Так исторически сложилось, что на текущий момент одним из самых популярных цифровых температурных датчиков является датчик DS18B20 корпорации Dallas Semiconductor. Конечно же и мы не можем обойти его стороной.
Вся память DS18B20 включает в себя оперативную (SRAM) и энергонезависимую (EEPROM) память. В EEPROM хранятся регистры TH, TL и регистр конфигурации. Если функция тревожного сигнала не используется, то регистры TH и TL могут использоваться как регистры общего назначения. В режиме термостата TH содержит значение верхнего порога температуры, TL соответственно нижнего порога.
Кодинг.
Первым делом нам потребуется библиотека OneWire которая нам очень упростит жизнь. Скачать можно с GitHub или с нашего сайта .
Любое общение с датчиком начинается с команды Reset . То есть МК прижимает шину данных в состояние логический «0» на 480 µs, потом отпускает ее. Датчик отвечает на это сигналом присутствия, после чего мы отправляем команду Skip ROM (0xCC) . Тое сть обратимся ко всем датчика которые присутствуют на шине.
OneWire(uint8_t pin);Конструктор, Pin – номер вывода, к которому подключен датчик.
uint8_t reset(void);Инициализация операции на шине. С этой команды должна начинаться любая операция обмена данными. Возвращает:
- 1 – если устройство подключено к шине (был ответный импульс присутствия);
- 0 – если устройство отсутствует на шине (ответного импульса не было).
Запись байта. Передает байт в устройство на шине.
Отправим команду 0x44 инициализации измерения температуры.
Пауза 1 сек . Ожидание на время, необходимое для выполнения датчиком преобразования температуры. Это время зависит от выбранной разрешающей способности датчика. Разрешение 12 бит установлено в датчике по умолчанию. Время преобразования для него – 750 мс.
Затем мы отправляем команду Reset , Skip ROM (0xCC) , а замет команду 0xBE чтения памяти датчика.
Вот и сам код из библиотеке:
#include
Собственно это библиотека подходить для всех датчиков семейства DS18 (DS18B20, DS18S20, DS1820, DS1822) подключение не чем не отключаются. Ну а некоторые различия можно уже узнать из datesheet к ним.
DS18B20 подключение к Arduino — это фантастический датчик определения температурной составляющей с цифровым интерфейсом в своем составе — следовательно он не требует выполнения калибровки. Поэтому, такие устройства можно подключить одновременно в множественном количестве к одному контакту arduino. Такую возможность предоставляет оригинальный адрес, который был запрограммирован в схему DS18B20 при его изготовлении.
Вот так выглядит эта «супер-сложная» схема DS18B20 подключение к Arduino:
Здесь нужен всего один резистор и больше ничего))). К тому же здесь отсутствуют необходимость в калибровании температуры, а также исключаются возможные неточности при выполнении сборки. Питающее напряжение возможно подавать в диапазоне от 3v до 5v. Все элементарно. А отображение температурного значения - три строки)). Ниже показан образец, все досконально и четко расписано.
Вот отсюда нужно скачать библиотеку:
Тут все аналогично, код в образце Multiple.pde. Разница лишь в том, что применено некоторое количество переменных величин имеющих адреса термометров — следовательно на три датчика три переменные величины со своим адресом и аналогичный код для поиска:
If (!sensors.getAddress(Thermometer1, 0)) Serial.println("Не найден адрес датчика 0"); if (!sensors.getAddress(Thermometer2, 1)) Serial.println("Не найден адрес датчика 1"); if (!sensors.getAddress(Thermometer3, 2)) Serial.println("Не найден адрес датчика 2");
Естественно и вывода температурных составляющих также по три.
Пора переходить к чему-нибудь более полезному в хозяйстве. Ну, например, сделать цифровой термометр, что-ли. Тем более, что с Ардуино - это совсем не так сложно, как было в "доконтроллерную эпоху". В те времена электронный термометр представлял собой сложную конструкцию из десятка микросхем, аналогового датчика, который нужно было еще откалибровать, и трансформаторного блока питания на несколько выходных напряжений. Ну, и - соответствующей подготовки радиолюбителя, который задумает все это собрать. Сейчас с этим - все гораздо проще.
