой, а во вторых - у него всего лишь один контакт, с которого мы получаем полезный сигнал. То есть, вы можете подключить к одному Arduino одновременно огромное количество этих сенсоров. Пинов будет более чем достаточно. Мало того, вы даже можете подключить несколько сенсоров к одному пину на Arduino! Но обо всем по порядку.
DS18B20 имеет различные форм-факторы. Так что выбор, какой именно использовать, остается за вами. Доступно три варианта: 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Серфинг по eBay или Aliexpress показывает, что китайцы предлагают версию TO-92 во влагозащищенном корпусе. То есть, вы можете смело окунать подобное чудо в воду, использовать под дождем и т.д. и т.п. Эти сенсоры изготавливаются с тремя выходными контактами (черный - GND, красный - Vdd и белый - Data).
Различные форм-факторы датчиков DS18B20 приведены на рисунке ниже.
Модель DS18B20 во влагозащищенном корпусе:
DS18B20 удобен в использовании. Запитать его можно через контакт data (в таком случае вы используете всего два контакта из трех для подключения!). Сенсор работает в диапазоне напряжений от 3.0 В до 5.5 В и измеряет температуру в диапазоне от -55°C до +125°C (от -67°F до +257°F) с точностью ±0.5°C (от -10°C до +85°C).
Еще одна крутая фича: вы можете подключить параллельно вплоть до 127 датчиков! и считывать показания температуры с каждого отдельно. Не совсем понятно, в каком проекте подобное может понадобится, но подключить два сенсора и контролировать температуру в холодильнике и морозильной камере можно. При этом вы оставите свободными кучу пинов на Arduino... В общем, фича приятная.
Что вам понадобится для контроля температуры с помощью Arduino и DS18B20
Программное обеспечение
- Естественно, вам необходима Arduino IDE;
- Библиотека OneWire library, которая значительно облегчает работу с Arduino и датчиком DS18B20;
- Скетч...
Загружаем скетч на Arduino
Скетч, который представлен ниже, есть в библиотеке OneWire, в категории examples. Перейдите в “File” - “Examples” - “OneWire” и выберите пример “DS18x20_Temperature”. Код программы представлен ниже.
Данный пример использует библиотеку OneWire Library, для того, чтобы собрать данные со всех подключенных датчиков температуры DS28B20 (как подключить несколько сенсоров описано в конце статьи) и отобразить их в окне серийного монитора Arduino IDE.
В окне серийного монитора вы увидите примерно следующее:
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
No more addresses.
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1
Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit
No more addresses.
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1
Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit
No more addresses.
Убедитесь, что вы указали корректные пины!
В строке 10, где указано “OneWire ds(2);” устанавливается пин, к которому подключен контакт data с сенсора.
В этом примере использован пин 2, но значения пина по умолчанию в примере OneWire стоит на 10. Можно использовать и его.
#include <OneWire.h>
// пример использования библиотеки OneWire DS18S20, DS18B20, DS1822
OneWire ds(2); // на пине 10 (нужен резистор 4.7 КОм)
void setup(void) {
Serial.begin(9600);
void loop(void) {
byte present = 0;
float celsius, fahrenheit;
if (!ds.search(addr)) {
Serial.println("No more addresses.");
Serial.println();
ds.reset_search();
Serial.print("ROM =");
Serial.write(" ");
Serial.print(addr[i], HEX);
if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) {
Serial.println("CRC is not valid!");
Serial.println();
// первый байт определяет чип
Serial.println(" Chip = DS18S20"); // или более старый DS1820
Serial.println(" Chip = DS18B20");
Serial.println(" Chip = DS1822");
Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
ds.select(addr);
delay(1000); // 750 может быть достаточно, а может быть и не хватит
// мы могли бы использовать тут ds.depower(), но reset позаботится об этом
present = ds.reset();
ds.select(addr);
Serial.print(" Data = ");
Serial.print(present, HEX);
Serial.print(" ");
data[i] = ds.read();
Serial.print(data[i], HEX);
Serial.print(" ");
Serial.print(" CRC=");
Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);
Serial.println();
// конвертируем данный в фактическую температуру
// так как результат является 16 битным целым, его надо хранить в
// переменной с типом данных "int16_t", которая всегда равна 16 битам,
// даже если мы проводим компиляцию на 32-х битном процессоре
int16_t raw = (data
if (data == 0x10) {
raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data;
byte cfg = (data & 0x60);
// при маленьких значениях, малые биты не определены, давайте их обнулим
if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7; // разрешение 9 бит, 93.75 мс
else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // разрешение 10 бит, 187.5 мс
else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // разрешение 11 бит, 375 мс
//// разрешение по умолчанию равно 12 бит, время преобразования - 750 мс
celsius = (float)raw / 16.0;
fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0;
Serial.print(" Temperature = ");
Serial.print(celsius);
Serial.print(" Celsius, ");
Serial.print(fahrenheit);
Serial.println(" Fahrenheit");
Как подключить несколько сенсоров DS18B20 к Arduino?
Вы можете подключить несколько цифровых датчиков температуры DS18B20 параллельно. При этом библиотека OneWire library позволит вам считывать данные со всех датчиков одновременно.
Ниже описаны два метода подключения сенсоров.
Для большого количества сенсоров (больше 10), надо использовать резисторы с меньшим сопротивлением (например, 1.6 КОм или даже меньше).
Кроме того, если вы подключаете параллельно более 10 датчиков, могут возникнуть проблемы (погрешности при съеме показаний). Поэтому рекомендуется устанавливать дополнительный резистор сопротивлением 100...120 Ом между контактом data на Arduino и data на каждом сенсоре!
