Es gibt viele Arten von Temperaturfühler, und der von DALLAS hergestellte Temperaturfühler DS18B20 ist der beste für den Einsatz in hochpräzisen und hochzuverlässigen Anwendungen. Ultrakleine Größe, extrem geringer Hardware-Overhead, starke Anti-Interferenz-Fähigkeit, hohe Präzision und starke Zusatzfunktionen machen DS18B20 immer beliebter. Die Vorteile von DS18B20 sind unsere beste Wahl zum Erlernen der Mikrocontroller-Technologie und zur Entwicklung temperatur bezogener kleiner Produkte. Das Verständnis der Funktionsprinzipien und Anwendungen kann Ihre Ideen für die Mikrocontroller-Entwicklung erweitern.

wasserdichte Arduino DS18b20 Sensor sonde	ds18b20 Eindraht-Temperatursensor schaltung

2. Merkmale von DS18B20
1. Die Kommunikation erfolgt über eine 1-Wire-Schnittstelle
2. Jeder DS18B20 verfügt über einen einzigartigen 64-Bit-Seriencode, der im Onboard-ROM gespeichert ist.
3. Keine externen Komponenten erforderlich
4. Es kann über die Datenleitung mit Strom versorgt werden und der Stromversorgung bereich beträgt 3,0 V bis 5,5 V.
5. Der messbare Temperaturbereich beträgt -55℃ ~ +125℃
6. Die Genauigkeit beträgt ±0,5℃ im Bereich von -10~+85℃
7. Die Thermometerauflösung kann auf 9~12 Bit eingestellt werden. Bei 12 Bit entspricht die Auflösung 0,0625℃.

  3. Typische Verbindungsmethoden von DS18B20 in praktischen Anwendungen
1. Typische Verbindungsmethode beim Arbeiten unter parasitärer Stromversorgung

4. Einzelbus-Timing
DS18B20 verwendet einen 1-Draht-Bus, um alle Daten auf einer Leitung zu übertragen. Daher stellt das Eindraht-Protokoll sehr strenge Zeitanforderungen, um die Datenintegrität sicherzustellen.
Einzelne Bussignaltypen: Reset-Impuls, Anwesenheitsimpuls, 0 schreiben, 1 schreiben, 0 lesen, 1 lesen. Alle diese Signale außer dem von DS18B20 gesendeten Anwesenheitsimpuls, andere Signale werden vom Buscontroller gesendet.
  Die Datenübertragung beginnt immer mit dem niedrigstwertigen Bit.

Initialisierungszeitpunkt
Die Initialisierungssequenz umfasst das Zurücksetzen von DS18B20 und den Empfang des von DS18B20 zurückgegebenen Anwesenheitssignals.

Der Host muss es vor jeglicher Kommunikation mit DS18B20 initialisieren. Während der Initialisierung zieht der Buscontroller den Bus auf Low und hält ihn für mehr als 480 µs. Das am Bus hängende Gerät wird zurückgesetzt, geben Sie dann den Bus frei und warten Sie bis 15–60 µs. Zu diesem Zeitpunkt gibt 18B20 ein Präsenzsignal mit niedrigem Pegel zwischen 60–240 µs zurück.

Zeitdiagramm für Reset-Impuls und Anwesenheitsimpuls:
DS18B20-Anwendungsschaltung Das DS18B20-Temperaturmesssystem bietet die Vorteile eines einfachen Temperaturmesssystems, einer hohen Temperatur messgenauigkeit, einer bequemen Verbindung und benötigt weniger Schnittstellen leitungen. Das Folgende ist das Temperaturmess schaltbild des DS18B20 in verschiedenen Anwendungsmodi:
5.1. Das Schaltbild des parasitären Stromversorgung modus DS18B20 ist in Abbildung 4 dargestellt. Im parasitären Stromversorgung modus bezieht der DS18B20 Energie aus der einadrigen Signalleitung: Die Energie wird im internen Kondensator gespeichert, während sich der DQ der Signalleitung auf einem hohen Pegel befindet. Wenn sich die Signalleitung auf einem niedrigen Pegel befindet, verbraucht sie die Leistung des Kondensators, um zu arbeiten, und lädt dann die parasitäre Stromversorgung (Kondensator) auf, bis der hohe Pegel erreicht ist.
Die einzigartige Methode der parasitären Stromversorgung hat drei Vorteile:
1) Für die Fernmessung der Temperatur ist keine lokale Stromversorgung erforderlich
2) ROM kann ohne reguläre Stromversorgung gelesen werden
3) Die Schaltung ist einfacher und verwendet nur einen I/O-Port zur Temperaturmessung.
Damit der DS18B20 genaue Temperatur umwandlungen durchführen kann, müssen die I/O-Leitungen sicherstellen, dass während der Temperatur umwandlung ausreichend Energie bereitgestellt wird. Da der Betriebsstrom jedes DS18B20 während der Temperatur umwandlung 1 mA erreicht, kann der 4,7-K-Pull-up-Widerstand allein nicht genügend Energie liefern, wenn mehrere Temperatursensoren an derselben I/O-Leitung zur Mehrpunkt-Temperaturmessung aufgehängt sind. Dies führt dazu, dass die Temperatur nicht umgerechnet werden kann oder der Temperaturfehler extrem groß wird.
Daher ist die Schaltung in Abbildung 4 nur für die Temperaturmessung mit einem einzelnen Temperatursensor geeignet und nicht für den Einsatz in batteriebetriebenen Systemen. Und die Arbeit stromversorgung VCC muss garantiert 5 V betragen. Wenn die Versorgungsspannung sinkt, verringert sich auch die Energie, die das parasitäre Netzteil aufnehmen kann, was den Temperaturfehler erhöht.
5.2. DS18B20-Schaltplan für den parasitären Stromversorgung modus mit starkem Pull-up. Der verbesserte parasitäre Stromversorgung modus ist in Abbildung 5 dargestellt. Damit der DS18B20 während des dynamischen Konvertierung zyklus, bei der Temperatur konvertierung oder dem Kopieren in den E2-Speichervorgang eine ausreichende Stromversorgung erhält, kann die Verwendung eines MOSFET zum direkten Ziehen der I/O-Leitung an VCC ausreichend Strom liefern. Die I/O-Leitung muss innerhalb von maximal 10 μS nach der Ausgabe eines Befehls, der eine Kopie in den E2-Speicher oder die Einleitung einer Temperatur konvertierung beinhaltet, in einen starken Pull-Up-Zustand überführt werden. Der starke Pull-up-Modus kann das Problem eines Stromausfalls lösen und eignet sich daher auch für Mehrpunkt-Temperaturmess anwendungen. Der Nachteil besteht darin, dass für starkes Pull-up-Switching eine weitere E/A-Portleitung benötigt wird.
Hinweis: Im parasitären Stromversorgung modus von Abbildung 4 und Abbildung 5 muss der VDD-Pin von DS18B20 mit Masse verbunden sein.

