温度模块(测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍)
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温度模块(测温神器:DS18B20数字温度传感器模块介绍)
测量温度是创客项目中最常见的功能需求之一。自己动手做一个测温计,放在你的卧室或是车厢里,让你随时了解你周边的环境温度,那也是极好的。如果再加上其他辅助模块和控制器,那你就可以实现远程测温和控温了,是不是十分酷炫呢?这一切的基础就是一块小小的温度传感器芯片,其中最为常见的就是DS18B20数字温度传感器。
DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。它的接线方便,封装成后可应用于多种场合。
DS18B20引脚定义:
- DQ为数字信号输入/输出端;
- GND为电源地;
- VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
DS18B20的主要特性:
- 适应电压范围更宽,电压范围:3.0~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电;
- 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯;
- DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温;
- 测温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃
- 可编程 的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温
- 在9位分辨率时,最多在 93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快
- 测量结果直接输出数字温度信号,以"一 线总线"串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力
- 负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁, 但不能正常工作。
DS18B20的内部结构:
DS18B20内部结构主要包括4部分:64位光刻ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器,如图所示。
DS18B20工作原理:
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20的测温原理如图所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。各种操作的时序图与DS1820相同。
说了这么多,是不是还是一头雾水,不要紧,因为我们也不需要了解得这么清楚。通常我们在应用过程中可以直接使用传感器集成模块。它具有更方便的接口和更可靠的性能。简单的说就是在传感器上增加了上拉电阻和指示灯。
- 工作电压:3V~5.5v
- 测温范围:-55℃~+125℃(误差±2℃);-10℃~+85℃(误差±2℃)
- 板子尺寸:21mm*10mm
下面我们就用Arduino驱动DS18B20模块,并用串口显示DS18B20测得的温度。
硬件设备:
- Arduino 控制器 × 1
- DS18B20 数字温度传感器模块 × 1
- USB 数据线 × 1
接线:
连接电路非常的简单,只要连接好模块的电源,地线,再将模块的数据总线DO与 Arduino 的数字端 12 引脚相连便可,连上 USB 数据。
下面就是程序了,先附上流程图:
我们根据上面流程图采用单总线库:OneWire完成程序编写
#include <OneWire.h>OneWire ds(12); // 连接arduino12引脚void setup(void) Serial.begin(9600);void loop(void) byte i; byte present = 0; byte type_s; byte data[12]; byte addr[8]; float celsius, fahrenheit; if ( !ds.search(addr)) Serial.println("No more addresses."); Serial.println(); ds.reset_search(); delay(250); return; Serial.print("ROM ="); for( i = 0; i < 8; i++) Serial.write(' '); Serial.print(addr, HEX); if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7]) Serial.println("CRC is not valid!"); return; Serial.println(); // the first ROM byte indicates which chip switch (addr[0]) case 0x10: Serial.println(" Chip = DS18S20"); // or old DS1820 type_s = 1; break; case 0x28: Serial.println(" Chip = DS18B20"); type_s = 0; break; case 0x22: Serial.println(" Chip = DS1822"); type_s = 0; break; default: Serial.println("Device is not a DS18x20 family device."); return; ds.reset(); ds.select(addr); ds.write(0x44,1); // start conversion, with parasite power on at the end delay(1000); // maybe 750ms is enough, maybe not // we might do a ds.depower() here, but the reset will take care of it. present = ds.reset(); ds.select(addr); ds.write(0xBE); // Read Scratchpad Serial.print(" Data = "); Serial.print(present,HEX); Serial.print(" "); for ( i = 0; i < 9; i++) // we need 9 bytes data = ds.read(); Serial.print(data, HEX); Serial.print(" "); Serial.print(" CRC="); Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX); Serial.println(); // convert the data to actual temperature unsigned int raw = (data[1] << 8) | data[0]; if (type_s) raw = raw << 3; // 9 bit resolution default if (data[7] == 0x10) // count remain gives full 12 bit resolution raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data[6]; else byte cfg = (data[4] & 0x60); if (cfg == 0x00) raw = raw << 3; // 9 bit resolution, 93.75 ms else if (cfg == 0x20) raw = raw << 2; // 10 bit res, 187.5 ms else if (cfg == 0x40) raw = raw << 1; // 11 bit res, 375 ms // default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time celsius = (float)raw / 16.0; fahrenheit = celsius * 1.8 + 32.0; Serial.print(" Temperature = "); Serial.print(celsius); Serial.print(" Celsius, "); Serial.print(fahrenheit); Serial.println(" Fahrenheit");
程序还是蛮复杂的,不过我们有更简单的办法:使用DS18B20程序库:DallasTemperature。
#include <OneWire.h>#include <DallasTemperature.h>// 定义DS18B20数据口连接arduino的12号IO上#define ONE_WIRE_BUS 12// 初始连接在单总线上的单总线设备OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);DallasTemperature sensors(&oneWire);void setup(void) // 设置串口通信波特率 Serial.begin(9600); Serial.println("Dallas Temperature IC Control Library Demo"); // 初始库 sensors.begin();void loop(void) Serial.print("Requesting temperatures..."); sensors.requestTemperatures(); // 发送命令获取温度 Serial.println("DONE"); Serial.print("Temperature for the device 1 (index 0) is: "); Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0));
这样是不是简单多了呢,你可以接上数码管,液晶屏等显示设备,就完成一个温度计的制作了。
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