Подключение датчика температуры ds18b20 к плате arduino

Подключение одного DS18B20 к ATmega8

Самый простой способ подключения термодатчика DS18B20 к микроконтроллеру, конечно же, подключение одного датчика. В таком случае нет необходимости искать адрес подключённого датчика, а можем напрямую с ним общаться и считывать данные. Всё это возможно благодаря команды SKIP ROM — Пропуск ROM

Обратите внимание, что команда ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ может следовать за командой Пропуска ROM, только если на шине присутствует одно подчиненное устройство. Команда Пропуска ROM, сопровождаемая командой ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ вызовет конфликт на уровне данных на шине, если на шине более одного подчиненного устройства, так как все устройства будут пытаться одновременно передавать данные

main.cpp

#include «config.h»

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include «OneWire.h»
#include «LCD.h»

// 123.4
// numbers = 123
// numbers = 4
inline void explodeDoubleNumber(int* numbers, double flt) {
numbers = abs((int) flt);
numbers = abs((int) ((flt — ((int) flt)) * 10));
}

inline void printTemp(double d) {
char text = «T = «;
int fs;
char num;

explodeDoubleNumber(fs, d);
if (d < 0) {
strcat(text, «-«);
}
itoa(fs, num, 10);
strcat(text, num);
strcat(text, «.»);
itoa(fs, num, 10);
strcat(text, num);
strcat(text, «‘C»);
lcdClear();
lcdGotoXY(0, 0);
lcdPuts(text);
}

double getTemp(void) {
uint8_t temperatureL;
uint8_t temperatureH;
double retd = 0;

skipRom();
writeByte(CMD_CONVERTTEMP);

_delay_ms(750);

skipRom();
writeByte(CMD_RSCRATCHPAD);

temperatureL = readByte();
temperatureH = readByte();

retd = ((temperatureH << 8) + temperatureL) * 0.0625;

return retd;
}

int main(void) {
_delay_ms(100);
lcdInit();
lcdClear();
lcdSetDisplay(LCD_DISPLAY_ON);
lcdSetCursor(LCD_CURSOR_OFF);

oneWireInit(PINB0);

double temperature;

while (1) {
temperature = getTemp();
printTemp(temperature);
_delay_ms(500);
}
}

// site: http://micro-pi.ru

— возвращает данные температуры в градусах Цельсия. — отображает на экран температуру. — преобразует вещественное число flt в два целых, которые записываются в numbers.
Вместо функций  и  можно использовать sprintf(), но она жрёт слишком много памяти.

На что они похожи?

На Рисунке 1 приведен пример подлинного датчика DS18B20 производства Maxim в корпусе TO-92.

Рисунок 1.	Пример маркировки оригинальных датчиков DS18B20 на корпусе TO-92.

На момент написания статьи (2019) маркировка оригинальных  микросхем Maxim наносилась лазером, а не печаталась.

• Первые две строки, DALLAS 18B20, указывают, что это датчик DS18B20 (Dallas Semiconductor является первоначальным производителем), датчики только с паразитным питанием маркируются DALLAS 18B20P.
• Знак «+» в четвертой строке означает, что компонент соответствует требованиям RoHS.
• 3-я строка указывает год выпуска и номер недели в году (в данном случае это 32 неделя 2019 года).
• Последние два символа в строке 3 указывают ревизию кристалла (на данный момент С4).
• В строке 4 трехзначное число, за которым следуют два символа, является формой кода партии, которая позволяет Maxim отследить историю производства.
• В микросхемах, выпущенных в 2016 году или позже, встречалась только комбинация символов AB и AC .

Маркировка внутри отступа на задней части:

• Маркировка P (Филиппины?). На всех последних микросхемах (2016 и моложе) и на большинстве микросхем, выпуск которых уходит, как минимум, в 2009 год.
• Маркировка THAI <буква> (Таиланд?), где <буква> — это одна из I, J, K, L, M, N, O, S, T, U, V, W, X, и, возможно, других, по крайней мере, на некоторых микросхемах произведенных в 2011 году . Шрифт <буквы>  отличается от шрифта символов, составляющих слово THAI.

Из того, что было автором замечено на корпусе TO-92, только для микросхем с маркировкой P в отступе на задней части один код партии соответствует коду даты производства. Это не относится к микросхемам с маркировкой THAI в отступе.

Другие полезные функции в библиотеке DallasTemperature.h

Есть еще несколько полезных функций, которые вы можете использовать с объектом . Несколько из них перечислены ниже:

• Функция устанавливает разрешение внутреннего аналого-цифрового преобразователя DS18B20 на значение 9, 10, 11 или 12 бит, что соответствует шагу температуры 0,5°C, 0,25°C, 0,125°C и 0,0625°C соответственно ,
• Функция возвращает значение флага . Это может быть полезно, когда вы хотите проверить, завершено ли преобразование температуры.
• Функции и устанавливают внутренние пороги тревоги высокой и низкой температуры для устройства в градусах Цельсия. Допустимый диапазон от -55°C до +125°C
• Функция возвращает , если устройство имеет состояние тревоги, когда температура выходит за пределы диапазона между верхним и нижним уровнями тревоги.

