La guida definitiva al sensore di temperatura digitale DS18B20
2024-04-19 3959

DS18B20 è un sensore di temperatura digitale comunemente usato.Emette un segnale digitale e ha le caratteristiche di dimensioni ridotte, sovraccarico di hardware basso, forte capacità anti-interferenza e alta precisione.In questo articolo, introdurremo il sensore DS18B20 uno per uno dagli aspetti della struttura, delle caratteristiche, del principio di lavoro, della disposizione dei pin ecc.

DS18B20 è il primo sensore di temperatura prodotto da Dallas Semiconductor negli Stati Uniti per supportare un'interfaccia "bus single".Ha un basso consumo di energia, una forte capacità anti-interferenza, facile da abbinare ai vantaggi del processore, la temperatura può essere convertita direttamente in un segnale digitale attraverso la linea.DS18B20 utilizzando una comunicazione a 1 filo che è solo una linea di dati (e terra) e una comunicazione microcontrollore.Il sensore ha un intervallo di rilevamento della temperatura da -55 ° C a 125 ° C e ha anche una precisione di +-0,5 ° C quando l'intervallo di temperatura supera da -10 ° C a 85 ° C in aggiunta.Inoltre, il DS18B20 può essere alimentato direttamente dalla linea di dati senza richiedere un alimentatore esterno.

A differenza dei termistori convenzionali, utilizza la tecnologia a bus singolo per ridurre al minimo le interferenze esterne e migliorare l'accuratezza della misurazione.Allo stesso tempo, può convertire direttamente la temperatura misurata in segnali digitali seriali per l'elaborazione dei microcomputer, rendendo semplice la trasmissione e l'elaborazione dei dati attraverso una semplice interfaccia.

- DS18B20+

- DS18B20+T&R

- DS1821C+

Il sensore è composto principalmente da 4 volte, che sono ROM a 64 bit, sensore di temperatura, trigger di allarme di temperatura non volatile TM e registro di configurazione.Il numero di serie a 64 bit nel RO è incantato fotografico prima di lasciare la fabbrica.Può essere considerato come il numero di serie dell'indirizzo del DS18E20.Il numero di serie a 64 bit di ciascun DS18E20 è diverso.Il codice di controllo della ridondanza ciclica (CRC = K ~ 8+X ~ 5+X ~ 4+1) della ROM a 64 bit.La funzione della ROM è quella di rendere diverso ciascun DS18B20, in modo che più DS18B20 possano essere collegati a un bus.

DS18B20 utilizza un protocollo di trasmissione a filo singolo (1 filo) per la comunicazione.Questo protocollo consente al DS18B20 di comunicare con un solo cavo di dati per la trasmissione dei dati e l'alimentazione.

Il sensore può misurare su un intervallo di temperatura compreso tra -55 ° C a 125 ° C, rendendolo adatto per una vasta gamma di esigenze di monitoraggio della temperatura.

Con il bus a 1 filo, possiamo collegare più sensori DS18B20 per la misurazione della temperatura multi-punto.

Ogni sensore DS18B20 ha un indirizzo hardware a 64 bit univoco, che viene automaticamente assegnato dal produttore durante il processo di produzione.Questo indirizzo hardware a 64 bit è associato al numero di modello del sensore, alla data di produzione e al numero di serie, quindi ogni sensore ha la sua identità univoca.Con questo indirizzo hardware a 64 bit, il sensore può essere identificato e comunicato individualmente.

Il DS18B20 emette i valori di temperatura digitale, che possono essere direttamente integrati con i sistemi digitali senza la necessità di conversione del segnale analogico.

Il sensore DS18B20 ha la capacità di misurare le temperature con una precisione massima di ± 0,5 ° C, rendendolo adatto per scenari di applicazione che richiedono un'elevata precisione.

Il sensore opera da un intervallo di tensione di alimentazione da 3 V a 5,5 V. Il suo basso consumo di energia lo rende ideale per gli scenari che richiedono il monitoraggio della temperatura continua per lunghi periodi di tempo.Il consumo energetico di questo sensore è così basso che può funzionare per lunghi periodi senza alcun degrado nelle prestazioni.

Il principio di misurazione della lettura e della scrittura e la misurazione della temperatura di DS18B20 sono uguali a quelli di DS1820, ma il numero di cifre del valore di temperatura ottenuto è diverso a causa di risoluzioni diverse.Rispetto al DS1820, il tempo di ritardo della conversione della temperatura del DS18B20 viene ridotto da 2 secondi a 750 millisecondi.La velocità di oscillazione del coefficiente di temperatura dell'oscillatore di cristallo cambia in modo significativo con le variazioni di temperatura e il segnale generato viene utilizzato come input di impulsi del contatore 2. Contatore 1 e il registro di temperatura sono preimpostati a un valore di base corrispondente a -55 ° C.Il contatore 1 conta il segnale dell'impulso generato dall'oscillatore di cristallo a bassa temperatura.Quando il valore preimpostato del contatore 1 diminuisce a 0, il valore del registro di temperatura aumenterà di 1, il valore preimpostata del contatore 1 verrà ricaricato e il contatore 1 riavvierà il conteggio dei segnali di impulso generati dal coefficiente di temperatura a bassa temperatura oscillatore di cristallo.Questo processo continuerà fino a quando il contatore 2 non conta su 0, a quel punto si fermerà l'accumulo del valore del registro di temperatura.Infine, il valore nel registro di temperatura è la temperatura misurata.

Le immagini sopra sono la configurazione del simbolo, dell'impronta e del pin di DS18B20.

Il processo di guida di DS18B20 si basa principalmente sul sistema di autobus a 1 filo.Questo sistema di bus consente a un maestro del bus di controllare uno o più dispositivi slave.In questo caso, il nostro MCU funge da maestro e il DS18B20 funge sempre da schiavo.Nel sistema di bus a 1 filo, tutti i comandi e i dati vengono inviati in conformità con il principio del bit di basso ordine per primo.

I sistemi di bus a 1 filo utilizzano solo una linea di dati e richiedono un resistore di pull-up esterno di circa 5 kΩ.Pertanto, nello stato inutilizzato, il livello sulla linea di dati è elevato.Ogni dispositivo (maestro o slave) è collegato alla linea di dati tramite un pin gate a drenaggio aperto o a 3 stati.Questo design consente a ciascun dispositivo di "liberare" la riga di dati in modo che quando un dispositivo non trasmetta dati, altri dispositivi possono utilizzare efficacemente la linea di dati.L'interfaccia del bus a 1 filo (pin DQ) di DS18B20 è composta da un circuito a drenaggio aperto del suo circuito interno.La sua configurazione hardware è mostrata nella figura seguente:

Ci sono tre passaggi principali per implementare il driver DS18B20:

Passaggio uno: inizializza DS18B20;

Passaggio due: comando ROM (seguito da qualsiasi richiesta di scambio di dati);

Passaggio tre: comando funzione DS18B20 (seguito da qualsiasi richiesta di scambio di dati);

Ogni accesso a DS18B20 deve seguire questi passaggi.Se uno di questi passaggi è mancante o non eseguito, il DS18B20 non risponderà.

A causa della sua eccezionale precisione, il sensore è spesso impiegato in esperimenti di ricerca scientifica, in particolare quelli che richiedono misurazioni precise della temperatura.

Il sensore DS18B20 svolge un ruolo chiave nella logistica della catena del freddo.Viene utilizzato per monitorare la temperatura delle merci durante il processo di trasporto, garantendo la qualità e la sicurezza delle merci sensibili alla temperatura.

Nel monitoraggio della temperatura nel processo di produzione, il sensore può aiutare le aziende a tenere traccia dello stato del funzionamento dell'attrezzatura in tempo reale per garantire che le attrezzature e i processi siano alle corrette condizioni di temperatura, che a loro volta migliorano l'efficienza e la qualità della produzione.

Nelle apparecchiature elettroniche, i sensori DS18B20 possono essere utilizzati per monitorare la temperatura dei singoli componenti, rilevando tempestivamente le anomalie della temperatura, evitando così problemi come danni alle apparecchiature e perdita di dati dovuti alle alte temperature.

Progettato per sistemi incorporati e dispositivi IoT, questo sensore facilita il monitoraggio della temperatura remoto e la raccolta dei dati collegandosi a dispositivi come i microcontroller o Raspberry Pi.

Inoltre, il sensore è comunemente usato per realizzare sistemi di controllo della temperatura, come termostati, sistemi di controllo della serra, sistemi di condizionamento dell'aria e così via.Utilizzando i sensori DS18B20, questi sistemi possono fornire un controllo preciso della temperatura come richiesto per garantire il corretto funzionamento del sistema.

Il DS18B20 è un piccolo sensore di temperatura con un ADC a 12 bit incorporato.Può essere facilmente connesso a un input digitale Arduino.Il sensore comunica su un autobus a un filo e richiede poco in termini di componenti aggiuntivi.

La funzionalità di base del DS18B20 è il suo sensore di temperatura diretto a digitale.

Un DS18B20 è calibrato in fabbrica per produrre la giusta temperatura.Un LM35 è calibrato in fabbrica per la tensione (non temperatura) e l'Arduino deve convertirlo in temperatura.

Il sensore termico digitale DS18B20 è abbastanza accurato e non richiede componenti esterni per funzionare.Può misurare le temperature da -55 ° C a +125 ° C con una precisione di misurazione di ± 0,5 ° C.