Разрешите представить - цифровой датчик температуры буржуинской фирмы "Dallas semiconductor" DS18B20.
Полностью функциональное устройство для точного (до нескольких знаков после запятой) измерения температуры в диапазоне от -55 до +120 градусов Цельсия. Кроме того - имеется даже немного "мозгов" (ячеек памяти) для запоминания чего-нибудь полезного. Но пока что мы ими пользоваться не будем. Как видно на рисунке - выпускается в нескольких вариациях. Самая распространенная и для нас удобная - та, где написано "ТО-92".
Датчик имеет всего 3 вывода, на два из которых подается напряжение питания 5в, а средний вывод - для передачи данных. Все управление датчиком (подача на него команд, считывание измеренной температуры) идет по единственному проводнику, поэтому вся эта технология и протокол приема-передачи называется "1-Wire" или "One-Wire".
Чтобы не сильно загружаться теорией, примерно рассмотрим вкратце процесс измерения температуры с помощью нашего датчика.
Каждый сеанс передачи или приема данных начинается с команды инициализации. Опять же не будем вдаваться в подробности общения Ардуины с термометром, за нас это сделали посторонние люди (мысленно скажем им спасибо). Просто передадим ей одну команду - "инициализация", и она сама разберется, что надо сделать.
Далее, после инициализации, начинаем подавать управляющие команды. Тут надо заметить, что на одном управляющем проводке, теоретически, может находиться несколько устройств семейства "1-Wire". Причем, не только датчики температуры. Поэтому, есть возможность обращаться к каждому из них по уникальному серийному номеру. Но, поскольку у нас на проводе единственный датчик, то ни к чему другому мы не можем обратиться в принципе. Поэтому эти прелюдии пропускаются командой (передаваемым байтом "0хСС"). Забыл сказать - здесь и далее используется шеснадцатиричная запись двоичных чисел (байтов).
После того, как определились с адресатом - передаем команду "измерить температуру" ("0х44"). После этого нужно оставить датчик в покое примерно на 1 секунду, пока он будет делать свои дела.
За это время "ds-ка" измерит температуру и запишет результаты в два байта, которые нам нужно у нее выудить и привести к человеческому виду. Начинаем, как всегда, с инициализации сеанса связи. Потом снова передаем команду "сброс передачи адреса" ("0хСС"). И тут же следом - сообщаем, что готовы принять результат измерения: ("0хВЕ").
После этого Ардуина получает последовательно 2 байта (или двухбайтное число - кому как нравится) с результатами. Посмотрим, что это за результаты и как нам привести их к удобоваримому виду.
Опять же, чтоб не сильно грузиться, определимся с тем, что для нас важно. А именно - в младшем и, частично, в старшем байте находится результат измерения температуры с точностью до 4-го знака после запятой (нам такая точность - излишня). Знак температуры ("+" или "-") определяется значением старшего бита старшего байта.
Но, довольно слов - пора заняться конструированием. Схема подключения DS18B20 к Ардуине не только проста - а элементарно проста:
Выводы питания датчика подключены к соответствующим выводам Ардуины, а вывод данных - к цифровому выходу "10". Кроме того, вывод данных подключен к шине +5 вольт через резистор 3 - 5 килоом (так называемый "подтягивающий" резистор). Заметьте, что цифровой выход "10", хотя он будет работать и на выход, и на вход, нам уже не придется настраивать, как в предыдущем примере со светодиодами. Разработчики библиотеки "1-Wire" заботливо освободили нас от всякой черновой работы. Спасибо им за это!
В-общем, у меня получилось, примерно, так:
Да! Совсем забыл! Библиотека "1-Wire" не входит в базовую поставку Arduino IDE, поэтому ее нужно скачать, например, отсюда . Распакуем архив и положим папку с библиотекой в директорию \libraries, которая находится в папке, где установлена Arduino IDE. При следующем запуске среды разработки - библиотека будет доступна для использования. Вот где ее можно найти:
Однако, не будем использовать скетч из "Образцов", там сильно всего наворочено. Лучше скопируем в Arduino IDE вот такой скетч:
#include
OneWire ds(10); //
void setup(void) {
Serial.begin(9600); //настраиваем последовательный порт для вывода результатов
}
void loop() {
byte data; // объявляем массив из 2-х байт
ds.reset(); // инициализируем датчик
ds.write(0xCC); // пропускаем адресацию к конкретному датчику (у нас он один)
ds.write(0x44); // даем команду измерять температуру
delay(1000); // ждем 1 секунду, пока измеряется температура
ds.reset(); // снова инициализируем датчик
ds.write(0xCC); // снова пропускаем адресацию
ds.write(0xBE); // даем команду готовности считывать температуру
data = ds.read(); //считываем младший
data = ds.read(); // и старший байты
int Temp = (data << 8) + data; // преобразуем считанную информацию
Temp = Temp >> 4; // к нужному виду.
Serial.println(Temp); // выводим результат в последовательный порт.
Что мы тут видим... Сначала к скетчу подключается библиотека "OneWire". Указываем, что наш датчик подключен к выводу "10" Ардуины. Затем настраивается последовательный порт для вывода результатов измерения. Все, подготовительные операции закончены, начинаем измерять. Подготавливаем (резервируем и называем) 2 байта, куда будем записывать результат измерения температуры. Затем - подаем команды, как описывалось выше и, наконец, получаем 2 байта с нашей температурой. Затем происходит преобразование считанной информации и удаление лишних знаков после запятой с тем, чтобы получить целое значение температуры, без десятичных дробей. Эта информация и выводится через последовательный порт. Где мы можем ее увидеть? А вот здесь:
Итак, загружаем этот скетч в Ардуину, открываем "Монитор последовательного порта" и наблюдаем каждую секунду измеренную температуру:
Ура! Заработало! Не будем вдаваться в подробности процесс преобразования полученных от датчика 2-х байт в целое число температуры, это тема для отдельной большой статьи. Скажу только, что полученное число - переменная Temp типа integer. То есть, она может принимать как положительные значения, так и отрицательные. Проверим работу нашего устройства на морозце:
Ну что же - показывает и отрицательные температуры. Даже прямо сразу со знаком. В дальнейшем, когда мы будем выводить температуру на различные индикаторы, надо будет запомнить эту особенность нашей программы. И предусмотреть дополнительно индикацию знака плюсовой температуры. Но про то - уже в следующих статьях.
DS18B20 - это цифровой датчик температуры. Датчик очень прост в использовании.
Во-первых, он цифровой, а во вторых - у него всего лишь один контакт, с которого мы получаем полезный сигнал. То есть, вы можете подключить к одному Arduino одновременно огромное количество этих сенсоров. Пинов будет более чем достаточно. Мало того, вы даже можете подключить несколько сенсоров к одному пину на Arduino! Но обо всем по порядку.
DS18B20 имеет различные форм-факторы. Так что выбор, какой именно использовать, остается за вами. Доступно три варианта: 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Серфинг по eBay или Aliexpress показывает, что китайцы предлагают версию TO-92 во влагозащищенном корпусе. То есть, вы можете смело окунать подобное чудо в воду, использовать под дождем и т.д. и т.п. Эти сенсоры изготавливаются с тремя выходными контактами (черный - GND, красный - Vdd и белый - Data).
Различные форм-факторы датчиков DS18B20 приведены на рисунке ниже.
Модель DS18B20 во влагозащищенном корпусе:
DS18B20 удобен в использовании. Запитать его можно через контакт data (в таком случае вы используете всего два контакта из трех для подключения!). Сенсор работает в диапазоне напряжений от 3.0 В до 5.5 В и измеряет температуру в диапазоне от -55°C до +125°C (от -67°F до +257°F) с точностью ±0.5°C (от -10°C до +85°C).
Еще одна крутая фича: вы можете подключить параллельно вплоть до 127 датчиков! и считывать показания температуры с каждого отдельно. Не совсем понятно, в каком проекте подобное может понадобится, но подключить два сенсора и контролировать температуру в холодильнике и морозильной камере можно. При этом вы оставите свободными кучу пинов на Arduino... В общем, фича приятная.
Что вам понадобится для контроля температуры с помощью Arduino и DS18B20
Программное обеспечение
- Естественно, вам необходима Arduino IDE;
- Библиотека OneWire library, которая значительно облегчает работу с Arduino и датчиком DS18B20;
- Скетч...
Загружаем скетч на Arduino
Скетч, который представлен ниже, есть в библиотеке OneWire, в категории examples. Перейдите в “File” - “Examples” - “OneWire” и выберите пример “DS18x20_Temperature”. Код программы представлен ниже.
Данный пример использует библиотеку OneWire Library, для того, чтобы собрать данные со всех подключенных датчиков температуры DS28B20 (как подключить несколько сенсоров описано в конце статьи) и отобразить их в окне серийного монитора Arduino IDE.
В окне серийного монитора вы увидите примерно следующее:
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
No more addresses.
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1
Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit
No more addresses.
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1
Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit
No more addresses.
Убедитесь, что вы указали корректные пины!
В строке 10, где указано “OneWire ds(2);” устанавливается пин, к которому подключен контакт data с сенсора.
В этом примере использован пин 2, но значения пина по умолчанию в примере OneWire стоит на 10. Можно использовать и его.
#include <OneWire.h>
// пример использования библиотеки OneWire DS18S20, DS18B20, DS1822
OneWire ds(2); // на пине 10 (нужен резистор 4.7 КОм)
void setup(void) {
Serial.begin(9600);
void loop(void) {
byte present = 0;
float celsius, fahrenheit;
if (!ds.search(addr)) {
Serial.println("No more addresses.");
Serial.println();
ds.reset_search();
Serial.print("ROM =");
Serial.write(" ");
Serial.print(addr[i], HEX);
if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) {
Serial.println("CRC is not valid!");
Serial.println();
// первый байт определяет чип
Serial.println(" Chip = DS18S20"); // или более старый DS1820
Serial.println(" Chip = DS18B20");
Serial.println(" Chip = DS1822");
Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
ds.select(addr);
delay(1000); // 750 может быть достаточно, а может быть и не хватит
// мы могли бы использовать тут ds.depower(), но reset позаботится об этом
present = ds.reset();
ds.select(addr);
Serial.print(" Data = ");
Serial.print(present, HEX);
Serial.print(" ");
data[i] = ds.read();
Serial.print(data[i], HEX);
Serial.print(" ");
Serial.print(" CRC=");
Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);
Serial.println();
// конвертируем данный в фактическую температуру
// так как результат является 16 битным целым, его надо хранить в
// переменной с типом данных "int16_t", которая всегда равна 16 битам,
// даже если мы проводим компиляцию на 32-х битном процессоре
int16_t raw = (data
if (data == 0x10) {
raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data;
byte cfg = (data & 0x60);
// при маленьких значениях, малые биты не определены, давайте их обнулим
if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7; // разрешение 9 бит, 93.75 мс
else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // разрешение 10 бит, 187.5 мс
else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // разрешение 11 бит, 375 мс
//// разрешение по умолчанию равно 12 бит, время преобразования - 750 мс
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");
Как подключить несколько сенсоров DS18B20 к Arduino?
Вы можете подключить несколько цифровых датчиков температуры DS18B20 параллельно. При этом библиотека OneWire library позволит вам считывать данные со всех датчиков одновременно.
Ниже описаны два метода подключения сенсоров.
Для большого количества сенсоров (больше 10), надо использовать резисторы с меньшим сопротивлением (например, 1.6 КОм или даже меньше).
Кроме того, если вы подключаете параллельно более 10 датчиков, могут возникнуть проблемы (погрешности при съеме показаний). Поэтому рекомендуется устанавливать дополнительный резистор сопротивлением 100...120 Ом между контактом data на Arduino и data на каждом сенсоре!
Результат работы предыдущего скетча с двумя подключенными сенсорами может выглядет примерно следующим образом:
ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A
Data = 1 51 1 4B 46 7F FF F 10 FE CRC=FE
Temperature = 21.06 Celsius, 69.91 Fahrenheit
ROM = 28 DA CA 27 5 0 0 49
Data = 1 4E 1 4B 46 7F FF 2 10 D9 CRC=D9
Temperature = 20.87 Celsius, 69.57 Fahrenheit
No more addresses.
Выбираем правильный сенсор
Было бы неплохо знать, с какого именно сенсора вы получаете данные, когда вы используете параллельно несколько датчиков. Как это сделать?
Серийный номер
Так как датчики цифровые, у каждого из них есть индивидуальный серийный номер, который можно использовать для опознавания того или иного сенсора. Вроде бы все просто. Но... нам ведь надо предварительно определить эти серийные номера, прежде чем использовать их для опознавания сенсора, правильно?
Вы могли обратить на примерах выше, что скетч выдает нам данные в виде 64-битного серийного номера - значение “ROM”. Например:
28 88 84 82 5 0 0 6A или 28 DA CA 27 5 0 0 49 в примере выше.
Не забывайте, если вы используете одновременно большое количество датчиков (10 и больше), надо добавить резисторы 100 … 120 Ом между контактами data с сенсора DS18B20 и пином data на Arduino (для каждого датчика!).
Ниже показана схема параллельного подключения нескольких сенсоров с использованием трех контактов.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Рассмотрим как при помощи Arduino считывать показания с цифрового датчика температуры DS18B20 или DS18S20. В настоящий момент м/с DS18B20 фирмы Dallas является наиболее распространенным и доступным цифровым датчиком температуры. Работает по протоколу . Даташит датчика:
Схема подключения датчика DS18B20 к Arduino приведена ниже. Подтягивающий Pull-Up резистор номиналом 4.7 кОм (5 кОм) включается между выводом DQ (Data) и питанием датчика Vdd.
Рабочий скетч представлен ниже. Необходима библиотека OneWire, последнюю версию которой можно скачать .
После установки библиотеки, в меню появиться рабочий пример, которым и можно воспользоваться.
#include "OneWire.h" // OneWire DS18S20, DS18B20, DS1822 Temperature Example // // http://www.pjrc.com/teensy/td_libs_OneWire.html // // The DallasTemperature library can do all this work for you! // http://milesburton.com/Dallas_Temperature_Control_Library OneWire ds(10); // on pin 10 (a 4.7K resistor is necessary) void setup(void) { Serial.begin(9600); } void loop(void) { byte i; byte present = 0; byte type_s; byte data; byte addr; 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[i], HEX); } if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr) { Serial.println("CRC is not valid!"); return; } Serial.println(); // the first ROM byte indicates which chip switch (addr) { 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[i] = ds.read(); Serial.print(data[i], HEX); Serial.print(" "); } Serial.print(" CRC="); Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX); Serial.println(); // Convert the data to actual temperature // because the result is a 16 bit signed integer, it should // be stored to an "int16_t" type, which is always 16 bits // even when compiled on a 32 bit processor. int16_t raw = (data << 8) | data; if (type_s) { raw = raw << 3; // 9 bit resolution default if (data == 0x10) { // "count remain" gives full 12 bit resolution raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data; } } else { byte cfg = (data & 0x60); // at lower res, the low bits are undefined, so let"s zero them if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7; // 9 bit resolution, 93.75 ms else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // 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"); }