Общие принципы работы датчика температуры DS18B20

DS18B20 представляет собой однопроводный цифровой датчик температуры от компании Maxim IC. Выдает значение температуры в градусах Цельсия, способен измерять температуру с 9-12 битной точностью в диапазоне от -55 до 125 градусов Цельсия с точностью +/-0.5 градуса. Каждый датчик DS18B20 имеет 64-битный уникальный номер (Serial number), вытравленный на корпусе датчика, что позволяет подключать огромное число подобных датчиков к одной шине данных. С помощью данного датчика можно измерять температуру воздуха, жидкостей и земли. В некоторых магазинах датчик продается в комплекте с резистором сопротивлением 4,7 кОм.

Особенности датчика DS18B20:

• однопроводный интерфейс (1-Wire interface), что позволяет использовать для подключения датчика только один контакт микроконтроллера (в нашем случае платы Arduino Uno);
• каждый датчик имеет 64-битный уникальный последовательный код (номер), хранящийся в ПЗУ (ROM) датчика;
• способность подключения к одной шине множества датчиков позволяет создавать на его основе приложения для распределенного (в пространстве) измерения температуры;
• не требует никаких внешних компонентов;
• может быть запитан от линии данных;
• поддерживает напряжение питания от 3.0V до 5.5V;
• способен измерять температуру в диапазоне от –55°C до +125°C (–67°F до +257°F) с точностью ±0.5°C (в диапазоне от –10°C до +85°C);
• можно выбрать разрешающую способность (разрешение) датчика: от 9 до 12 бит;
• преобразует значение температуры в 12-битное цифровое слово длительностью 750 мс (max.);
• можно настраивать энергонезависимую (nonvolatile, NV) сигнализацию (сигнал тревоги);
• опции сигнала тревоги позволяют идентифицировать и определить адрес датчика, чья температура не соответствует запрограммированным границам;
• может применяться в устройствах термоконтроля, промышленных системах, потребительских продуктах, термометрах и в любых других системах, где требуется измерение температуры.

Более подробную информацию о принципах работы датчика DS18B20 вы можете посмотреть в следующей статье на нашем сайте.

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.

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 <OneWire.h>

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).

С чем мы имеем дело?

Определения понятия «подделка» разнятся, но согласно документу AIR6273 подделка представляет собой умышленное несанкционированное копирование, имитацию, замену или модификацию подлинного предмета от авторизованного производителя . Начиная с 2019 года основной проблемой являются копии (клоны), имеющие определенную маркировку,  чтобы ввести в заблуждение ничего не подозревающего покупателя. К счастью, клоны DS18B20 почти легко идентифицировать: маркировка на чипе напечатана, а не нанесена лазером? Нет отметки на заднем отступе? Вероятно, подделка. Содержимое памяти (регистра «блокнота», Scratchpad) не соответствует спецификации? Вероятно, подделка. Систематически ведет себя не так, как подлинный датчик? Вероятно, подделка.

Исходный код программы на Python

Python

import time # библиотека для использования задержек в программе
import Adafruit_CharLCD as LCD # библиотека для работы с ЖК дисплеем
import os # библиотека для обработки файлов
import glob #Import for global

lcd_rs = 7 #RS of LCD is connected to GPIO 7 on PI
lcd_en = 8 #EN of LCD is connected to GPIO 8 on PI
lcd_d4 = 25 #D4 of LCD is connected to GPIO 25 on PI
lcd_d5 = 24 #D5 of LCD is connected to GPIO 24 on PI
lcd_d6 = 23 #D6 of LCD is connected to GPIO 23 on PI
lcd_d7 = 18 #D7 of LCD is connected to GPIO 18 on PI
lcd_backlight = 0 #LED is not connected so we assign to 0

lcd_columns = 16 #for 16*2 LCD
lcd_rows = 2 #for 16*2 LCD

lcd = LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs, lcd_en, lcd_d4, lcd_d5, lcd_d6, lcd_d7,
lcd_columns, lcd_rows, lcd_backlight) # инициализируем ЖК дисплей

lcd.message(‘DS18B20 with Pi \n -CircuitDigest’) # показываем приветственное сообщение

time.sleep(2) # ждем 2 секунды

os.system(‘modprobe w1-gpio’)
os.system(‘modprobe w1-therm’)

base_dir = ‘/sys/bus/w1/devices/’
device_folder = glob.glob(base_dir + ’28*’)
device_file = device_folder + ‘/w1_slave’

def get_temp(): # функция для считывания значения температуры с датчика
file = open(device_file, ‘r’) # открываем файл
lines = file.readlines() # считываем строки файла
file.close() # закрываем файл

trimmed_data = lines.find(‘t=’) # находим символы «t=» в строке

if trimmed_data != -1:
temp_string = lines # вырезаем из строки необходимое нам значение температуры
temp_c = float(temp_string) / 1000.0 # делим считанное значение температуры на 1000 чтобы получить правильное значение температуры
return temp_c # возвращаем определенное значение температуры как результат функции

while 1: # бесконечный цикл

lcd.clear() # очищаем экран ЖК дисплея
lcd.message (‘Temp = %.1f C’ % get_temp()) # отображаем значение температуры на экране ЖК дисплея

time.sleep(1) # ждем 1 секунду чтобы после этого обновить результат

Примеры работы для Arduino

Один датчик

Рассмотрим простой пример — подключения одного датчика.

Сенсор подключается к управляющей плате через один сигнальный пин.
При подключении к Arduino в компактном формфакторе, например Arduino Micro или Iskra Nano Pro, воспользуйтесь макетной платой и парочкой нажимных клеммников.

Между сигнальным проводом и питанием установите сопротивление 4,7 кОм.

При коммуникации сенсора со стандартными платами Arduino формата Rev3, Arduino Uno или Iskra Neo, используйте Troyka Slot Shield совместно с модулем подтяжки.

Код программы

Выведем температуру сенсора в Serial-порт.

simple.ino

// библиотека для работы с протоколом 1-Wire
#include <OneWire.h>
// библиотека для работы с датчиком DS18B20
#include <DallasTemperature.h>
 
// сигнальный провод датчика
#define ONE_WIRE_BUS 5
 
// создаём объект для работы с библиотекой OneWire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
 
// создадим объект для работы с библиотекой DallasTemperature
DallasTemperature sensor(&oneWire);
 
void setup(){
  // инициализируем работу Serial-порта
  Serial.begin(9600);
  // начинаем работу с датчиком
  sensor.begin();
  // устанавливаем разрешение датчика от 9 до 12 бит
  sensor.setResolution(12);
}
 
void loop(){
  // переменная для хранения температуры
  float temperature;
  // отправляем запрос на измерение температуры
  sensor.requestTemperatures();
  // считываем данные из регистра датчика
  temperature = sensor.getTempCByIndex();
  // выводим температуру в Serial-порт
  Serial.print("Temp C: ");
  Serial.println(temperature);
  // ждём одну секунду
  delay(1000);
}

Серия датчиков

Каждый сенсор DS18B20 хранит в своей памяти уникальный номер, такое решение позволяет подключить несколько датчиков к одному пину.

Добавим к предыдущем схемам подключения ещё по паре датчиков в параллель.

Код программы

Просканируем все устройства на шине и выведем температуру каждого сенсора отдельно в Serial-порт.

multipleSensors.ino

// библиотека для работы с протоколом 1-Wire
#include <OneWire.h>
// библиотека для работы с датчиком DS18B20
#include <DallasTemperature.h>
 
// сигнальный провод датчика
#define ONE_WIRE_BUS 5
 
// создаём объект для работы с библиотекой OneWire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// создадим объект для работы с библиотекой DallasTemperature
DallasTemperature sensors(&oneWire);
// создаём указатель массив для хранения адресов датчиков
DeviceAddress *sensorsUnique;
// количество датчиков на шине
int countSensors;
 
// функция вывода адреса датчика
void printAddress(DeviceAddress deviceAddress){
  for (uint8_t i = ; i < 8; i++){
    if (deviceAddressi < 16) Serial.print("0");
    Serial.print(deviceAddressi, HEX);
  }
}
 
void setup(){
  // инициализируем работу Serial-порта
  Serial.begin(9600);
  // ожидаем открытия Serial-порта
  while(!Serial);
  // начинаем работу с датчиком
  sensors.begin();
  // выполняем поиск устройств на шине
  countSensors = sensors.getDeviceCount();
  Serial.print("Found sensors: ");
  Serial.println(countSensors);
  // выделяем память в динамическом массиве под количество обнаруженных сенсоров
  sensorsUnique = new DeviceAddresscountSensors;
 
  // определяем в каком режиме питания подключены сенсоры
  if (sensors.isParasitePowerMode()) {
    Serial.println("Mode power is Parasite");
  } else {
    Serial.println("Mode power is Normal");
  }
 