Результат работы предыдущего скетча с двумя подключенными сенсорами может выглядет примерно следующим образом:
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 51 1 4B 46 7F FF F 10 FE CRC=FE
Temperature = 21.06 Celsius, 69.91 Fahrenheit
ROM = 28 DA CA 27 5 0 0 49
Data = 1 4E 1 4B 46 7F FF 2 10 D9 CRC=D9
Temperature = 20.87 Celsius, 69.57 Fahrenheit
No more addresses.
Выбираем правильный сенсор
Было бы неплохо знать, с какого именно сенсора вы получаете данные, когда вы используете параллельно несколько датчиков. Как это сделать?
Серийный номер
Так как датчики цифровые, у каждого из них есть индивидуальный серийный номер, который можно использовать для опознавания того или иного сенсора. Вроде бы все просто. Но... нам ведь надо предварительно определить эти серийные номера, прежде чем использовать их для опознавания сенсора, правильно?
Вы могли обратить на примерах выше, что скетч выдает нам данные в виде 64-битного серийного номера - значение “ROM”. Например:
28 88 84 82 5 0 0 6A или 28 DA CA 27 5 0 0 49 в примере выше.
Не забывайте, если вы используете одновременно большое количество датчиков (10 и больше), надо добавить резисторы 100 … 120 Ом между контактами data с сенсора DS18B20 и пином data на Arduino (для каждого датчика!).
Ниже показана схема параллельного подключения нескольких сенсоров с использованием трех контактов.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Все-таки фирма «Dallas Semiconductor» рулит. Выпускают множество уникальных и недорогих штуковин. Одна из них — цифровой датчик температуры DS18B20. Штуковина чуть меньше вишневой косточки с тремя выводами. Первый вывод – питание + 5 вольт, второй – общий (ноль), ну а третий – сигнальный, с него снимается последовательный код пропорциональный температуре. Датчик обеспечивает измерение температуры в диапазоне (–55… +125)°C с погрешностью измерений ±0.5°C на диапазоне (-10… +85)°C. Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором. Внутри – сложная схема с сенсором, АЦП, ПЗУ, регистрами хранения и системой последовательного вывода.
Основные функциональные возможности DS18B20 — его температурный преобразователь. Разрешающая способность температурного преобразователя может быть изменена пользователем и составляет 9, 10, 11, или 12 бит, соответствуя приращениям 0.5 °C, 0.25°C, 0.125°C, и 0.0625°C, соответственно. Разрешающая способность по умолчанию установлена 12-бит.
У меня валялось штук пять контроллеров PIC16F628 и я как-то вдруг обнаружил что у меня все термометры или ртутные или спиртовые, что было расценено как явный непорядок. Поэтому было решено собрать несколько схем на этом датчике, для измерения температуры на улице, температуры в квартире, ну и еще сделаю один мини-вариант для измерения температуры человека, а то эти аптечные электронные градусники безбожно врут! Ну еще система измерения температуры понадобится для робота, так что в любом случае нужна будет как испытательная.
Из замеченных недостатков:
1. Высокое термическое сопротивление корпуса. То есть БЫСТРО измерять нельзя. Нельзя измерять быстрые изменения. На видео это видно.
2. Диапазон температур -55 — +125 явно не промышленный, да и вообще, скажем, зекам в Оймяконе или подземных ниобиевых рудниках на Таймыре (а там –50-60 и даже –70 бывает) температуру он не покажет. То есть даже не весь бытовой диапазон охватывает.
Плату разводил по одной стороне. Допустил пару косяков при разводке, будут исправлены в последующих выпусках.
Вид сверху. Неработающий разряд – минус температур.
Испытания. Начал дуть феном для сушки волос, потом выключил. Осталось еще в корпус оформить. Себестоимость устройства – 6 долл. Блок питания — от старой мобилы.
Возможно будет изготовлен экспериментальный вариант с питанием от солнечной батареи на ЖК-индикаторах, чтобы вообще не заморачиваться с питанием. Приклеить на окно и пусть себе вечно работает! Кстати, кому нужна будет прошивка, пишите, у меня заведомо правильная.
P.S. Сегодня сравнил показания с другим устройством где датчиком является терморезистор. Как мы видим — все совпадает.
В статье приводится подробное описание интегрального датчика температуры DS18B20 на русском языке. Информация переведена на русский из официальной документации производителя датчика – компании Dallas Semiconductor.
Общее описание.
DS18B20 это цифровой измеритель температуры, с разрешением преобразования 9 - 12 разрядов и функцией тревожного сигнала контроля за температурой. Параметры контроля могут быть заданы пользователем и сохранены в энергонезависимой памяти датчика.
DS18B20 обменивается данными с микроконтроллером по однопроводной линии связи, используя протокол интерфейса 1-Wire.
Диапазон измерения температуры составляет от -55 до +125 °C. Для диапазона от -10 до +85 °C погрешность не превышает 0,5 °C.
У каждой микросхемы DS18B20 есть уникальный серийный код длиной 64 разряда, который позволяет нескольким датчикам подключаться на одну общую линию связи. Т.е. через один порт микроконтроллера можно обмениваться данными с несколькими датчиками, распределенными на значительном расстоянии. Режим крайне удобен для использования в системах экологического контроля, мониторинга температуры в зданиях, узлах оборудования.
Коротко об особенностях DS18B20.
- Для однопроводного интерфейса 1-Wire достаточно одного порта связи с контроллером.
- Каждое устройство имеет уникальный серийный код длиной 64 разряда.
- Возможность подключения нескольких датчиков через одну линию связи.
- Нет необходимости во внешних компонентах.
- Возможность получать питание непосредственно от линии связи. Напряжение питания в пределах 3,0 В … 5,5 В.
- Диапазон измерения температуры -55 ... +125 °C.
- Погрешность не превышает 0,5 °C в диапазоне -10 ... +85 °C.
