الدليل النهائي لمستشعر درجة الحرارة الرقمية DS18B20
2024-04-19 4005

DS18B20 هو مستشعر درجة الحرارة الرقمية شائعة الاستخدام.إنه يخرج إشارة رقمية ولديه خصائص الحجم الصغير ، ونقص الأجهزة المنخفضة ، وقدرة قوية لمكافحة التداخل ودقة عالية.في هذه المقالة ، سنقدم مستشعر DS18B20 واحدًا تلو الآخر من جوانب الهيكل والخصائص ومبدأ العمل وترتيب الدبوس وما إلى ذلك ..

DS18B20 هو أول مستشعر لدرجة الحرارة التي ينتجها أشباه الموصلات في دالاس في الولايات المتحدة لدعم واجهة "حافلة واحدة".إنه يتمتع بانخفاض استهلاك الطاقة ، وقدرة قوية لمكافحة المؤتمرات ، ويسهل مطابقة مزايا المعالج ، ويمكن تحويل درجة الحرارة مباشرة إلى إشارة رقمية من خلال الخط.DS18B20 باستخدام اتصال واحد من الأسلاك التي ليست سوى خط بيانات (والأرض) واتصال متحكم.يحتوي المستشعر على نطاق الكشف عن درجة الحرارة من -55 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية ، كما أن دقة +-0.5 درجة مئوية عندما يتجاوز نطاق درجة الحرارة -10 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية بالإضافة إلى ذلك.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تشغيل DS18B20 مباشرة من خط البيانات دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي.

على عكس الثرمستورات التقليدية ، فإنه يستخدم تكنولوجيا الحافلة الفردية لتقليل التدخل الخارجي بشكل فعال وتحسين دقة القياس.في الوقت نفسه ، يمكنه تحويل درجة الحرارة المقاسة مباشرة إلى إشارات رقمية متسلسلة لمعالجة الحواسيب الصغيرة ، مما يجعل نقل البيانات ومعالجته بسيطة من خلال واجهة بسيطة.

- DS18B20+

- DS18B20+T&R

- DS1821C+

يتكون المستشعر بشكل أساسي من 4 مرات ، وهي ROM 64 بت ، مستشعر درجة الحرارة ، تنبيه درجة الحرارة غير المتطايرة TM وتسجيل التكوين.الرقم التسلسلي 64 بت في RO محفوف بالتصوير قبل مغادرة المصنع.يمكن اعتباره العدد التسلسلي للعنوان لـ DS18E20.الرقم التسلسلي 64 بت من كل DS18E20 مختلف.رمز فحص التكرار الدوري (CRC = K ~ 8+X ~ 5+X ~ 4+1) من ROM 64 بت.تتمثل وظيفة ROM في جعل كل DS18B20 مختلفًا ، بحيث يمكن توصيل العديد من DS18B20s بحافلة واحدة.

يستخدم DS18B20 بروتوكول نقل أحادي الأسلاك (سلك واحد) للاتصال.يسمح هذا البروتوكول لـ DS18B20 بالتواصل مع كبل بيانات واحد فقط لنقل البيانات ومزود الطاقة.

يمكن أن يقيس المستشعر على مدى درجة حرارة -55 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية ، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من احتياجات مراقبة درجة الحرارة.

مع الناقل 1-wire ، يمكننا توصيل أجهزة استشعار DS18B20 المتعددة لقياس درجة الحرارة متعددة النقاط.

يحتوي كل مستشعر DS18B20 على عنوان فريد من نوعه 64 بت ، يتم تعيينه تلقائيًا من قبل الشركة المصنعة أثناء عملية الإنتاج.يرتبط عنوان الأجهزة 64 بت هذا رقم طراز المستشعر وتاريخ الإنتاج والرقم التسلسلي ، لذلك لكل مستشعر هويته الفريدة الخاصة به.مع عنوان الأجهزة 64 بت ، يمكن تحديد المستشعر بشكل فردي والتواصل معه.

يقوم DS18B20 بإخراج قيم درجة الحرارة الرقمية ، والتي يمكن دمجها مباشرة مع الأنظمة الرقمية دون الحاجة إلى تحويل إشارة تمثيلية.

يتمتع مستشعر DS18B20 بالقدرة على قياس درجات الحرارة مع أقصى دقة قدرها ± 0.5 درجة مئوية ، مما يجعله مناسبًا لسيناريوهات التطبيق التي تتطلب دقة عالية.

يعمل المستشعر من نطاق جهد الإمداد من 3 فولت إلى 5.5 فولت. استهلاكه المنخفض الطاقة يجعله مثاليًا للسيناريوهات التي تتطلب مراقبة درجة الحرارة المستمرة على مدار فترات طويلة من الزمن.استهلاك الطاقة لهذا المستشعر منخفض للغاية بحيث يمكنه العمل لفترات طويلة من الزمن دون أي تدهور في الأداء.

مبدأ توقيت القراءة والكتابة وقياس درجة الحرارة لـ DS18B20 هي نفسها تلك الخاصة بـ DS1820 ، لكن عدد أرقام قيمة درجة الحرارة التي تم الحصول عليها مختلفة بسبب قرارات مختلفة.بالمقارنة مع DS1820 ، يتم تقصير وقت تأخير تحويل درجة الحرارة من DS18B20 من ثانيتين إلى 750 ميلي ثانية.يتغير معدل التذبذب لمذبذب الكريستال معامل درجة الحرارة بشكل كبير مع التغيرات في درجة الحرارة ، ويتم استخدام الإشارة التي تم إنشاؤها كمدخل النبض للعداد 2. العداد 1 وسجل درجة الحرارة مسبقًا إلى قيمة أساسية تقابل -55 درجة مئوية.العداد 1 يعتمد على إشارة النبض الناتجة عن مذبذب الكريستال معامل درجة الحرارة المنخفضة.عندما تنخفض قيمة الإعداد المسبق للعداد 1 إلى 0 ، ستزداد قيمة سجل درجة الحرارة بمقدار 1 ، سيتم إعادة تحميل قيمة الإعداد المسبق للعداد 1 ، وسيقوم العداد 1 بإعادة تشغيل إشارات النبض الناتجة عن مذبذب الكريستال المعامل درجة الحرارة المنخفضة.ستستمر هذه العملية حتى يتم توجيه العداد 2 إلى 0 ، وعند هذه النقطة سيتوقف تراكم قيمة سجل درجة الحرارة.أخيرًا ، القيمة في سجل درجة الحرارة هي درجة الحرارة المقاسة.

الصور أعلاه هي الرمز ، البصمة وتكوين دبوس من DS18B20.

تعتمد عملية القيادة لـ DS18B20 بشكل رئيسي على نظام الحافلات 1-wire.يتيح نظام الحافلات هذا سيد الحافلة للتحكم في جهاز أو أكثر من جهاز الرقيق.في هذه الحالة ، يعمل MCU الخاص بنا كسيد و DS18B20 يعمل دائمًا كعبد.في نظام الحافلات ذات الأسلاك 1 ، يتم إرسال جميع الأوامر والبيانات وفقًا لمبدأ بت منخفضة من الدرجة الأولى أولاً.

تستخدم أنظمة الحافلات ذات الأسلاك الواحدة خط بيانات واحد فقط وتتطلب مقاومًا خارجيًا من حوالي 5KΩ.لذلك ، في الحالة غير المستخدمة ، يكون المستوى على خط البيانات مرتفعًا.يتم توصيل كل جهاز (سواء كان سيدًا أو عبدًا) بخط البيانات من خلال دبوس بوابة مفتوح أو 3 حالة.يتيح هذا التصميم لكل جهاز "تحرير" خط البيانات بحيث عندما لا يقوم جهاز واحد بنقل البيانات ، يمكن للأجهزة الأخرى استخدام خط البيانات بشكل فعال.تتكون واجهة الحافلة ذات الأسلاك 1 (دبوس DQ) من DS18B20 من دائرة المفتوحة للدائرة الداخلية.يظهر تكوين الأجهزة في الشكل أدناه:

هناك ثلاث خطوات رئيسية لتنفيذ برنامج تشغيل DS18B20:

الخطوة الأولى: تهيئة DS18B20 ؛

الخطوة الثانية: أمر ROM (تليها أي طلب تبادل البيانات) ؛

الخطوة الثالثة: أمر دالة DS18B20 (متبوعًا بأي طلب تبادل البيانات) ؛

يجب أن يتبع كل وصول إلى DS18B20 هذه الخطوات.إذا كانت أي من هذه الخطوات مفقودة أو لم يتم تنفيذها ، فلن يستجيب DS18B20.

نظرًا لدقيقته الاستثنائية ، يتم استخدام المستشعر في كثير من الأحيان في تجارب البحث العلمي ، وخاصة تلك التي تستلزم قياسات درجات الحرارة الدقيقة.

يلعب مستشعر DS18B20 دورًا رئيسيًا في الخدمات اللوجستية لسلسلة البرد.يتم استخدامه لمراقبة درجة حرارة البضائع خلال عملية النقل ، مما يضمن جودة وسلامة البضائع الحساسة لدرجة الحرارة.

عند مراقبة درجة الحرارة في عملية الإنتاج ، يمكن للمستشعر مساعدة الشركات على تتبع حالة تشغيل المعدات في الوقت الفعلي لضمان أن تكون المعدات والعمليات في ظروف درجة الحرارة المناسبة ، والتي بدورها تعمل على تحسين كفاءة الإنتاج وجودةها.

في المعدات الإلكترونية ، يمكن استخدام أجهزة استشعار DS18B20 لمراقبة درجة حرارة المكونات الفردية ، واكتشاف الحالات الشاذة في درجة الحرارة في الوقت المناسب ، وبالتالي تجنب مشاكل مثل تلف المعدات وفقدان البيانات بسبب ارتفاع درجات الحرارة.

تم تصميم هذا المستشعر للأنظمة المضمنة وأجهزة إنترنت الأشياء ، ويسهل مراقبة درجة الحرارة عن بُعد وجمع البيانات عن طريق الاتصال بأجهزة مثل متحكم أو توت العليق.

بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم المستشعر عادةً لتحقيق أنظمة التحكم في درجة الحرارة ، مثل الحرارة وأنظمة التحكم في الدفيئة وأنظمة تكييف الهواء وما إلى ذلك.باستخدام مستشعرات DS18B20 ، يمكن أن توفر هذه الأنظمة التحكم الدقيق في درجة الحرارة كما هو مطلوب لضمان التشغيل السليم للنظام.

DS18B20 هو مستشعر درجة حرارة صغيرة مع ADC بنيت في 12bit.يمكن توصيله بسهولة بمدخلات رقمية Arduino.يتواصل المستشعر على حافلة ذات سلك واحد ولا يتطلب سوى القليل من المكونات الإضافية.

الوظيفة الأساسية لـ DS18B20 هي مستشعر درجة الحرارة المباشر إلى الرقمي.

يتم معايرة مصنع DS18B20 لإخراج درجة الحرارة المناسبة.يتم معايرة المصنع LM35 للجهد (وليس درجة الحرارة) ، ويجب على Arduino تحويل هذا إلى درجة الحرارة.

يعد المستشعر الحراري الرقمي DS18B20 دقيقًا تمامًا ولا يتطلب أي مكونات خارجية للعمل.يمكن أن يقيس درجات الحرارة من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية مع دقة قياس ± 0،5 درجة مئوية.