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测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

2021-5-18 19:46| 发布者: 乐声幻境| 查看: 812| 评论: 0

摘要: 测量温度是创客项目中最常见的功能需求之一。自己动手做一个测温计,放在你的卧室或是车厢里,让你随时了解你周边的环境温度,那也是极好的。如果再加上其他辅助模块和控制器,那你就可以实现远程测温和控温了,是不 ...

测量温度是创客项目中最常见的功能需求之一。自己动手做一个测温计,放在你的卧室或是车厢里,让你随时了解你周边的环境温度,那也是极好的。如果再加上其他辅助模块和控制器,那你就可以实现远程测温和控温了,是不是十分酷炫呢?这一切的基础就是一块小小的温度传感器芯片,其中最为常见的就是DS18B20数字温度传感器。


测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍


DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。它的接线方便,封装成后可应用于多种场合。

DS18B20引脚定义:


测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

  1. DQ为数字信号输入/输出端;
  2. GND为电源地;
  3. VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。

DS18B20的主要特性:

  • 适应电压范围更宽,电压范围:3.0~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电;
  • 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯;
  • DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温;
  • 测温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃
  • 可编程 的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温
  • 在9位分辨率时,最多在 93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快
  • 测量结果直接输出数字温度信号,以"一 线总线"串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力
  • 负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁, 但不能正常工作。

DS18B20的内部结构:

DS18B20内部结构主要包括4部分:64位光刻ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器,如图所示。


测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

DS18B20内部结构

DS18B20工作原理:


测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

DS18B20测温原理图

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20的测温原理如图所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。

另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。各种操作的时序图与DS1820相同。


说了这么多,是不是还是一头雾水,不要紧,因为我们也不需要了解得这么清楚。通常我们在应用过程中可以直接使用传感器集成模块。它具有更方便的接口和更可靠的性能。简单的说就是在传感器上增加了上拉电阻和指示灯。

  • 工作电压:3V~5.5v
  • 测温范围:-55℃~+125℃(误差±2℃);-10℃~+85℃(误差±2℃)
  • 板子尺寸:21mm*10mm

测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

DS18B20数字温度传感器模块

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DS18B20数字温度传感器模块原理图

下面我们就用Arduino驱动DS18B20模块,并用串口显示DS18B20测得的温度。

硬件设备:

  • Arduino 控制器 × 1
  • DS18B20 数字温度传感器模块 × 1
  • USB 数据线 × 1

接线:

连接电路非常的简单,只要连接好模块的电源,地线,再将模块的数据总线DO与 Arduino 的数字端 12 引脚相连便可,连上 USB 数据。


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Arduino 接线图

下面就是程序了,先附上流程图:


测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍

DS18B20程序流程图

我们根据上面流程图采用单总线库:OneWire完成程序编写

#include <OneWire.h>OneWire  ds(12);  // 连接arduino12引脚void setup(void){  Serial.begin(9600);}void loop(void) {  byte i;  byte present = 0;  byte type_s;  byte data[12];  byte addr[8];  float celsius, fahrenheit;    if ( !ds.search(addr))  {    Serial.println("No more addresses.");    Serial.println();    ds.reset_search();    delay(250);    return;  }    Serial.print("ROM =");  for( i = 0; i < 8; i++)  {    Serial.write(' ');    Serial.print(addr, HEX);  }  if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7])   {      Serial.println("CRC is not valid!");      return;  }  Serial.println();  // the first ROM byte indicates which chip  switch (addr[0])   {    case 0x10:      Serial.println("  Chip = DS18S20");  // or old DS1820      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(0x44,1);         // start conversion, with parasite power on at the end    delay(1000);     // maybe 750ms is enough, maybe not  // we might do a ds.depower() here, but the reset will take care of it.    present = ds.reset();  ds.select(addr);     ds.write(0xBE);         // Read Scratchpad  Serial.print("  Data = ");  Serial.print(present,HEX);  Serial.print(" ");  for ( i = 0; i < 9; i++) {           // we need 9 bytes    data = ds.read();    Serial.print(data, HEX);    Serial.print(" ");  }  Serial.print(" CRC=");  Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);  Serial.println();  // convert the data to actual temperature  unsigned int raw = (data[1] << 8) | data[0];  if (type_s) {    raw = raw << 3; // 9 bit resolution default    if (data[7] == 0x10) {      // count remain gives full 12 bit resolution      raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data[6];    }  } else {    byte cfg = (data[4] & 0x60);    if (cfg == 0x00) raw = raw << 3;  // 9 bit resolution, 93.75 ms    else if (cfg == 0x20) raw = raw << 2; // 10 bit res, 187.5 ms    else if (cfg == 0x40) raw = raw << 1; // 11 bit res, 375 ms    // default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time  }  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");}

程序还是蛮复杂的,不过我们有更简单的办法:使用DS18B20程序库:DallasTemperature。

#include <OneWire.h>#include <DallasTemperature.h>// 定义DS18B20数据口连接arduino的12号IO上#define ONE_WIRE_BUS 12// 初始连接在单总线上的单总线设备OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);DallasTemperature sensors(&oneWire);void setup(void){  // 设置串口通信波特率  Serial.begin(9600);  Serial.println("Dallas Temperature IC Control Library Demo");  // 初始库  sensors.begin();}void loop(void){  Serial.print("Requesting temperatures...");  sensors.requestTemperatures(); // 发送命令获取温度  Serial.println("DONE");    Serial.print("Temperature for the device 1 (index 0) is: ");  Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0));  }

这样是不是简单多了呢,你可以接上数码管,液晶屏等显示设备,就完成一个温度计的制作了。


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本文由小煜的创客世界发表于今日头条。 原文地址:https://m.toutiao.com/i6962750503893795365/
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