Propojení 1-drátového digitálního teplotního čidla DS18B20 s Arduinem

Jedním z nejjednodušších a nejlevnějších způsobů, jak přidat do projektu Arduino snímání teploty, je použití 1-drátového teplotního čidla DS18B20. Tyto snímače jsou poměrně přesné a ke své činnosti nepotřebují žádné externí komponenty. Stačí tedy jen několik málo připojení a kód pro Arduino a během chvilky budete snímat teplotu!

DS18B20 1-Wire Temperature Sensor

DS18B20 je teplotní senzor s 1-Wire rozhraním vyráběný společností Dallas Semiconductor Corp. Unikátní rozhraní 1-Wire® vyžaduje pouze jeden digitální pin pro obousměrnou komunikaci s mikrokontrolérem.

Senzor se obvykle dodává ve dvou provedeních. Jeden, který se dodává v pouzdře TO-92, vypadá přesně jako běžný tranzistor. Druhý ve stylu vodotěsné sondy, který může být užitečnější, když potřebujete měřit něco daleko, pod vodou nebo pod zemí.

Teplotní čidlo DS18B20 je poměrně přesné a ke své činnosti nepotřebuje žádné externí komponenty. Dokáže měřit teploty od -55 °C do +125 °C s přesností ±0,5 °C.

Rozlišení teplotního čidla je uživatelsky konfigurovatelné na 9, 10, 11 nebo 12 bitů. Výchozí rozlišení při zapnutí je však 12 bitů (tj. přesnost 0,0625 °C).

Snímač lze napájet zdrojem 3 V až 5,5 V a při aktivních převodech teploty spotřebovává pouze 1 mA.

Níže jsou uvedeny kompletní specifikace:

Více DS18B20 na jedné sběrnici

Jednou z největších výhod DS18B20 je, že více DS18B20 může koexistovat na jedné 1-drátové sběrnici. Protože každý DS18B20 má z výroby vypálený jedinečný 64bitový sériový kód, je snazší je od sebe odlišit.

Tato funkce může být obrovskou výhodou, pokud chcete ovládat mnoho DS18B20 rozmístěných na velké ploše.

Chcete-li vědět, jak číst teplotu z více snímačů teploty DS18B20, podívejte se na tento návod.

Propojení více digitálních snímačů teploty DS18B20 s Arduinem

Jednou z největších výhod DS18B20 je, že na jedné sběrnici 1-Wire může koexistovat více DS18B20. Protože každý senzor DS18B20 má jedinečnou 64bitovou…

Vývody senzoru DS18B20

GND je zemnicí pin.

DQ je 1-Wire Data Bus by měl být připojen k digitálnímu pinu na mikrokontroléru.

Pin VDD napájí senzor, který může mít napětí 3,3 až 5 V.

Připojení teplotního senzoru DS18B20 k Arduinu

Teorie už bylo dost, pojďme na to prakticky! Připojíme DS18B20 k Arduinu.

Připojení je poměrně jednoduché. Začněte připojením VDD k výstupnímu pinu 5V na Arduinu a GND k zemi.

Dále připojte zbývající pin digitálního signálu DQ k digitálnímu pinu 2 na Arduinu. Budete také muset přidat pull-up rezistor 4,7k mezi signálový a napájecí pin, aby byl přenos dat stabilní. (Interní pull-upy na arduinu nefungují)

Dejte pozor, abyste DS18B20 zapojili správně. Pokud ho dáte špatně, bude se zahřívat a pak se zlomí.

Pokud používáte vodotěsnou verzi DS18B20, připojte červený proužek k 5V, černý připojte k zemi a žlutý proužek jsou data, která jdou na digitální pin 2 na arduinu. Ještě musíte připojit pullup rezistor 4,7 K z dat na 5 V.

Instalace knihovny pro DS18B20

Protokol Dallas 1-Wire je poněkud složitý a vyžaduje spoustu kódu pro rozbor komunikace. Abychom tuto zbytečnou složitost skryli, nainstalujeme knihovnu DallasTemperature.h, abychom mohli vydávat jednoduché příkazy pro získání údajů o teplotě ze snímače.

