Датчик температуры DS18B20 цифровой модуль разработчика

Технические характеристики

• Питание: 3.0-5.5В постоянного тока DC
• Максимальный ток: 1.5 мА
• ИС термодатчика: DS18B20 Dallas / аналог
• Диапазон измерения температуры: -55°C ~ +125°C
• Погрешность (гистерезис): ±0.5°C в промежутке от -10°C до +85°C
• Разрядность данных: 9-бит, 10-бит, 11-бит, 12-бит
• Шаг измерения 0.5°С, 0.25°С, 0.125°С, 0.0625°С
• Время измерения: 94 мсек, 188 мсек, 375 мсек, 750 мсек
• Интерфейс: однопроводной, 1-Wire (OneWire)
• Устойчивость к агрессивным кислотным средам: нет
• Разъём коммутации: 1х3 контакта с шагом 2.54мм
• Размеры: 28 х 13мм

Самое разнообразное климатическое оборудование, контролирующее температуру окружающей среды, повсеместно используется в человеческой жизнедеятельности. Оно создаёт комфортные условия существования не только для людей, но и для животных или растений. Многие современные электронные приборы-термометры способны измерять температуру благодаря присутствию в них ультракомпактных цифровых микросхем датчиков и сенсоров, чувствительных к нагреву и охлаждению, и функционирующих в различных температурных диапазонах. С учётом глобального роста количества интегрируемых микроэлектронных устройств, управляющих каминами и обогревателями, кондиционерами и вентиляторами, или иными установками и агрегатами в быту, промышленности, а также в сельском хозяйстве, для определения температурных показаний всё чаще используются высокоточные и энергоэффективные цифровые датчики.

Функционал датчика DS18B20

Модуль цифрового термометра основан на широко распространённом температурном сенсоре DS18B20. Чип датчика DS18B20 установлен на универсальной несущей плате размерами 27х13мм с однорядным, трёхконтактным портом беспаячного проводного подключения. Модуль оснащён дополнительным шумоподавляющим фильтром в линии питания, предусмотрена внутренняя подтяжка цифрового выхода к высокому логическому уровню. На плате модуля c микросхемой DS18B20 расположено несколько контактов, обеспечивающие легкий доступ ко всем имеющимся линиям однопроводного интерфейса OneWire. Польза от них обусловлена возможностью проведения быстрой диагностики на любом этапе прототипирования электронной схемы. В добавок ко всему, на плате имеется сквозное незаземлённое отверстие диаметром 2.6мм, предназначенное для надёжного крепления модуля разработчика DS18B20 к каким-либо конструкциям или поверхностям.

Цифровой модуль DS18B20 выполняет единственную задачу — измеряет температуру окружающей воздушной среды в диапазоне от -55°C до +125°C. Данные измерений генерируются в виде цифрового сигнала в двоичном формате, передающиеся по протоколу 1-Wire на соответствующий вывод сенсора. На борту чипа DS18B20 встроена высокоскоростная память SPM SRAM (ScratchPad Memory) размером 9 байт, в которую осуществляется запись данных производимых измерений. В датчике интегрирована энергонезависимая память EEPROM, хранящая различные параметры, включая настраиваемую разрядность данных измерений и пользовательские настройки. А также имеется память ROM с записанным в ней уникальным для каждого изделия 64-битный идентификационным кодом, благодаря которому по интерфейсной шине 1-wire можно подключать в схему немногим более 100 датчиков, и работать с каждым из них в отдельности. Любые операции с датчиком DS18B20 выполняются внешним управляющим контроллером (хост-системой). Команды для программирования датчика DS18B20 c интерфейсом 1-wire, включая несколько разнообразных примеров, реализованы в подключаемой С/С#-совместимой библиотеке OneWire (см.раздел с программным обеспечением).

Примечание. Измерение температурных параметров жидкости или грунтовой массы настоящим модулем недопустимо — следует применять модель полностью герметичного датчика DS18B20, исключающего прямой контакт с исследуемыми материалами.

Питание датчика DS18B20

Модуль разработчика с цифровым термометром DS18B20 может быть подключен к управляющей хост-системе двумя способами:

1. С использованием внешнего источника напряжения, подключенного к выводам Vdd(+) и GND(-). Модуль оснащён контуром подтягивания сигнального выхода к питанию: между контактами Vdd и DQ установлен резистор 10кОм. Дополнительное внешнее подтягивание линии данных Out(DQ) не требуется.
2. По схеме "паразитного" питания. Напряжение на датчик поступает через выводы сигнального выхода Out(+) и GND(-). Контакт DQ обязательно подтягивается к напряжению питания постоянного тока 3.0-5.5В DC через резистивный элемент (4.7-10кОм). Вывод Vdd остаётся плавающим.

Примеры схем подключения датчика DS18B20 с питанием от внешнего источника или с "паразитным" питанием приведены в спецификации (datasheet).

Коммутационный разъём. Принципиальная схема модуля

 

Назначение выводов:

• Vdd - необязательная плюсовая линия питания с напряжением +3 ~ +5.5В постоянного тока DC. В схеме "паразитного" питания не используется
• GND - общая (минусовая) линия
• DQ - линия цифровых бинарных данных DATA

Карта регистров памяти DS18B20

Сигнал оповещения

В датчике предусмотрена функция "Аварийный сигнал", очень полезная для множества задач. В регистре T_L (нижнее) и в регистре T_H (верхнее) устанавливаются значения температуры, при выходе за границы которых, DS18B20 формирует признак аварийного сигнала. Признак хранится в bit7 каждого регистра в виде бита данных S=1, и может быть считан командой поиска.

Формат настраиваемых регистров T_H и T_L, байты 2 и 3 в памяти

bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
S	26	25	24	23	22	21	20

 

Температурный регистр, байты 0 и 1 в памяти

DS18B20 выводит значения температуры в градусах Цельсия, данные которой хранятся в виде расширенного 16-битного двоичного числа в регистре температуры. Знаковые биты (S) указывают, является ли температура положительной или отрицательной: для положительных чисел S = 0 и для отрицательных чисел S = 1.

Вид цифрового сигнала при изменении разрешения

• При 12-битном разрешении, регистр температуры будет содержать все 16 бит данных.
• В 11-битном разрешения bit0 не определён.
• Для 10-битного разрешения bit1 и bit0 не определены.
• Для 9-битного разрешения bit2, bit1 и bit0 не определены.

Структура температурного регистра:

Младший байт

bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
23	22	21	20	2-1	2-2	2-3	2-4

 

Старший байт

bit15	bit14	bit13	bit12	bit11	bit10	bit9	bit8
S	S	S	S	S	26	25	24

 

Таблица соответствия данных и температуры при 12-битном разрешении

Температура	Цифровой сигнал (бинарный)	Цифровой сигнал (шестнадцатиричный)
+125°C	0000 0111 1101 0000	07D0h
+85°C	0000 0101 0101 0000	0550h
+25.0625°C	0000 0001 1001 0001	0191h
+10.125°C	0000 0000 1010 0010	00A2h
+0.5°C	0000 0000 0000 1000	0008h
0°C	0000 0000 0000 0000	0000h
-0.5°C	1111 1111 1111 1000	FFF8h
-10.125°C	1111 1111 0101 1110	FF5Eh
-25.0625°C	1111 1110 0110 1111	FE6Fh
-55°C	1111 1100 1001 0000	FC90h

Подробная спецификация о структуре памяти, регистрах ограничения температуры для функции сигнала оповещения, регистре изменения разрядности выводимых значений измеряемой температуры, доступна в разделе с технической документацией.

Физические размеры платы, мм

 

Техническая документация

1. Спецификация цифрового термометра DS18B20 Dallas (англ., PDF)

Программное обеспечение

1. Библиотека OneWire в репозитории GitHub