Точный датчик температуры для arduino

Датчики используют в самых разнообразных схема и проектах. Ни одна автоматизация не обходится без них. Нам они интересны, потому что для упрощения проектирования и популяризации электроники создан проект Arduino. Это готовая плата с микроконтроллером и всем необходимым для работы с ней и программирования. В этой статье мы рассмотрим датчики для Ардуино, но они могут и применяться с другими микроконтроллерами.

Какими бывают датчики?

Сенсоры являются глазами, ушами и другими органами чувств микроконтроллера или другого управляющего устройства. Их различают по роду сигнала и по назначению.

По роду сигнала разделяют на:

А по назначению датчики бывают для измерения:

Уровня воды или других веществ;

И другие специализированные компоненты.

Если говорить об Ардуино, то, при получении информации с датчиков, мы обрабатываемых цифровой сигнал, либо измеряем напряжение с аналогового выхода модуля. Как уже было сказано, сенсоры бывают цифровыми и аналоговыми. Некоторые модули для Ардуино имеют и цифровой и аналоговый выход, что унифицирует их.

По устройству они бывают

Фотоэлементы и другие типы.

Датчик света или освещенности

Простейшим способом определить освещённость чего-либо – использовать фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Можно подключить к Ардуино один из перечисленных вариантов или купить специальную плату – датчик освещенности.

В чем преимущества готового решения? Во-первых, для определения изменений освещенности одного фотоэлемента недостаточно, нужен ещё и обычный или подстроечный резистор, возможно её и компаратор, для ступенчатого срабатывания типа "да/нет". Во-вторых, печатная плата, изготовленная в заводских условиях будет надежнее навесного монтажа или пакетной плат, или других способов, которыми пользуются любители.

На алиэкспресс или в других интернет магазинах его можно найти по запросу «PHOTOSENSITIVE-SENSOR» или просто «датчик света».

У этого модуля есть три вывода:

Цифровой выход с компаратора.

Или версия с четырьмя выводами:

Цифровой выход с компаратора;

Так на плате размещен подстроечный резистор для регулировки момента срабатывания компаратора может выдавать цифровой сигнал.

Датчик освещенности для фотореле;

Сигнализация (в паре с излучателем);

Счетчик объектов которые пересекают световой луч и т.д.

Точных значений добиться сложно, так как для корректной отстройки по освещенности понадобится полноценный люксметр. Фоторезисторы подходят скорее для определения абстрактных величин типа «темно или светло».

Кроме такой платы в продаже можно встретить довольно интересный модуль GY-302. Это датчик освещенности на базе интегральной микросхемы BH-1750. Его особенностью является то, что это цифровой модуль, у него разрядность в 16 бит, общается с микроконтроллерами по шине i2c. 16 бит позволяют измерять освещенность от 1 до 65356 Люкс (Лк).

Ниже изображена схема его подключения. Вы можете обратить внимание на то, что SDA и SCL подключены к аналоговым пинам микроконтроллера.

Это связано с тем, что на этих пинах ардуины реализована шина I2C, в чем можно убедится, посмотрев на следующую картинку. Поэтому пусть вас не вводит этот факт в заблуждение, датчик является цифровым.

Преимуществом цифровых сенсоров является то, что не нужно проверять значения каждого экземпляра, составлять таблицы для перевода измеренных величин в реальные шкалы и прочее. В большинстве случаев для цифровых датчиков достаточно просто подключить готовую библиотеку и считывать значения, переведенные в реальные единицы измерения.

Пример скетча для GY-302 (BH-1750):

Как работает скетч?

В начале мы говорим программе о том, что нужно подключить библиотеку Wire.h, которая отвечает за связь по линии I2C, и BH1750. Остальные действия хорошо описаны в комментариях, а в итоге каждые 100мс мы считываем значение с сенсора в Люксах.

Характеристики GY-302 BH1750:

Связь с микроконтроллером по I2C

Спектральная характеристика подобна чувствительности глаза

Минимизированы погрешности вызванные ИК-излучением

Диапазон измерения 0-65535 Lux

Напряжение питания: 3-5 В

Малый потребляемый ток и функция спящего режима

Фильтрация световых шумов 50/60 Гц

Максимальное число сенсоров на 1 шине I2C – 2 штуки.