Pro instalaci knihovny přejděte do Sketch > Include Library > Manage Libraries…Počkejte, až Správce knihoven stáhne index knihoven a aktualizuje seznam nainstalovaných knihoven.

Vyhledávání filtrujte zadáním ‚ds18b20‘. Mělo by tam být několik položek. Vyhledejte položku DallasTemperature od Milese Burtona. Klepněte na tuto položku a vyberte možnost Instalovat.

Tato knihovna Dallas Temperature je hardwarově specifická knihovna, která zpracovává funkce nižší úrovně. Je třeba ji spárovat s knihovnou One Wire Library, aby mohla komunikovat s jakýmkoli jednovodičovým zařízením, nejen s DS18B20. Nainstalujte si i tuto knihovnu.

Kód pro Arduino

Následující náčrt vám poskytne kompletní představu o tom, jak číst údaje o teplotě ze snímače teploty DS18B20, a může sloužit jako základ pro další praktické experimenty a projekty.

#include <OneWire.h>#include <DallasTemperature.h>// Data wire is plugged into digital pin 2 on the Arduino#define ONE_WIRE_BUS 2// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire deviceOneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);// Pass oneWire reference to DallasTemperature libraryDallasTemperature sensors(&oneWire);void setup(void){ sensors.begin();// Start up the library Serial.begin(9600);}void loop(void){ // Send the command to get temperatures sensors.requestTemperatures(); //print the temperature in Celsius Serial.print("Temperature: "); Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0)); Serial.print((char)176);//shows degrees character Serial.print("C | "); //print the temperature in Fahrenheit Serial.print((sensors.getTempCByIndex(0) * 9.0) / 5.0 + 32.0); Serial.print((char)176);//shows degrees character Serial.println("F"); delay(500);}

Takto vypadá výstup v sériovém monitoru.

Vysvětlení kódu:

Sketch začíná zařazením knihoven OneWire.h a DallasTemperature.h a deklarací pinu Arduino, ke kterému je připojen signální pin senzoru.

#include <OneWire.h>#include <DallasTemperature.h>#define ONE_WIRE_BUS 2

Následuje vytvoření objektu OneWire předáním signálního pinu senzoru do jeho konstruktoru. Tento jednovodičový objekt nám umožní komunikovat s libovolným jednovodičovým zařízením, nejen s DS18B20. Abychom mohli komunikovat se senzorem DS18B20, musíme vytvořit objekt knihovny DallasTemperature a jako parametr předat odkaz na jednovodičový objekt.

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);DallasTemperature sensors(&oneWire);

Po vytvoření objektu DallasTemperature můžeme zadávat níže uvedené jednoduché příkazy pro interakci se senzorem.

• begin() Funkce vyhledá připojené snímače na sběrnici a nastaví pro každý z nich bitové rozlišení (12 bitů).
• requestTemperatures() Funkce odešle příkaz pro všechny snímače na sběrnici, aby provedly převod teploty.
• getTempCByIndex(deviceIndex) Funkce přečte a vrátí údaj o teplotě ze snímače. deviceIndex není nic jiného než umístění čidla na sběrnici. Pokud na sběrnici používáte pouze jeden snímač DS18B20, nastavte jej na 0.

Další užitečné funkce v knihovně DallasTemperature.h

Existuje několik užitečných funkcí, které můžete použít s objektem DallasTemperature. Několik z nich je uvedeno níže:

• setResolution() Funkce nastavuje rozlišení interního analogově-digitálního převodníku DS18B20 na 9, 10, 11 nebo 12 bitů, což odpovídá přírůstkům 0,5 °C, 0,25 °C, 0,125 °C a 0,0625 °C.
• bool getWaitForConversion() Funkce vrací hodnotu příznaku waitForConversion. Může být užitečná, když chcete zkontrolovat, zda je převod teploty dokončen.
• setHighAlarmTemp() & setLowAlarmTemp() Funkce nastavuje interní alarmy vysoké & nízké teploty pro zařízení ve stupních Celsia. Platný rozsah je -55 až 125 °C.
• bool hasAlarm() Funkce vrací true, pokud má zařízení alarmový stav, když teplota překročí nastavení vysokého & nízkého teplotního alarmu.