5.3. Externer Stromversorgungsmodus des DS18B20
Im externen Stromversorgungsmodus ist das funktionierende DS18B20-Netzteil mit dem VDD-Pin verbunden. Zu diesem Zeitpunkt benötigt die E/A-Leitung keinen starken Pull-Up, und es besteht kein Problem mit unzureichendem Stromversorgungsstrom Gewährleisten die konvertierung genauigkeit. Gleichzeitig können theoretisch beliebig viele DS18B20-Sensoren an den Bus angeschlossen werden, um ein Mehrpunkt-Temperaturmess system zu bilden. Hinweis: Im externen Stromversorgungsmodus kann der GND-Pin des DS18B20 nicht schwebend gelassen werden, da sonst die Temperatur nicht umgewandelt werden kann und die Lesetemperatur immer 85 °C beträgt.
Die externe Stromversorgungsmethode ist die beste Arbeitsmethode des DS18B20. Die Arbeit ist stabil und zuverlässig, die Entstörungsfähigkeit ist stark und die Schaltung ist relativ einfach, sodass ein stabiles und zuverlässiges Mehrpunkt-Temperaturüberwachungssystem entwickelt werden kann. Der Webmaster empfiehlt, während der Entwicklung eine externe Stromversorgung zu verwenden, da es schließlich nur eine VCC-Leitung mehr als die parasitäre Stromversorgung gibt. Im externen Stromversorgungsmodus können die Vorteile des breiten Versorgungsspannungsbereichs des DS18B20 voll ausgenutzt werden. Selbst wenn die Versorgungsspannung VCC auf 3 V abfällt, kann die Genauigkeit der Temperaturmessung weiterhin gewährleistet werden.
6. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von DS1820
Obwohl DS1820 die Vorteile eines einfachen Temperaturmess systems, einer hohen Temperaturmess genauigkeit, einer bequemen Verbindung und weniger Schnittstellen leitungen bietet, sollten in praktischen Anwendungen auch die folgenden Punkte beachtet werden:
6.1. Ein geringer Hardware-Overhead erfordert zum Ausgleich eine relativ komplexe Software. Da zwischen DS1820 und dem Mikroprozessor eine serielle Datenübertragung verwendet wird, muss beim Lesen und Schreiben von Programmen auf DS1820 der Lese- und Schreibzeitpunkt unbedingt gewährleistet sein, da sonst die Temperaturmess ergebnisse nicht gelesen werden. Wenn Sie Hochsprachen wie PL/M und C für die Systemprogrammierung verwenden, verwenden Sie am besten die Assemblersprache, um den DS1820-Operationsteil zu implementieren.
6.2. Die relevanten Informationen zu DS1820 erwähnen nicht die Anzahl der an einen einzelnen Bus angeschlossenen DS1820, was leicht zu der irrigen Annahme führen kann, dass beliebig viele DS1820 angeschlossen werden können. In praktischen Anwendungen ist dies nicht der Fall. Wenn mehr als 8 DS1820 an einem einzigen Bus angeschlossen sind, muss das Bustreiberproblem des Mikroprozessors gelöst werden. Dieser Punkt sollte beim Entwurf eines Mehrpunkt-Temperaturmess systems beachtet werden.
6.3. Das an DS1820 angeschlossene Buskabel hat eine Längenbeschränkung. Wenn während des Tests die Übertragungslänge bei Verwendung normaler Signalkabel 50 m überschreitet, treten Fehler in den gelesenen Temperaturmess daten auf. Wenn das Buskabel durch ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel ersetzt wird, kann die normale Kommunikation entfernung 150 m erreichen. Wenn ein abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel mit mehr Drehungen pro Meter verwendet wird, verlängert sich die normale Kommunikation entfernung weiter. Diese Situation wird hauptsächlich durch die Verzerrung der Signalwellenform verursacht, die durch die verteilte Buskapazität verursacht wird. Daher müssen beim Entwurf eines Fern temperaturmess systems mit DS1820 die Probleme der verteilten Kapazität und Impedanzanpassung des Busses vollständig berücksichtigt werden.
6.4. Beim Entwurf des DS1820-Temperaturmess programms wartet das Programm nach dem Senden eines Temperatur umwandlung befehls an den DS1820 immer auf das Rücksignal vom DS1820. Sobald ein DS1820 einen schlechten Kontakt hat oder nicht angeschlossen ist, gibt es beim Lesen des DS1820 durch das Programm kein Rücksignal und das Programm tritt in eine Endlosschleife ein. Diesem Punkt sollte auch bei der Durchführung der DS1820-Hardwareverbindung und des Softwaredesigns besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es wird empfohlen, dass das Temperaturmess kabel ein abgeschirmtes, verdrilltes 4-adriges Kabel ist. Ein Kabelpaar ist mit dem Erdungskabel und dem Signalkabel verbunden, die andere Gruppe ist mit VCC und dem Erdungskabel verbunden und die Abschirmschicht ist an einem einzigen Punkt am Quellenende geerdet.