  // делаем запрос на получение адресов датчиков
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    sensors.getAddress(sensorsUniquei, i);
  }
  // выводим полученные адреса
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    Serial.print("Device ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(" Address: ");
    printAddress(sensorsUniquei);
    Serial.println();
  }
  Serial.println();
  // устанавливаем разрешение всех датчиков в 12 бит
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    sensors.setResolution(sensorsUniquei, 12);
  }
}
 
void loop(){
  // переменная для хранения температуры
  float temperature10;
  // отправляем запрос на измерение температуры всех сенсоров
  sensors.requestTemperatures();
  // считываем данные из регистра каждого датчика по очереди
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    temperaturei = sensors.getTempCByIndex(i);
  }
  // выводим температуру в Serial-порт по каждому датчику
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    Serial.print("Device ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(" Temp C: ");
    Serial.print(temperaturei);
    Serial.println();
  }
  Serial.println();
  // ждём одну секунду
  delay(1000);
}

Термометр через последовательный монитор

Чтобы отобразить данные на последовательном мониторе, подключите датчик DS18B20 к Arduino, используя перемычки и макет, и не забудьте подключить или припаять резистор 4.7k между контактом 2 и 3 датчика.

Затем скачайте, откройте и загрузите файл .ino, который называется — DS18B20_Serial, ниже.

Если все в порядке, вы должны увидеть измеренную температуру на серийном мониторе Arduino IDE.

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
 
// Провод данных подключен к контакту 2 на Arduino
#define ONE_WIRE_BUS 2
 
// Настройка oneWire для связи с любыми устройствами OneWire 
// (не только Maxim/Dallas температурные IC)
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
 
DallasTemperature sensors(&oneWire);
 
void setup(void)
{
  // Старт серийного порта
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Dallas Temperature IC демо");

  // Запуск библиотеки
  sensors.begin();
} 
 
void loop(void)
{
  // запрашиваем sensor.requestTemperatures() для получения глобальной температуры
  // запрос всех устройств на шине
  Serial.print(" Запрашиваем температуру...");
  sensors.requestTemperatures(); // Отправляем команды для получения температуры
  Serial.println("DONE");

  Serial.print("Температура: ");
  Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0)); // Почему "byIndex"? 
    // У вас может быть несколько IC на одной шине. 
    // 0 относится к первой IC
    delay(1000);
}

Сенсоры, определяющие температуру

Датчик температуры подключаемый к Arduino, как и в случае любого другого микроконтроллера, существует в двух видах: цифровой и аналоговый. Разница между настоящими термометрами в виде передаваемой на управляющую плату информации. Для первых характерна выдача уже готовых цифровых последовательностей, с которыми контроллер может работать непосредственно. Вторые только изменяют физическую характеристику идущего через них тока в зависимости от внешнего воздействия. То есть, Arduino, еще должен и преобразовать получаемый результат к цифровому виду, «зная» тип самого устройства и таблицу соответствия приходящего сигнала реальным значениям.

В последнем случае падает конечная точность измерений, так как сам микроконтроллер, о котором идет речь, может определять лишь изменения с градацией в 1024 уровня. Кроме того, для каждого чувствительного аналогового устройства требуется свой отдельный входящий канал. Единственное, что нивелирует минусы аналоговых сенсоров — их низкая цена и простота конструкции, которая обеспечивает достаточную длительность бесперебойной работы. Наибольшее распространение среди таких детекторов тепла получили модели на основе чипсета LM35 — TMP35, TMP37, LM335. Существует и широкий спектр аналогичных решений от иных производителей.

Другое дело — цифровые датчики. Никаких сторонних вычислений микроконтроллеру проводить для такого термометра не нужно. Достаточно получить итоговую цифровую последовательность с контакта всех сенсоров, расположенных на единой линии. Каждый из которых подключается к ней параллельно. Их максимальное количество ограничено лишь физическими возможностями дальности хода сигнала между микроконтроллером и чувствительным элементом.

Шина передачи в названом случае называется 1-Wire.  В ней, для определения конечного отправителя показаний, используется уникальный идентификационный код «зашитый» в сам конечный датчик, что помогает избежать путаницы с изначальным адресантом. Хорошим примером цифровых детекторов такого типа служит DS18B20 Arduino и его варианты разных производителей — DS18S20, DS1820, DS1822, MAX31820. Все они основаны на логике DS18.

Есть у цифровых датчиков и недостаток. Они сильно подвержены влиянию импульсных электрических помех от стороннего оборудования или самой линии питания. Чувствительна аппаратура и к сильным магнитным полям. В достаточно простых и не критичных системах, фактором можно пренебречь, но в важных контролирующих комплексах он требует обращения на себя особого внимания.

Вне зависимости от разновидности датчиков Ардуино, они поставляются в открытом, более удобном к монтажу исполнении, или закрытом, защищенном корпусе, препятствующем попаданию влаги. Последний фактор позволяет использовать термометры на основе DS1820 или LM35 в весьма агрессивной для электроники среде — насыщенном водой пространстве. Речь идет не только о допустимости прямого погружения их в жидкость, но и об функционировании в воздухе, насыщенном ее парами.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине