Термостат на Ардуино с дисплеем: схема подключения Dallas 18B20

Что представляет собой DS18B20?

Dallas DS18B20 — это цифровой датчик измерения температуры, оснащенный микроконтроллером, способный сохранять изменения в памяти, уведомлять о нарушении температурных пределов (которые можно регулировать), изменять точность измерения и взаимодействовать с основным контроллером Arduino. DS18B20 выполнен в миниатюрном корпусе, в трех различных модификациях, одна из которых позволяет измерять температуру в жидкостях.

Датчик подключается через 3 выхода:

1. Первый — это блок питания VDD (красный).
2. Второй — это данные DQ (желтого или другого цвета).
3. Третий — GND (черный).

Учитывая возможность реализации схемы с фантомным питанием, возможно подключение датчика двумя проводами: DQ и VDD. Но по-дружески лучше избегать такой связи. Кроме того, выходы DQ двух датчиков могут быть подключены к основной плате Arduino на один контакт.

Типы датчиков:

1. 8-контактный SO (150 мил) — DS18B20Z+
2. 8-контактный µSOP — DS18B20U+
3. 3-контактный TO-92 — DS18B20+

Третий может использоваться без дополнительной защиты для измерения температуры в морозильных камерах, бойлерах, инкубаторах, бассейнах и других устройствах.

На рисунке показан Dallas DS18B20 + в герметичном корпусе

Характеристики:

1. Диапазон измерения температуры от -55 ° до +125 ° С.
2. Максимальная точность 0,5 ° С, без дополнительной калибровки при t от -10 ° С до + 85 ° С).
3. Электропитание 3,3-5 В.
4. Для подключения к Arduino UNO вам понадобится 3 контакта.
5. К линии связи можно подключить до ста двадцати семи датчиков, поскольку датчик содержит свой 64-битный код в постоянной памяти.
6. Каждый датчик имеет индивидуальный серийный номер.
7. Для передачи информации используется протокол 1-Wire.
8. Доступно двухпроводное подключение напрямую к линии связи по схеме фантомного питания. Но этот режим не рекомендуется использовать при температурах от 100 ° C, так как нет гарантии правильных измерений в таких условиях.
9. Два типа памяти — это статическая память с произвольным доступом или твердотельная память с произвольным доступом (SRAM) и энергонезависимая память EEPROM.
10. В EEPROM хранятся два однобайтовых регистра управления TH, TL, которые можно использовать для верхнего и нижнего пределов температурного диапазона.

Применение

DS18B20 измеряет температуру и передает данные в цифровом виде. В то же время вы можете настроить необходимое разрешение, установив количество бит точности, таким образом регулируя разрешение до определенного параметра:

• 9 бит — 0,5С;
• 10 бит — 0,25С;
• 11 бит — 0,125С;
• 12 бит — 0,0625С.

Порядок датчика:

1. Когда питание подключено, DS18B20 будет в исходном состоянии.
2. Затем в Arduino UNO отправляется команда «преобразование температуры» для измерения t.
3. Результат, полученный датчиком, сохранит свое значение в двух байтах регистра, а сам элемент схемы вернется в исходное состояние.
4. Когда схема работает от внешнего источника питания, микроконтроллер регулирует состояние преобразования.
5. Когда команда выполняется, линия находится в низком состоянии, а по завершении переходит в высокое.

Работает со стандартной проводкой, так как шина должна быть постоянно высокой. Поэтому при подключении по схеме паразитного кормления вышеуказанный способ работать не будет.

В ОЗУ сохраняются:

• 1-2 байта — данные измеренной температуры;
• 3-4 байта — пределы изменения t;
• 5-6 байт — резерв;
• 7-8 байт — необходимы для точного измерения t;
• 9 байт — код с циклическим резервированием, устойчивый к помехам;

Подключение датчика

Для подключения в цепи должен быть установлен подтягивающий резистор 4,7 кОм. Подключение осуществляется через интерфейс 1-Wire через шину данных.

Схема подключения одного датчика

Для подключения вам потребуется:

1. DS18B20 — 1 шт.
2. Arduino UNO — 1 шт.
3. Сопротивление 4,7 кОм.
4. Доска разделочная сварочная.
5. Разъемы.
6. USB-кабель для подключения к ПК.

Нормальная схема включения датчика.

Подключите, как показано выше. Обратите внимание, что DQ можно подключить к аналоговому выводу ввода / вывода A1 (также называемому цифровым A15). Используйте резистор для подключения линии передачи данных к источнику питания, как показано на макетной схеме.

Вот как схема выглядит в реальной жизни.

Фантомная схема включения датчика

Следует помнить, что подключение датчика температуры DS18B20 к Arduino с фантомным питанием влияет на скорость и стабильность работы датчика. Не рекомендуется использовать эту опцию для включения в схему, за исключением случаев крайней необходимости.

Схема подключения нескольких датчиков

Для подключения нескольких датчиков используйте одну и ту же макетную плату, просто подключите их параллельно.

Делаем термостат

Теперь добавим в программу действие, которое будет выполняться, если температура упадет ниже установленного нами порога. Пусть этот порог составляет 15 ° C. Самое простое, что мы можем сделать, — это включить нормальный светодиод №13 на Arduino. Оказывается это программа:

Кто-то забыл закрыть окно — температура резко упала ниже 15 — загорается светодиод. Закрываем окно, активно дышим — светодиод гаснет. А теперь представьте, что вы не включаете светодиод, а подаете сигнал на реле, которое включает обогреватель в комнате. Получается готовый термостат!

Немного изменив программу, можно отследить не снижение, а превышение определенного уровня. Например, будет удобно следить за температурой внутри, например, серверной, а при повышении температуры до 40 градусов включать вытяжку!

Термометр через последовательный монитор

Чтобы просмотреть данные на последовательном мониторе, подключите датчик DS18B20 к Arduino с помощью перемычек и макета и не забудьте подключить или припаять резистор 4,7 кОм между контактами 2 и 3 датчика.

Затем загрузите, откройте и загрузите файл .ino с именем DS18B20_Serial ниже.

Комплектующие

Для изготовления градусника понадобятся следующие детали:

• Плата Arduino (UNO, DUE, Micro и др.);
• Датчик DS18B20 (водостойкий или нет);
• Резистор 4,7К (в некоторых магазинах продается датчик с резистором 4,7К.);
• ЖК-дисплей 16×2 с шиной I2C;
• Договоренность;
• Джемперы.

Из программного обеспечения вам необходимо установить Arduino IDE.

Примеры

Без адресации

Библиотека позволяет работать по схеме «один датчик — один вывод», при которой нет необходимости получать адрес датчика. У каждого датчика есть свой уникальный адрес. Это можно прочитать так:

Адресный опрос датчиков

Зная адреса датчиков, можно подключить несколько частей к контакту и указать их в коде следующим образом:

Что вам понадобится для контроля температуры с помощью Arduino и DS18B20

Программное обеспечение

• Конечно, вам понадобится IDE Arduino;
• Библиотека OneWire, которая значительно упрощает работу с Arduino и датчиком DS18B20;
• Набросок…

Вы можете загрузить Arduino IDE с официального сайта Arduino.

Библиотеку OneWire можно загрузить со страницы проекта OneWire (желательно последнюю версию библиотеки).

Оборудование

• Как минимум один цифровой датчик температуры DS18B20;
• Контроллер Arduino (в данном примере используется Arduino Uno);
• 3 разъема;
• Печатная плата (Макетная плата);
• USB-кабель для подключения Arduino к персональному компьютеру.

Ссылка на заказ необходимого оборудования из Китая

• КУПИТЬ цифровой датчик температуры DS18B20;
• КУПИТЬ Arduino Uno R3;
• КУПИТЬ разделочную доску;

для программирования Arduino требуется USB-кабель. После того, как вы «заполнили» эскиз на плате, вы можете подключить его к отдельному источнику питания.

Несколько датчиков DS18B20 на одной шине

Одним из основных преимуществ DS18B20 является то, что несколько датчиков DS18B20 могут сосуществовать на одной шине 1-Wire. Поскольку каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный серийный ключ, который прошит на заводе, их легче отличить.

Эта функция может быть огромным преимуществом, если вы хотите управлять несколькими датчиками DS18B20, расположенными на большой площади.

Софт:

Для работы с датчиками необходима библиотека OneWire, скачать ее можно здесь или здесь, благодаря которой можно работать со всей линейкой устройств Maxim / Dallas с однопроводной (1-Wire) шиной, включая DS18B20.

Также для удобства работы с датчиками DS18B20 рекомендуется использовать библиотеку DallasTemperature, особенно если датчиков на шине несколько, скачать можно здесь или здесь, на библиотеке OneWire работает. Библиотека обширна, новичкам может быть сложно освоить ее, особенно с примерами наборов.

Пример работы с одним датчиком, без DallasTemperature:

Откройте пример DS18x20_Temperature.pde из библиотеки OneWire.

Кроме того, в десятой строке мы указываем контакт, к которому подключен датчик, изначально указывается контакт 10, а в нашем случае это A1, т.е мы меняем «OneWire ds (10)»; на «OneWire DS (A1)»; и загрузите его в Arduino. Открываем в мониторе «мониторинг дверей», каждую секунду приходят следующие данные.

ROM = 28 A8 3E F9 5 0 0 12 — Адрес шинного энкодера в шестнадцатеричном формате.
Chip = DS18B20 — Тип датчика, рассчитывается по адресу датчика.
Data = 1 C0 1 4B 46 3F FF 10 10 6F CRC = 6F — Данные температуры в формате HEX.
Температура = 28,00 по Цельсию, 82,40 по Фаренгейту — Температура в двух системах.

Алгоритм получения данных с датчика:

Получение температуры в примере DS18x20_Temperature.pde происходит в три этапа.

Для начала нужно узнать адрес датчика на шине и подключен ли он,

за это отвечают приведенный выше код и функция ds.search (addr), которая, если найдет устройство, поместит свой адрес в массив addr. Эту процедуру можно не выполнять, если адрес датчика известен заранее.

Второй отправляет команду на датчик для считывания температуры и занесения данных в журнал.

для датчика требуется относительно много времени, около 750 мс.

В-третьих, мы даем команду на чтение данных из регистра и за один цикл считываем ответ в массив

и попутно отправляем на «дверной монитор» для отладки, затем конвертируем в обычные градусы Цельсия или Фаренгейта.

Работа с библиотекой DallasTemperature:

Библиотека DallasTemperature может получать температуру от датчиков разными методами, каждый метод имеет свои особенности, но по порядку.

Простой пример работы с DS18B20 (с помощью библиотек)

Вот полный текст программы для работы с датчиком:

— вот самый высокий способ работы с датчиком, когда используется не только библиотека OneWire, но и библиотека DallasTemperature.

Конечно, OneWire обычно идет в комплекте с окружающей средой, поэтому требуется только DallasTemperature.

Схема подключения двух и более датчиков температуры DS18B20 к одной плате Ардуино

Хорошая новость заключается в том, что к шине 1-Wire можно подключить несколько датчиков, не обязательно одинаковых. В этом случае шину нужно подтянуть одним резистором.

Как подключить несколько сенсоров DS18B20 к Arduino?

возможно параллельное подключение нескольких цифровых датчиков температуры DS18B20. В то же время библиотека OneWire позволит вам считывать данные со всех датчиков одновременно.

Ниже описаны два метода подключения датчиков.

При большом количестве датчиков (более 10) необходимо использовать резисторы с меньшим сопротивлением (например 1,6 КОм или даже меньше).

Также при параллельном подключении более 10 датчиков могут возникнуть проблемы (ошибки при снятии показаний). Поэтому рекомендуется установить дополнительный резистор 100… 120 Ом между выводом данных на Arduino и выводом данных на каждом датчике!

Результат предыдущего скетча с двумя подключенными датчиками может выглядеть так:

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Чип = DS18B20

Данные = 1 51 1 4B 46 7F FF F 10 FE CRC = FE

Температура = 21,06 градуса Цельсия, 69,91 градуса Фаренгейта

ROM = 28 ОТ CA 27 5 0 0 49

Чип = DS18B20

Данные = 1 4E 1 4B 46 7F FF 2 10 D9 CRC = D9

Температура = 20,87 градусов по Цельсию, 69,57 градусов по Фаренгейту

Больше никаких адресов.

Выбираем правильный сенсор

Было бы неплохо знать, с какого датчика вы получаете данные при параллельном использовании нескольких датчиков. Как это сделать?

Серийный номер

Поскольку датчики являются цифровыми, каждый из них имеет индивидуальный серийный номер, который можно использовать для идентификации конкретного датчика. Вроде все просто. Но .. мы должны заранее определить эти серийные номера, прежде чем использовать их для идентификации датчика, верно?

Вы могли заметить в приведенных выше примерах, что скетч дает нам данные в виде 64-битного серийного номера — значения «ROM». Например:

28 88 84 82 5 0 0 6A или 28 DA CA 27 5 0 0 49 в примере выше.

Не забывайте, что если вы используете большое количество датчиков одновременно (10 или более), вам необходимо добавить резисторы 100… 120 Ом между выводами данных датчика DS18B20 и выводами данных на Arduino. (для каждого датчика!).

Нормальный режим питания

Ниже показано параллельное соединение нескольких датчиков с помощью трех контактов.

Программа

Как только датчик температуры подключен к Arduino, мы начинаем писать программу. Первое, что мы сделаем, это отправим необработанный сигнал с аналогового входа на последовательный порт, просто чтобы понять, как изменяется значение на входе A0. Нам понадобится простая программа:

Внимание математика! В программе вы можете увидеть выражение:

это необходимо для преобразования сигнала аналогового датчика в градусы Цельсия. Вот в чем суть. У всех аналоговых датчиков есть одна важная особенность — отношение количества вольт к единице измеряемой величины. Например, в спецификации нашего датчика tmp35 сказано, что каждый градус измеренной температуры соответствует 10 милливольтам выходного напряжения. Исходя из этих соображений, давайте сначала преобразуем значение, считанное через analogRead, в количество вольт:

вольт = (значение АЦП / 1023) * 5

Эта процедура называется нормализацией. Здесь 1023 — максимальное значение, которое 10-битный АЦП, встроенный в Arduino Uno, может вернуть нам.
5 — Рабочее напряжение АЦП.

Итак, давайте переведем эти вольты в градусы Цельсия:

градусы = (вольт * 1000) / 10

Преобразуем вольты в милливольты (* 1000) и делим на 10 (то же число, что и в спецификации!).

В общем, даже если ничего не понятно, загружаем программу на Ардуино и наблюдаем за температурой окружающей среды. Например, в нашей лаборатории датчик оценивал температуру следующим образом:

это довольно верное значение. Теперь поднесем прибор к открытому окну (вне зимы -10 ° C):

Работа! Датчик сразу определяет падение температуры.

Технические характеристики датчика DS18B20:

• интерфейс 1-Wire (то есть для его подключения требуется пин на ардуино);
• температура измеряется от -55 до +125 ° C;
• точность 0,5 градуса в диапазоне от -10 до +85;
• температура считывается из 9 битов данных;
• время преобразования температуры — 0,75 сек.

Купить DS18B20:

можно на али, здесь, в запечатанном варианте здесь.

Скетч для Arduino и сенсора DS18B20

Установливаем библиотеку OneWire Library

Скачав архив с библиотекой, нужно его импортировать. Для этого в Arduino IDE выберите «Скетч» — «Импортировать библиотеку» — «Добавить библиотеку» и выберите загруженный вами архив. Если у вас возникли проблемы с установкой библиотеки, ознакомьтесь с инструкциями по установке библиотек в Arduino.

Загружаем скетч на Arduino

Следующий эскиз можно найти в библиотеке OneWire в категории «Образцы». Перейдите в «Файл» — «Примеры» — «OneWire» и выберите пример «DS18x20_Temperature». Программный код показан ниже.

В этом примере библиотека OneWire используется для сбора данных со всех подключенных датчиков температуры DS28B20 (как подключить несколько датчиков, описано в конце статьи) и отображения их в окне последовательного монитора Arduino IDE.

В окне монитора последовательного порта вы увидите что-то вроде следующего:

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Чип = DS18B20

Данные = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC = D1

Температура = 21,37 градуса по Цельсию, 70,47 градуса по Фаренгейту

Больше никаких адресов.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Чип = DS18B20

Данные = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC = D1

Температура = 21,37 градуса по Цельсию, 70,47 градуса по Фаренгейту

Больше никаких адресов.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Чип = DS18B20

Данные = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC = D1

Температура = 21,37 градуса по Цельсию, 70,47 градуса по Фаренгейту

Больше никаких адресов.

Обычное или паразитное питание?

DS18B20 может работать в обычном или так называемом «паразитном» режиме. В обычном режиме для подключения используются 3 разъема, в «паразитном» — только 2.

для получения достоверных показаний датчика необходимо установить правильный режим в скетче:

• Для режима «паразит» в строке 65 необходимо указать: ds.write (0x44, 1);
• Для нормального режима строка 65 гласит: ds.write (0x44);

Убедитесь, что вы вводите правильные булавки!

В строке 10 написано «OneWire ds (2);» установлен контакт, к которому подключен контакт данных датчика.

В этом примере используется контакт 2, но значение контакта по умолчанию в примере OneWire — 10. Вы также можете использовать его.

Только с помощью OneWire.h

Однако вы можете обойтись без библиотеки DallasTemperature, поэтому вам придется вручную отправлять команды на датчик. Для этого вам нужно знать актуальные команды. Давайте сначала посмотрим на пример этого кода:

Фактически, здесь мы только что реализовали некоторые из необходимых нам функций, которые также находятся в классе DallasTempera (используется в приведенном выше примере).

Внутри датчика DS18B20 есть собственный небольшой контроллер, с которым Arduina обменивается данными с помощью команд. Команды отправляются с использованием метода записи класса OneWire:

write (byte) — это основной метод класса OneWire, который передает байт данных на устройство. Байт представляет собой конкретную команду. Для DS18B20 это следующие основные команды:

0x44 — измерить температуру и записать данные в оперативную память;

0x4E — записывает 3 байта в 3-й, 4-й и 5-й байты ОЗУ;

0xBE — последовательно читает 9 байт ОЗУ;

0x48 — копирует 3-й и 4-й байты RAM в EEPROM;

0xB8 — копирует данные из EEPROM в 3-й и 4-й байты RAM;

0xB4 — возвращает тип корма (0 — паразит, 1 — внешний);

Информация об измеренной температуре хранится в ОЗУ датчика, которое состоит из 9 байтов:

• 1 и 2 байта — хранят информацию о температуре.
• 3 и 4 байта — соответственно хранят верхний и нижний пределы температуры.
• 5 и 6 байтов зарезервированы.
• 7 и 8 байтов — используются для сверхточного измерения температуры.
• 9 байт — сохраняет код CRC исправления ошибок предыдущих 8 байтов.

Вот список основных методов класса OneWire:

search (addressArray) — поиск следующего устройства 1-Wire, если устройство найдено, его ROM-код записывается в 8-байтовый addressArray, в противном случае возвращается false;

reset_search () — выполняет новый поиск с первого устройства;

reset () — Выполняет сброс шины, необходимый перед установкой связи с датчиком;

select (addressArray) — Осуществляет выбор устройства после сброса, передается ROM-код устройства;

write (byte) — отправить байт данных на устройство;

write (byte, 1) — отправляет байт данных на устройство, работающее в режиме паразитного питания;

read () — читает байт информации с устройства;

crc8 (dataArray, length) — вычисляет CRC-код байтов из длины dataArray.

Порядок взаимодействия с DS18B20 для получения информации о температуре:

• Отправляем импульс сброса и получаем ответ от термометра.
• Отправьте команду Пропустить ПЗУ CCh.
• Отправляем команду Convert T 44h.
• Формируем задержку не менее 750мс.
• Отправляем импульс сброса и получаем ответ от термометра.
• Отправьте команду Пропустить ПЗУ CCh.
• Отправьте команду Читать блокнот BEh.
• Читаем данные из промежуточного ОЗУ (8 байт) и CRC.
• Проверяем CRC и, если данные считываются правильно, рассчитываем температуру.

При этом происходит следующее:

1. МК генерирует сигнал сброса, сохраняя 1-проводную шину в состоянии журнала. 0 в течение 480 мкс.
2. Ждем не менее 15 мкс, но не более 60 мкс. За это время подтягивающий резистор увеличивает уровень на шине для журнала. 1.
3. Датчик держит шину в состоянии журнала. 1 не менее 60 микросекунд. Если за это время шина не изменит свое состояние на доступ. 0 означает, что на шине произошла ошибка или датчик не работает (это помогает определить неисправный датчик).

Одним словом, здесь все довольно сложно. Чтобы не париться, воспользуемся готовой библиотекой DallasTemperature, либо кодом, который я привел выше.

Программная часть

Скачать библиотеку для работы с сенсором и другими устройствами 1-Wire можно на Github по ссылке. Чтобы установить его, скачайте архив с сервера и распакуйте его в «Документы» — «Ардуино» — «Библиотеки» или в другом месте, куда вы его поместите.

Виды скетчей и библиотек

Для написания программы можно использовать несколько библиотек:

1. OneWare — основная, с помощью которой можно использовать простейшие скетчи работы одного или нескольких датчиков, подключенных по схемам штатного и фантомного питания.
2. DallasTemperature — Рекомендуем использовать библиотеку для удобного взаимодействия с устройствами, особенно если к карте подключено более одного. Некоторые моменты логики можно упростить с помощью библиотеки.

В эскизах используется только первая или две библиотеки из пары. Чтобы запустить термометр, запустите Ardiuino IDE, скопируйте в нее код и загрузите в контроллер.

Установка библиотеки для DS18B20

Протокол Dallas 1-Wire довольно сложен и требует большого количества кода для анализа связи. Чтобы скрыть эту ненужную сложность, мы установим библиотеку DallasTempera.h, чтобы вы могли запускать простые команды для получения показаний температуры с датчика.

Чтобы установить библиотеку, перейдите в «Скетч» → «Подключить библиотеку» → «Управление библиотеками…». Подождите, пока диспетчер библиотек загрузит индекс библиотеки и обновит список установленных библиотек.

Установка библиотеки Arduino — выбор управления библиотекой в ​​Arduino IDE

Чтобы отфильтровать результаты поиска, введите «ds18b20». Должно быть пара слухов. Ищите DallasTemperature Майлзом Бертоном. Щелкните эту запись и выберите «Установить.

Установка библиотеки DallasTemperature в Arduino IDE

Эта библиотека DallasTemperature является аппаратно-зависимой библиотекой, которая обрабатывает функции нижнего уровня. Он должен быть подключен к библиотеке OneWire для связи с любым устройством 1-Wire, а не только с DS18B20. Также установите эту библиотеку.

Установка библиотеки OneWire в Arduino IDE

Читайте также: Адресная РГБ лента: принцип работы и схема подключения WS2812B