WeMos D1 Mini Датчик температуры DS18B20 цифровой

DS18B20 Датчик температуры цифровой для WeMos D1 Mini

Одновременно с выходом в недалёком 2014 году чипа беспроводной связи ESP8266EX по стандарту WiFi, набравшего по-настоящему оглушительную популярность в кругу любителей собирать самодельные устройства, компания WEMOS Electronics представила общественности большую линейку собственных модульных электронных плат под торговой маркой WeMos, задав новый вектор развития ардуино-совместимых платформ. Взяв за основу микроконтроллер от компании Espressif Systems, разработчики значительно потрудились не только над уменьшением размеров базовых модулей, сделав их максимально компактными, но и над выпуском целого спектра расширений, предложив пользователям богатый функционал, способный помочь в реализации задач различного уровня сложности при проектировании и конструировании разнообразных полезных изобретений.

Современные электронные продукты WeMos входят в категорию эффективных низкоценовых решений и позиционируются создателями как открытая платформа для самостоятельной разработки многоцелевых устройств на основе беспроводной связи по технологии WiFi. При этом основной упор сделан на создание и развитие изделий с поддержкой сетей нового поколения "Интернет вещей" (англ. - Internet of Things, IoT), чему активно способствуют существующие возможности облачных вычислений и межмашинных взаимодействий.

Чтобы потребитель не смог запутаться в физической совместимости плат, каждая серия обладает своими отличительными особенностями. Например, серия WeMos D1 Mini, к которому принадлежит Датчик температуры DS18B20, имеет синий цвет поверхности текстолита и небольшой скруглённый угловой вырез рядом с маркировкой 3V3.  Вырез служит ориентиром, гарантирующим правильное совмещение нескольких плат между собой.

Технические характеристики

• Питание: 5В постоянного тока DC
• Максимальный ток: 1.5 мА
• Совместимость: WeMos D1 mini / WeMos D1 mini PRO
• Активные выводы: D2, 5V, GND
• Измеряемая температура: -55°C...+125°C
• Погрешность: ±0.5°C в диапазоне -10°C...+85°C
• Время измерения: не превышает 1 секунду
• Разрешение: настраиваемое, 9-12 бит
• Интерфейс: 1-Wire
• Поддержка паразитного питания от линии данных
• Размер: 27.5 х 25.6 мм

Функционал модуля WeMos DS18B20 Shield

Широко известный температурный сенсор DS18B20 представляет из себя крохотный микроконтроллер, заключённый в маленьком корпусе. На его борту встроена собственная высокоскоростная память SPM SRAM (ScratchPad Memory) размером 9 байт, в которую производится запись данных проводимых измерений. В датчик интегрирована энергонезависимая память EEPROM, сохраняющая различные параметры, включая изменяемую разрядность измерений и пользовательские настройки. А также память ROM с записанным в неё уникальным для каждого изделия 64-битный идентификационным кодом, благодаря которому по интерфейсу 1-wire можно подключать в схему немногим более 100 датчиков и работать с каждым по отдельности. Всеми действиями над DS18B20 должен выполнять внешний управляющий контроллер (хост-система). Основные команды для работы с интерфейсом 1-wire реализованы в подключаемой С/С#-совместимой библиотеке OneWire.

Единственную задачу, которую выполняет DS18B20 — это измерение окружающей среды в диапазоне от -55°C до +125°C. Данные измерений генерируются в виде цифрового сигнала в двоичном формате, передаваемые по протоколу 1-Wire на соответствующий вывод сенсора.

Карта регистров памяти DS18B20

Сигнал оповещения

Датчиком предусмотрена крайне полезная функция, называемая "Тревожный сигнал". Пользователь устанавливает в регистре T_L нижнее и в регистре T_H верхнее значения температуры, при выходе за границы которых, DS18B20 формирует признак тревожного сигнала. Признак хранится в bit7 каждого регистра в виде бита данных S=1, который 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-разрядном 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 информация о структуре памяти, регистрах ограничения температуры для функции тревожного сигнала, регистре изменения разрешения выводимых значений измеряемой температуры доступна в разделе с технической документацией.

Программирование Wemos DS18B20

Следующий скетч, входящий в состав библиотеки OneWire, наглядно демонстрирует работу с датчиком DS18B20: ищет все подключенные датчики, определяет модель каждого, считывает показания температуры с преобразованием значений в градусы Цельсия и Фаренгейта, после чего выводит информацию через последовательный порт.

Файл: WeMos_D1_Mini_DS18x20_Temperature.ino

Демонстрация результатов выполнения скетча

В помощь разработчику, корпорация Dallas Semiconductor разработала библиотеку DallasTemperature, значительно упрощающую написание приложений для взаимодействия с датчиком DS18B20. Библиотека работает в паре с OneWire, в её состав включены несколько примеров, объясняющих использование различных функций сенсора DS18B20.

Добавление OneWire в среду Arduino IDE

Библиотека доступна для самостоятельной установки в разделе полезные ссылки. Также библиотеку можно установить непосредственно из редактора Ардуино ИДЕ (Меню "Инструменты" -> "Управлять библиотеками").

Техническая документация

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

Программное обеспечение

• Библиотека OneWire v2.3.4
• Библиотека DallasTemperature v3.8.0