Не требует калибровки

Ток потребления – 120 мкА

В спящем режиме – 0,01 мкА

Измеряемая длина волны – 560 нм

В режиме высокого разрешения – 1 Лк

В режиме низкого разрешения – 4 Лк

Время, за которое выполняются измерения:

В режиме высокого разрешения – 120 мс

В режиме низкого разрешения – 16 мс

Датчик препятствия

Я выбрал этот датчик следующим к рассмотрению, потому что один из его вариантов работает на базе фотодиода или фототранзистора, которые по принципу действия схожи с рассмотренным в предыдущем разделе фоторезистором.

Его название «оптический датчик препятствия». Основным функциональным элементом является фотодиод и светодиод излучающие и принимающие в ИК спектре (поэтому не виден человеческому глазу, а также пороговый узел, собранный, например, на компараторе с регулятором чувствительности. С его помощью регулируется расстояние, на котором срабатывает датчик, кстати он цифровой.

Пример схемы подключения:

Пример программы обработки сигнала с датчика.

Здесь, если на выходе с датчика «1», что значит «есть препятствие», – зажжется светодиод, встроенный в плату Ардуино, либо подключенный к 13 пину (одно и то же). Наиболее часто используется в робототехнике и сигнализациях.

Датчик расстояния

Предыдущий экземпляр состоят из приемника, – фотодиода, и излучателя, – светодиода. Ультразвуковой датчик расстояния также состоит из приемника и излучателя УЗ волн. Его название – HC SR04.

Характеристики HC SR04:

Питающее напряжение 5В

Рабочий параметр силы т ока – 15 мА

Сила тока в пассивном состоянии Как обрабатывать показания?

1. На вход TRIG посылаем импульс длительностью в 10 мкс;

2. Внутри модуля импульс преобразуется в пачку из 8 импульсов, которые следуют друг за другом с частотой в 40 кГц и посланы через излучатель;

3. Отраженные от препятствия импульсы приходят на приёмник и выводятся на вывод ECHO;

4. Длительность импульса, полученного с вывода ECHO нужно разделить на 58.2, чтобы получить расстояние в сантиметрах и на 148, если нужно перевести в дюймы.

Пример программного кода:

Измеряем температуру

Простейший способ измерения температуры с помощью микроконтроллера – использовать термопару или терморезистор. Термопары используются для измерения высоких температур, для измерения комнатной и уличной – подойдет тот, о котором я расскажу немного ниже, а пока давайте рассмотрим термопару.

Для каждого вида термопар свой подход для работы с микроконтроллером. Например, есть термопара К-типа, или как её еще называют – хромель-алюмелевая, с диапазоном измеряемых температур от -200 до +1400 градусов Цельсия с чувствительностью 41 мВ/градус Цельсия. А для неё есть специальный преобразователь на базе ИМС max6675, в нем есть функция компенсации температуры холодного спая и прочее.

Работать с этим модулем можно с помощью одноименной библиотеки для Ардуино. На рисунке ниже вы видите пример программного кода для этого случая.

Тогда на монитор последовательного порта выводится следующее.

Но также есть и цифровой датчик температуры DS12B20, его можно назвать классическим, так как он уже много лет используется в любительски проектах, причем еще задолго до появления Ардуино.

Это цифровая интегральная микросхема её внутреннее устройство изображено на рисунке ниже:

Схема подключения к плате:

Основные характеристики и сведения о DS18b20:

Погрешность – меньше 0,5 С (в диапазоне температур от -10С до +85С).

Калибровка не требуется

Диапазон измерений – от -55 С до +125С

VCC, напряжение питания 3,3-5В.

разрешающая способность до 0,0625С, задается программно;

Разрядность – 12 бит

Каждому экземпляру присваивается уникальный серийный код. Это нужно для того, чтобы без проблем использовать несколько штук в одном проекте

Интерфейс для связи – 1-Wire

Обвязка не требуется

Максимальное число датчиков на одной линии – 127 штук

Читайте также:  При какой температуре кипит чайник

Режим паразитного питания – в этом случае датчик питается напрямую от линии связи. При этом не гарантируется измерение температуры выше, чем 100С

Ниже вы видите таблицу перевода двоичного кода с DS18b20 в значения температуры в градусах Цельсия.

Пример программы для считывания значений температуры.

Датчики атмосферного давления

Электронные барометры собираются на базе датчиков атмосферного давления. Широкое распространение получили следующие варианты:

Если два предыдущих экземпляры были подобны друг другу, то датчик BME280 – это миниатюрная метеостанция. В ней встроено 3 датчика:

Его технические характеристики:

Размеры 2,5 х 2,5 х 0,93 мм;

Металлический LGA-корпус, оснащенный 8-ю выходами;

Напряжение питания 1,7 – 3,6В;

Наличие интерфейсов I2C и SPI;

Потребляемый ток в режиме ожидания 0,1 мкА.

Эти примеры являются МЕМС-барометрами. МЕМС расшифровывается, как микроэлектромеханический. Это механическая микроструктура, которая для своей работы использует емкостные явления и другие принципы. Ниже вы видите пример такого датчика в разрезе.

Пример схемы подключения:

И пример программного кода:

Логика программы несложная:

1. Вызов подпрограммы (функции) считывания с датчика.

2. Запрос показаний встроенного в барометр датчика температуры.

3. Ждем время для оценки датчиком температуры;

4. Считываем результат измерений температуры;

5. Запрос значения давления;

6. Ждем время измерения давления;

7. Считываем значение давления;

8. Возвращаем значение давления из функции.

Интересен тот факт, что возможно четыре варианта считывания значений, они задаются в качестве аргумента в функции startPressure, вторым знаком от 0 до 3, где 0 – грубая оценка, а 3 – точная.

Датчик движения

Самым распространенным датчиком движения для Ардуино является модуль HC SR501 на базе ИК—сенсора. Особенностью этого модуля является то, что у него есть регулировка расстояния срабатывания и времени задержки выходного сигнала после срабатывания.

1. Напряжение питания 4,5 – 20 В.

2. Ток покоя ≈ 50 мкА;

3. Напряжение выходного сигнала (логический уровень): 3.3 В;

4. Диапазон рабочих температура – от -15° C до 70° C;

5. Размеры: 32*24 мм;

6. Поле зрения – 110°;

7. Максимальная дистанция срабатывания – от 3 до 7 м (регулируется); При температуре более 30° C это расстояние может уменьшаться.

Как с ним работать мы рассматривали в статье, опубликованной ранее: Схемы датчиков движения, принцип их работы и схемы подключения

Датчик уровня воды

Предназначен для индикации уровня жидкости.

1. Напряжение питания 3-5В

2. Ток потребления >20 ма

4. Размеры измерительной зоны 40×16 мм

5. Допустимая влажность 10%- 90%

Пример программного кода:

Выходные значения от 0 (в сухом состоянии) до 685 (может отличаться фактически зависит от проводимости воды). Не забывайте об электролизе, при измерениях уровня соленной или жесткой воды его разъест.

Датчик протечки

Модуль состоит из двух частей – сам датчик и компаратор, может быть построен на LM393, LM293 или LM193.

Благодаря компаратору происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой.

VCC – питание, должно соответствовать питания платы Апдуино, в большинстве случаев это 5В;

GND – общий провод;

АO – аналоговый сигнал;

DO — цифровой сигнал.

На плате компаратора есть подстроечный резистор, он устанавливает чувствительность датчика. Может выступать в качестве сигнализации дождя или протечки чего либо, а в паре с таким краном может работать как защита от протечки трубопровода в квартире:

На видео показано как он работает:

Датчик влажности

Обычно используется в проектах автоматического полива, для определения влажности почвы, также как и предыдущий состоит из электродов и платы с компаратором.

Может работать как в аналоговом, так и цифровом режимах. Пример схемы подключения для системы автоматического полива с краном на базе двигателя:

И пример программного кода для обработки цифрового сигнала с датчика влажности:

Заключение

Мы рассмотрели популярные датчики, однако есть еще и масса других. Это разнообразные датчики вибрации, гироскопы, акселерометры, датчики излучений и прочее.

Целью статьи было собрать в одном месте разнообразные элементы, которые могут быть полезны начинающему электронщику для реализации своих проектов. Если вам интересен тот или иной датчик – пишите в комментариях и мы рассмотрим его подробнее.

Для большего удобства, мы собрали для вас таблицу с ориентировочной стоимостью и перечень популярных датчиков для Ардуино, в том порядке, в котором они были рассмотрены в статье: Датчики для Ардуино

Цены взяты из интернет-магазинов РФ или Украины. В Китае они стоят в 2 и более раз дешевле.

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.

Читайте также:  Что первое решается умножение или сложение

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.

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.

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:

Читайте также:  Что такое start easy flash в биосе

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.

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *