Температурный датчик DS18B20 1-Wire гермитичный выносной цифровой термометр

Технические характеристики

• Питание: 3.0-5.5В постоянного тока DC
• Максимальный ток: 1.5 мА
• Термодатчик: DS18B20
• Измеряемая температура: -55°C ~ +125°C
• Погрешность (гистерезис): ±0.5°C в диапазоне -10°C ~ +85°C
• Время измерения: не более 1 секунды
• Разрядность данных: 9-бит, 10-бит, 11-бит, 12-бит (шаг измерения 0.5°С, 0.25°С, 0.125°С, 0.0625°С)
• Интерфейс: 1-Wire (OneWire)
• Разъём коммутации: 4-контактный Audio штекер 2.5мм
• Режим паразитного питания: поддерживается
• Конструкция: влагозащищённый выносной датчик в герметичной стальной гильзе
• Индекс пылевлагозащиты: IP67
• Размеры капсулы: 50 х 6мм
• Длина провода: 1 метр
• Устойчивость к агрессивным кислотным средам: нет

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

Выносной влагозащищённый датчик температуры основан на широко распространённом температурном сенсоре DS18B20. Представляет полностью автоматизированное устройство с крохотным электронным цифровым программируемым микроконтроллером, расположенным внутри металлического корпуса-гильзы. Водонепроницаемая капсула DS18B20 неразборная — она закреплена на гибком метровом проводе и от начала и до конца залита компаундом.

DS18B20 выполняет единственную задачу — измеряет температуру окружающей воздушной или жидкостной среды, а также грунтовых масс, 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 наличествует 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).

Питание датчика DS18B20

Электронный цифровой термометр DS18B20 может быть подключен к хост-системе двумя способами. В первом режиме датчик запитывается от внешнего источника напряжения и тока, с задействованием выводов питания Vdd+GND и данных QD. Во втором — датчик работает в режиме "паразитного питания" с подсоединением всего двух выводов питания GND и передачи данных измерения DQ. При этом вывод Vdd объединяется с GND. В обоих схемах подключения DS18B20, контакт DQ подтягивается к напряжению питания (3.3В или5В) постоянного тока DC через резистивный элемент (4.7-10кОм). Примеры схем подключения одного или нескольких датчиков DS18B20 с питанием от внешнего источника или с "паразитным" питанием:

Коммутационный интерфейс

Выносной проводной датчик оснащён 2,5мм 4-канальным разъёмом Audio Jack, предназначенным для питания и организации связи DS18B20. Температурный сенсор DS18B20 совместим с современными системами умного дома, поддерживающими работу с цифровыми датчиками класса 1-Wire (в соответствии с технической документацией). Может использоваться в производстве климатического оборудования или других устройств с функцией измерения температуры. Выводы разъёма 2.5mm Audio Jack имеют следующее расположение и назначение:

Назначение выводов:

• Vdd - необязательная плюсовая линия питания с напряжением +3 ~ +5.5В постоянного тока DC. В схеме "паразитного" питания не используется и подключается к линии GND
• 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 памяти

Температурный регистр

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

Старший байт

Таблица соответствия данных и температуры при 12-битном разрешении

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.

Техническая документация

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

Программное обеспечение

1. Библиотека OneWire в репозитории  GitHub