- Разрешение преобразования 9 … 12 бит. Задается пользователем.
- Время измерения, не превышает 750 мс, при максимально возможном разрешении 12 бит.
- Возможность программирования параметров тревожного сигнала.
- Тревожный сигнал передает данные об адресе датчика, у которого температуры вышла за заданные пределы.
- Совместимость программного обеспечения с DS1822.
- Крайне широкие области применения.
Назначение выводов.
Обзор датчика DS18B20.
На рисунке 1 блок-схема датчика DS18B20. 64-битное ПЗУ (ROM) хранит уникальный серийный код устройства. Оперативная память содержит:
- значение измеренной температуры (2 байта);
- верхний и нижний пороговые значения срабатывания тревожного сигнала (Th, Tl);
- регистр конфигурации (1 байт).
Через регистр конфигурации можно установить разрешение преобразования термодатчика. Разрешение может быть задано 9, 10, 11 или 12 бит. Регистр конфигурации и пороги тревожного сигнала содержатся в энергонезависимой памяти (EEPROM).
Режим – измерение температуры.
Основная функция DS18B20 – преобразование температуры датчика в цифровой код. Разрешение преобразования задается 9, 10, 11 или 12 бит. Это соответствует разрешающей способность - 0,5 (1/2) °C, 0,25 (1/4) °C, 0,125 (1/8) °C и 0,0625 (1/16) °C. При включении питания, состояние регистра конфигурации устанавливается на разрешение 12 бит.
После включения питания DS18B20 находится в низко-потребляющем состоянии покоя. Чтобы инициировать измерение температуры мастер (микроконтроллер) должен выполнить команду ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ . После завершения преобразования, результат измерения температуры будет находиться в 2 байтах регистра температуры, и датчик опять перейдет в состояние покоя.
Если DS18B20 включен по схеме с внешним питанием, то мастер может контролировать состояние команды конвертации. Для этого он должен читать состояние линии (выполнять временной слот чтения), по завершению команды, линия перейдет в высокое состояние. Во время выполнения команды конвертации линия удерживается в низком состоянии.
DS18B20 измеряет температуру в градусах по шкале Цельсия. Результат измерения представляется как 16-разрядное, знаковое число в дополнительном коде (рис. 2.) . Бит знака (S) равен 0 для положительных чисел и равен 1 для отрицательных. При разрешении 12 бит, у регистра температуры все биты значащие, т.е. имеют достоверные значения. Для разрешения 11 бит, не определен бит 0. Для 10-битного разрешения не определены биты 0, 1. При разрешении 9 бит, не достоверное значение имеют биты 0, 1 и 2. В таблице 2 показаны примеры соответствия цифровых кодов значению температуры.
Для людей не искушенных в двоичной математике, напишу, что для вычисления температуры надо:
- При положительном значении (S=0) код перевести в десятичный и умножить на 0,0625 °C.
- При отрицательном значении (S=1) сначала необходимо перевести дополнительный код в прямой. Для этого надо инвертировать каждый разряд двоичного кода и прибавить 1. А затем перевести в десятичный и умножить на 0,0625 °C.
Режим – передача тревожного сигнала.
После выполнения команды преобразования температуры, измеренное значение сравнивается с верхним и нижним порогами из регистров Th, Tl (формат на рисунке 3). Это байтовые значения, знаковые, в дополнительном коде, S =0 означает, что число положительное, а S=1 – отрицательное. Хранятся пороговые значения в энергонезависимой памяти (EEPROM). Th и Tl доступны для чтения и записи через байты 2, 3 оперативной памяти. Подробно об этом в разделе .
Из-за разной длины регистров TH, TL и температуры, они сравниваются только с битами 11 по 4 регистра температуры. Если значение измеренной температуры превышает TH или ниже, чем TL, то формируется признак аварии в DS18B20. Признак перезаписывается с каждым измерением температуры, и если температура возвращается в заданные пределы, то он сбрасывается.
Ведущее устройство может проверить состояние признака аварии с помощью команды ПОИСК ТРЕВОЖНОГО СИГНАЛА . Любой датчик с активным признаком ответит на команду поиска. Таким образом, мастер точно определит, какой DS18B20 вырабатывает сигнал тревоги. После изменения значений регистров TH и TL, только следующее преобразование температуры сформирует достоверный признак тревоги.
Питание термодатчика DS18B20.
Однако когда DS18B20 выполняет операцию преобразования температуры или копирования данных памяти в EEPROM, потребляемый ток может достигать величины 1,5 мА. Такой ток может вызвать снижение напряжения питания устройства до недопустимого значения. Тока подтягивающего резистора и энергии, запасенной на Cpp, не достаточно для питания в этих двух режимах. Для того чтобы гарантировать достаточное питание устройства, необходимо обеспечить мощную подтяжку шины к высокому уровню в то время, когда происходит преобразование температуры или копирование данных памяти в EEPROM. Это можно сделать с помощью MOSFET транзистора, как показано на схеме (рисунок 4). Шина данных должна быть подключена к мощному питанию:
- в течение 10 мкс после команд КОНВЕРТИРОВАНИЯ и КОПИРОВАНИЯ ПАМЯТИ ;
- в течение времени преобразования (tconv) и передачи данных (не менее t WR =10мс).
Никаких других операций в это время на шине допускать нельзя.
Как правило, у современных микроконтроллеров выходного тока высокого уровня вполне достаточно для питания DS18B20. Тогда в MOSFET транзисторе необходимости нет.
Для питания DS18B20 может быть использован обычный метод – подключение внешнего питания через вывод V DD (рисунок 5). Очевидные преимущества этого метода в отсутствии необходимости в MOSFET транзисторе и в том, что во время преобразования шина остается свободной и может использоваться в других целях.
Я, в таких случаях, использую следующую схему подключения DS18B20.
В этой схеме термодатчик работает в режиме с внешним питанием, которое запасается на дополнительном конденсаторе через диод. В моих устройствах схема работает отлично.
64-разрядный серийный код устройства.
Память датчика.
Организация памяти DS18B20 показана на рисунке 7. Вся память включает в себя оперативную (SRAM) и энергонезависимую (EEPROM) память. В EEPROM хранятся регистры TH, TL и регистр конфигурации. Если функция тревожного сигнала не используется, то регистры TH и TL могут использоваться как регистры общего назначения. Все команды управления памятью подробно описаны в разделе .
В байтах с адресами 0 и 1 хранятся младший и старший байты регистра измеренной температуры. Эти байты доступны только для чтения. 2й и 3й байты – TH и TL регистры. Байт 4 – регистр конфигурации. Подробно об этом регистре в разделе РЕГИСТР КОНФИГУРАЦИИ. Байты 5, 6, 7 зарезервированы, не могут быть записаны и, при чтении, всегда возвращают 1.
Байт 8 доступен только для чтения. Он содержит циклический код (CRC) для первых восьми байтов. DS18B20 формирует этот код по способу, описанному в части .
Запись данных в байты 2, 3 и 4 происходит командой ЗАПИСЬ ПАМЯТИ . Данные должны передаваться, начиная с младшего бита байта 2. Для проверки записи данных можно прочитать память командой ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ [код BEh]. При чтении данные передаются по шине, в последовательности начиная с младшего бита байта 0. Запись данных TH, TL и регистра конфигурации в EEPROM происходит по команде КОПИРОВАНИЕ ПАМЯТИ .
При включении питания, данные из энергонезависимой памяти EEPROM перегружаются в оперативную память (SRAM). Перезагрузку данных из EEPROM можно также сделать командой ПЕРЕЗАГРУЗКА E 2 . Мастер должен контролировать состояние шины, чтобы определить завершение перезагрузки. Слот чтения низкого уровня означает, что перезагрузка еще не закончилась. По завершению перезагрузки DS18B20 передает слот чтения 1.
Регистр конфигурации термодатчика.
Байт 4 памяти это регистр конфигурации (формат на рисунке 8). Битами R0, R1 можно установить разрешение преобразования (коды в таблице 3). При включении питания состояние битов R0, R1 = 11, что соответствует разрешению 12 бит. Надо помнить, что существует прямая зависимость времени преобразования от разрешающей способности. Биты 7 и 0…4 зарезервированы, не могут использоваться, при чтении возвращают 1.
Генерация циклического кода (CRC)
Байты циклического кода (CRC) расположены в 64-битовом ROM коде и в девятом байте памяти SRAM. Циклический код из ROM вычисляется для 56ти битов кода ROM и располагается в старшем байте ROM. Циклический код из SRAM вычисляется из байтов 0…7 SRAM. Циклический код позволяет контролировать правильность чтения данных из DS18B20. Мастер вычисляет циклический код для полученных данных и сравнивает с принятым кодом. На основании этого принимается решение о корректности данных.
Образующий полином циклического кода выглядит так:
C R C = X 8 + X 5 + X 4 + 1
Мастер может вычислить циклический код используя генератор полинома, по схеме на рисунке 9. Он состоит из регистра сдвига и логических элементов типа “исключающее ИЛИ”. Регистр сдвига изначально находится в состоянии 0. Биты поступают в регистр сдвига, начиная с младшего бита, кода из ROM или из SRAM, один бит в один такт сдвига. После сдвига 56го бита ROM или старшего бита 7го байта SRAM, в регистре сдвига будет вычисленный циклический код. Если сдвинуть в генератор 8 бит ROM или SRAM, принятые из DS18B20, то в случае правильных данных, регистр сдвига будет содержать все 0.
Однопроводной интерфейс 1-Wire
Система с шиной 1-Wire состоит из одного ведущего устройства (МАСТЕР), которое управляет одним или несколькими ведомыми устройствами (СЛЕЙВ). DS18B20 может быть только ведомым. Система, в которой одно ведомое устройство, называется одноточечной. Система с несколькими ведомыми – многоточечной. Все команды и данные обмена передаются по шине младшим битом вперед. В дальнейшей информации об интерфейсе 1-Wire выделены три раздела: аппаратная конфигурация, последовательность операций и сигналы (типы и временные требования).
Аппаратная конфигурация.
Интерфейс 1-Wire имеет одну линию связи. Каждое устройство (ведущее или ведомое) подключено к шине данных портом с выходом типа открытый коллектор или с тремя состояниями. Такая конфигурация позволяет каждому устройству системы не занимать линию связи, когда оно не активно, и держать шину свободной для других устройств. В микросхеме DS18B20 выход (DQ) – открытый сток. Его эквивалентная схема приведена на рисунке 10. Шина 1-Wire требует применения внешнего подтягивающего резистора сопротивлением приблизительно 5 кОм, для обеспечения высокого уровня сигнала при неактивном состоянии устройств. Если операция должна быть приостановлена, шина должна быть установлена в неактивное состояние до следующей операции. Шина может находиться в состоянии высокого уровня сколь угодно долгое время. Перевод шины в состояние низкого уровня на время более чем 480 мкс приведет к тому, что все компоненты системы будут сброшены.
Последовательность операций.
Очередность операций для доступа к термодатчику DS18B20 выглядит так.
- Инициализация.
- Команда ROM (необходима для любого обмена данными).
- Функциональная команда (необходима для любого обмена данными).
Такая последовательность должна строго соблюдаться. В противном случае DS18B20 не будет реагировать на команды. Исключением являются команды ПОИСК ПЗУ [код F0h] и ПОИСК АВАРИИ [код ECh]. После формирования этих двух команд, ведущее устройство (мастер) должно вернуться к первому шагу (инициализация).
Инициализация.
Обмен по шине всегда начинается с операции ИНИЦИАЛИЗАЦИИ. Для инициализации ведущее устройство вырабатывает импульс сброса, за ним должен последовать импульс присутствия от ведомого устройства. Импульс присутствия сообщает ведущему устройству, что ведомое устройство присутствует в системе и готово к выполнению операции. Временные параметры импульсов сброса и присутствия описаны в разделе .
Команды ROM кодов.
После того как ведущее устройство получит импульс присутствия, оно может оперировать командами ROM. Это команды для операций с 64-битными индивидуальными кодами каждого ведомого устройства. Они позволяют ведущему устройству выбрать конкретное ведомое устройство среди многих других. Также, используя эти команды, можно узнать, сколько ведомых устройств подключено к шине, их типы, выделить устройства в состоянии тревоги. Существует 5 команд ROM, длиной 8 бит каждая. Ведущее устройство должно послать команду ROM перед выполнением функциональных команд DS18B20. Блок-схема выполнения ROM команд изображена на рисунке 11.
Поиск ROM
После включения питания, ведущее устройство должно считать ROM коды всех ведомых устройств, подключенных к шине. Это позволит определить число ведомых устройств и их типы. Ведущее устройство изучает ROM коды через процесс идентификации кодов каждого устройства на шине. Оно должно выполнить команду поиска ROM столько раз, сколько необходимо для идентификации всех ведомых устройств. При одном ведомом устройстве в системе проще использовать команду ЧТЕНИЕ ROM. После поиска ROM, операции на шине должны опять начаться с инициализации.
Чтение ROM
Команда применяется в одноточечных системах, с одним ведомым устройством. Она дает возможность ведущему устройству прочитать 64-битный ROM код, без использования команды ПОИСК ROM. Применение команды ЧТЕНИЕ ROM в многоточечной системе приведет к конфликтам данных между ведомыми устройствами.
Совпадение ROM
Команда СОВПАДЕНИЕ ROM, после которой должен следовать 64-битный код ROM, позволяет мастеру обращаться к конкретному ведомому устройству. Только одно ведомое устройство, код которого совпадает с переданным кодом, прореагирует на функциональные команды. Другие ведомые устройства будут неактивными до следующего импульса сброса.
Пропуск ROM
Команда позволяет ведущему устройству обращаться ко всем устройствам шины одновременно, без использования ROM кодов. Например, можно запустить на всех устройствах операцию преобразования температуры, выполнив команду ПРОПУСК ROM, а затем КОНВЕРТАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ. Команда ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ может следовать за командой ПРОПУСК ROM только при одном ведомом устройстве, подключенным к линии связи. Такая последовательность команд значительно экономит время обмена с датчиками. Особенно она эффективна при использовании в системе одного ведомого устройства.
Поиск тревожного сигнала
Команда действует идентично команде ПОИСК ROM. Отличается тем, что на нее ответят только ведомые устройства в состоянии тревоги. Команда позволяет ведомому устройству определить, какие термодатчики находятся в состоянии тревоги после последнего преобразования температуры. После каждого ПОИСКА ТРЕВОГИ необходимо возвращаться на ИНИЦИАЛИЗАЦИЮ.
Группа функциональных команд
После выполнения ROM команды для выбора DS18B20 с нужным кодом, ведущее устройство может посылать функциональные команды датчика. Они позволяют записать и прочитать данные из оперативной памяти DS18B20, инициировать преобразование температуры и определить режим питания. Функциональные команды DS18B20 описываются ниже, собраны в таблице 4, алгоритм работы с ними приведен на рисунке 12.
Преобразование температуры
Запись памяти
Команда позволяет загрузить 3 байта в оперативную память датчика. Первый байт записывается в регистр Th (2 байт памяти), второй байт в Th (байт 3 памяти) и третий байт в регистр конфигурации (байт 4). Ведущее устройство передает данные, начиная с младшего бита. Все три байта необходимо записать до того как ведущее устройство сформирует сигнал сброс.
Чтение памяти
Команда используется для чтения памяти устройства. Передача данных происходит начиная с младшего бита байта 0 памяти, и продолжается до тех пор, пока все 9 байтов будут считаны. Если требуется только часть данных, ведущее устройство может прервать передачу, сформировав импульс сброса.
Копирование памяти
Команда перезагружает значения регистров Th, Tl и регистра конфигурации из EEPROM в оперативную память. После посылки команды ПЕРЕЗАГРУЗКА, ведущее устройство может выполнить слот чтения, и DS18B20 сообщит состояние перезагрузки. Передача 0 будет означать, что операция еще выполняется, 1 – операция завершена. Операция перезагрузки автоматически происходит при включении питания. Поэтому в оперативной памяти содержатся достоверные данные сразу после подачи питания.
Чтение режима питания
Таблица 4. Функциональные команды DS18B20.
| КОМАНДА | ОПИСАНИЕ | КОД | ОПЕРАЦИИ НА ШИНЕ | ПРИМЕЧАН. |
| КОМАНДА КОНВЕРТИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ | ||||
| Измерение температуры | Инициализирует измерение температуры | 44h | DS18B20 передает мастеру состояние операции преобразования температуры | 1 |
| КОМАНДЫ РАБОТЫ С ПАМЯТЬЮ | ||||
| Чтение памяти | Читает всю оперативную память, включая циклический код CRC | BEh | DS18B20 передает мастеру до 9 байт | 2 |
| Запись памяти | Записывает в оперативную память байты 2, 3 и 4 (TH, TL и регистр конфигурации) |
4Eh | Мастер передает 3 байта на DS18B20. | 3 |
| Копирование памяти | Копирует TH, TL, и регистр конфигурации из оперативной памяти в EEPROM | 48h | 1 | |
| Перегружает TH, TL, и регистр конфигурации из EEPROM в оперативную память. | B8h | DS18B20 передает состояние перезагрузки мастеру | ||
| Чтение режима питания | Информирует мастера о режиме питания DS18B20. | B4h | DS18B20 передает мастеру режим питания | |
Примечания.
Интерфейс 1-Wire
Для обмена данными DS18B20 использует протокол интерфейса 1-Wire, обеспечивающий контроль целостности данных. Этот протокол определяет сигналы:
- импульс сброса,
- импульс присутствия,
- запись бита со значением 0,
- запись бита со значением 1,
- чтения бита со значением 0,
- чтения бита со значением 1.
Все эти сигналы, кроме импульса присутствия, формирует ведущее устройство.
Инициализация – импульсы сброса и присутствия
Любые коммуникационные операции DS18B20 начинаются с последовательности инициализации, которая состоит из импульса сброса от ведущего устройства ведомому, и ответного импульса присутствия из DS18B20. Этот процесс показан на рисунке 13. Термодатчик посылает импульс присутствия в ответ на импульс сброса, чтобы сообщить ведущему устройству, что он подключен к шине и готов к использованию.
Во время последовательности инициализации ведущее устройство передает импульс сброса (Tx), формируя на шине сигнал низкого уровня в течение времени не менее 480 мкс. Далее, ведущее устройство освобождает шину и переходит в режим приема (Rx). Когда шина освобождается, она подтягивается к высокому логическому уровню резистором 5 кОм. Датчик выделяет положительный фронт, ждет 15-60 мкс и передает импульс присутствия, удерживая низкий уровень линии на время 60-240 мкс.
Временные слоты чтения и записи.
Обмен данными по шине 1-Wire происходит временными слотами (тайм-слотами). Один временной слот передает один бит информации.
Временные слоты записи.
Протокол определяет два типа тайм-слотов записи данных в DS18B20: для записи значения 1 и записи значения 0. Длительность слота записи - не менее 60 мкс с паузой на восстановление между слотами 1,0 мкс, как минимум. Инициируется любой слот записи отрицательным фронтом сигнала шины (рис. 14).
Для формирования слота записи 1, после перевода шины в низкое состояние, ведущее устройство должно освободить шину на время 15 мкс. Подтягивающий резистор 5 кОм создаст на шине напряжение высокого уровня.
Для формирования слота записи 0, после перевода шины в низкое состояние, ведущее устройство должно продолжать удерживать шину в низком состоянии в продолжение всего времени слота (как минимум 60 мкс).
DS18B20 проверяет состояние сигнала в отрезке времени между 15 и 60 мкс, отсчитывая его от начала слота записи. Состояние шины на этом отрезке соответствует значению бита для записи в датчик.
Временные слоты чтения.
Длительность слота чтения, как и слота записи, должна быть не менее 60 мкс с паузой на восстановление между слотами 1 мкс, как минимум. Инициируется любой слот чтения отрицательным фронтом сигнала шины (рисунок 14).
После того как ведущее устройство инициализировало слот чтения, DS18B20 передает бит данных. Для передачи 1 датчик оставляет шину свободной (в высоком состоянии), а для передачи 0 – формирует на шине низкий уровень.
При передаче 0, DS18B20 должен освободить шину в конце слота. Подтягивающий резистор сформирует на ней высокий уровень. Выходные данные DS18B20 достоверны в течение 15 мкс, от начала слота чтения.
На рис. 15 показано, что общая сумма временных интервалов слота чтения Tinit , TRC и TSAMPLE должна быть не более 15 мкс.
Рис. 16 показано, что для максимальной надежности приема данных необходимо уменьшить Tinit и TRC и читать состояние шины в конце отрезка 15 мкс.
Пример 1 работы с DS18B20.
РЕЖИМ МАСТЕРА
ПОЯСНЕНИЯ
Пример 2 работы с DS18B20.
|
РЕЖИМ МАСТЕРА |
ДАННЫЕ ШИНЫ |
ПОЯСНЕНИЯ |
| TX | Reset | Мастер формирует импульс сброса. |
| RX | Presence | |
| TX | CCh | |
| TX | 4Eh | Мастер выполняет команду записи памяти. |
| TX | 9 байта данных | Мастер посылает три байта (TH, TL, и регистр конфигурации). |
| TX | Reset | Мастер формирует импульс сброса. |
| RX | Presence | DS18B20 отвечает импульсом присутствия. |
| TX | CCh | Мастер выполняет команду пропустить ROM. |
| TX | BEh | Мастер посылает команду чтения памяти. |
| RX | 9 байтов данных | Мастер читает всю оперативную память, включая циклический код CRC. Затем вычисляет CRC для первых восьми байтов и сравнивает с принятым кодом. Если коды не равны, мастер повторяет операцию чтения. |
| TX | Reset | Мастер формирует импульс сброса. |
| RX | Presence | DS18B20 отвечает импульсом присутствия. |
| TX | CCh | Мастер выполняет команду пропустить ROM. |
| TX | 48h | Мастер выполняет команду копирования памяти. |
| TX | DQ линия подключена к шине питания | Мастер подключает DQ к шине питания на время преобразования. |
Предельно-допустимые параметры DS18B20
Указаны предельные величины параметров. Превышение этих параметров недопустимо. Эксплуатация длительное время с предельными значениями параметров может уменьшить надежность устройства.
Примечания:
Электрические характеристики EEPROM переменного тока (- 55 … + 125 °C, V DD = 3,0 ... 5,5 В).
| ПАРАМЕТР | ОБОЗНАЧЕНИЕ | УСЛОВИЯ | МИН. | ТИП. | МАКС. | ЕД. ИЗМ. |
| Время цикла записи | t wr | 2 | 10 | мс | ||
| Число записей | N EEWR | -55°C - +55°C | 50000 | цикл | ||
| Время хранения | t EEDR | -55°C - +55°C | 10 | лет |
Электрические характеристики переменного тока (- 55 … + 125 °C, V DD = 3,0 ... 5,5 В).
| ПАРАМЕТР | ОБОЗНАЧЕНИЕ | УСЛОВИЯ | МИН. | ТИП. | МАКС. | ЕД. ИЗМ. | ПРИМЕ ЧАНИЕ |
| Время преобразования температуры | t CONV | разрешение 9 бит | 93.75 | мс | 1 | ||
| разрешение 10 бит |
187.5 | мс | 1 | ||||
| разрешение 11 бит |
375 | мс | 1 | ||||
| разрешение 12 бит |
750 | мс | 1 | ||||
| Время подключения к мощному питанию | t SPON | Посылка команды конвертации температуры | 10 | мкс | |||
| Время слота | t SLOT | 60 | 120 | мкс | 1 | ||
| Время восстановления | t REC | 1 | мкс | 1 | |||
| Время записи 0 | r LOW0 | 60 | 120 | мкс | 1 | ||
| Время записи 1 | t LOW1 | 1 | 15 | мкс | 1 | ||
| Время чтения данных | t RDV | 15 | мкс | 1 | |||
| Время высокого уровня сброса | t RSTH | 480 | мкс | 1 | |||
| Время низкого уровня сброса | t RSTL | 480 | мкс | 1,2 | |||
| Время высокого уровня присутствия | t PDHIGH | 15 | 60 | мкс | 1 | ||
| Время низкого уровня присутствия | t PDLOW | 60 | 240 | мкс | 1 | ||
| Емкость | C IN/OUT | 25 | пкФ |
Примечания:
Рисунок 18. Временные диаграммы.
Описание получилось большим. С датчиками работать не просто. Они требуют достаточно сложных программных функций, но с аппаратной точки зрения DS18B20 просто подключаются, точно измеряют, не требуют АЦП и т.д.
Как пример использования термодатчиков DS18B20, могу привести мою разработку - . Используются два термодатчика. Один измеряет температуру воздуха в , второй - температуру радиатора .
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.В ассортименте нашего магазина появился датчик температуры DALLAS 18B20 во влагозащищенном корпусе с широким диапазоном измеряемых температур от -55 до +125°С. Данные о влагозащищенности и максимальной температуре в +125 градусов сразу натолкнули на мысли об экстремальном тестировании в кипящей воде. Этим мы и займемся.
Компоненты для повторения (купить в Китае):
Данный датчик работает по шине 1-Wire.
Каждое такое устройство содержит уникальный 64-битный "ROM" код, состоящий из 8 битов, определяющих код серии, 48 бит уникального номера и 8 бит помехоустойчивого CRC кода.
Информация об измеренной температуре хранится в оперативной памяти датчика, которая состоит из 9 байт.
1 и 2 байты хранят информацию о температуре.
3 и 4 байты хранят соответственно верхний и нижний пределы температуры.
5 и 6 байты зарезервированы.
7 и 8 байты используются для сверхточного измерения температуры.
9 байт хранит помехоустойчивый CRC код предыдущих 8 байт.
Основные команды, используемые при работе с библиотекой:
search(addressArray)
Выполняет поиск следующего 1-Wire устройства, если устройство найдено, то в 8 байтный массив addressArray записывается его ROM код, иначе возвращает false.
reset_search()
Выполняет новый поиск с первого устройства.
reset()
Выполняет сброс шины, необходимо перед связью с датчиком.
select(addressArray)
Выполняет выбор устройства после сброса, передается ROM Код устройства.
write(byte)
Передает информационный байт на устройство
write(byte, 1)
read()
Считывает информационный байт с устройства
crc8(dataArray, length)
Вычисляет CRC код байтов из массива dataArray, длиной length
При помощи команды write, мы можем передавать управляющие команды на датчик в виде байтов, рассмотрим основные из них:
0x44 - провести измерение температуры и записать данные в оперативную память
0x4E - записать 3 байта в 3й, 4й и 5й байты оперативной памяти
0x48 - скопировать 3й и 4й байты оперативной памяти в EEPROM
0xB8 - скопировать данные из EEPROM В 3й и 4й байты оперативной памяти
Подключение к Arduino
Из датчика выходят три провода:
Красный: "+" питания.
Черный: "-" питания
Белый: Вывод выходного сигнала
Подключение датчика:
Красный: на + 5 Вольт Arduino.
Черный на любой из GND пинов--- Arduino.
Белый на любый цифровой вход Arduino (в примере D10).
Для работы датчика необходимо соединить сигнальный провод с проводом питания резистором номиналом 4.7 кОм.
Для начала рассмотрим самый полезный пример для работы с датчиком - вывод показаний температуры в монитор порта.
Пример программного кода
#include
Dallas18B20 экстремальное тестирование
Как уже говорилось, мы решили устроить датчику экстремальное тестирование, но просто опускать датчик в кипяток это не интересно. Поместим датчик в стакан и прокипятим. Для наглядности в монитор порта будут выводиться значения температуры. На прикрепленном ниже видео видно плавное нарастание температуры. Хочется отметить что температура воды при нормальном атмосферном давлении не может быть выше 100 °С. При тестировании датчика в кипящей воде, максимально зафиксированная нами температура составила 99.87°С. Тест можно считать успешным.
В схему было добавлено реле, для автоматического отключения кипятильника при температуре 99.5°С. Чтобы не резать провода на кипятильнике подключим через розетку, внутри которой находится вышеупомянутое реле.
Важно
Датчик температуры находится в металлическом корпусе, переход от металла на кабель заизолирован термоусадочной трубкой. На металле трубка прилегает очень плотно, на кабеле слабее, через это место может, хоть вероятность и мала, просочиться вода. С целью избежания данной ситуации мы советуем не погружать датчик в воду целиком. Если у вас все таки есть такая необходимость, мы рекомендуем заизолировать данный участок более тщательно.
Код примера
#include
#include
OneWire ds(10); // Подключаем датчик к 10 цифровому пину
void setup(void) {
Serial.begin(9600);
pinMode(3, OUTPUT);
// Включаем кипятильник
digitalWrite(3, LOW);
}
void loop(void) {
byte i;
byte type_s;
byte data;
byte addr;
float celsius, fahrenheit;
// Ищем алрес датчика
if (!ds.search(addr)) {
Serial.println("No more addresses.");
Serial.println();
ds.reset_search();
delay(250);
return;
}
// Проверяем не было ли помех при передаче
if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) {
Serial.println("CRC is not valid!");
return;
}
Serial.println();
// Определяем серию датчика
switch (addr) {
case 0x10:
Serial.println(" Chip = DS18S20");
type_s = 1;
break;
case 0x28:
Serial.println(" Chip = DS18B20");
type_s = 0;
break;
case 0x22:
Serial.println(" Chip = DS1822");
type_s = 0;
break;
default:
Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
return;
}
ds.reset();
ds.select(addr);
ds.write(0xBE); // Считываем оперативную память датчика
for (i = 0; i < 9; i++) {
data[i] = ds.read(); // Заполняем массив считанными данными
}
// Данные о температуре содержатся в первых двух байтах, переведем их в одно значение и преобразуем в шестнадцатиразрядное число
int16_t raw = (data << 8) | data;
if (type_s) {
raw = raw << 3;
if (data == 0x10) {
raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data;
}
}
else {
byte cfg = (data & 0x60);
if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7;
else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3;
else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1;
}
celsius = (float)raw / 16.0;
fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0;
Serial.print("Temp = ");
Serial.print(celsius);
Serial.print(" C, ");
Serial.print(fahrenheit);
Serial.println(" F");
// Если температура достигает температуры кипения (с погрешностью), отключаем кипятильник
if (celsius > 99.5)
{
digitalWrite(3, HIGH);
}
}
Купить в России
Данный датчик использует исключительно 1-Wire протокол – при этом формируется соединение, которое осуществляет коммуникацию на шине, используя всего один управляющий сигнал. Шина должна быть подключена к источнику питания через подтягивающий резистор.
Технические характеристики DS18B20| Параметр | Значение |
| IC Output Type | Digital |
| Sensing Accuracy Range | ± 0.5°C |
| Temperature Sensing Range | -55°C to +125°C |
| Supply Current | 1mA |
| Supply Voltage Range | 3V to 5.5V |
| Resolution (Bits) | 9...12 |
| Sensor Case Style | TO-92 |
| No. of Pins | 3 |
| Base Number | 18 |
| Operating Temperature Max | 85°C |
| Operating Temperature Min | -10°C |
| Operating Temperature Range | -10°C to +85°C |
| Output Current | 4mA |
| Output Type | Digital |
| Package / Case | TO-92 |
| Resolution | 9...12 |
| Sensor / Transducer Type | Temperature |
| Supply Voltage Max | 5.5V |
| Supply Voltage Min | 3V |
| Termination Type | Through Hole |
| Температура эксплуатации, °С | 0...+55 |
| Относительная влажность эксплуатации, % | ...55 |
| Производство | Dallas / Maxim |
| Гарантийный срок эксплуатации | 12 месяцев с даты покупки |
| Вес, г | 10 |
DS1820, DS18S20, DS18B20
- популярные цифровые термодатчики фирмы DALLAS-MAXIM с однопроводным интерфейсом 1-Wire. В связи с неоднозначностью маркировок и обилием схем на данных цифровых термодатчиках, появившихся в радиолюбительской литературе, считаем необходимым дать некоторые пояснения.
Микросхема DS1820 снята с производства
и для её замены рекомендуется микросхема DS18S20
. Однако, следует обратить внимание на то, что микросхемы DS18S20 в корпусе TO-92 маркируются надписью "DS1820" (без буквы S)
. Новая микросхема DS18S20 программно совместима со старой DS1820
и, по заверению производителя, в большинстве случаев может быть непосредственной заменой старой DS1820. Возможно, маркировкой без буквы S производитель хотел указать на эту совместимость. Программная совместимость новой DS18S20 со старой DS1820 гарантированно обеспечивается если в программе применен алгоритм из data sheet.
Как видно из таблицы новая микросхема DS18S20 выполнена в стандартном корпусе TO-92, а старая DS1820 имела удлиненный корпус. По этому признаку Вы также можете убедиться, что продавцы Вам не "втюхивают" устаревшую микросхему.
Микросхема же DS18B20 всегда имеет соответствующую маркировку "DS18B20" и не может быть заменена на DS1820/DS18S20 и обратно без изменения программного кода
.
| Тип датчика | DS1820 | DS18S20 | DS18B20 |
| Маркировка | DS1820 | DS1820 | DS18B20 |
| Корпус | PR-35 (удлин. TO-92) |
TO-92 | TO-92 |
| Разрядность | 9-бит | 9-бит | 9...12бит |
| Время преобразования | 200mS (тип.) 500nS(max) |
750nS (max) | 750nS(max) |
| Точность измерения ±0.5% в области температур | 0 ….+70°С | -10 ….+85°С | -10 ….+85°С |
| Напряжение питания для точности измерения ±0.5% | 4,3-5,5V | 3,0-5,5V | 3,0-5,5V |
| Описание |
