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DS18B20數字溫度傳感器的最終指南
2024-04-19 3946

DS18B20是一種常用的數字溫度傳感器。它輸出一個數字信號，並具有小尺寸，低硬件開銷，強大的反干擾能力和高精度的特徵。在本文中，我們將從結構，特徵，工作原理，PIN佈置等方面一一介紹DS18B20傳感器。

目錄


什麼是DS18B20？


DS18B20

DS18B20 是美國達拉斯半導體在美國產生的第一個溫度傳感器，以支持“單一總線”界面。它具有低功耗，強大的抗干擾能力，易於匹配處理器的優勢，可以將溫度直接通過線路轉換為數字信號。DS18B20使用1線路通信，僅是數據線（以及地面）和微控制器通信。傳感器的溫度檢測範圍為-55°C至125°C，當溫度範圍超過-10°C至85°C時，精度也為 +-0.5°C。此外，DS18B20可以直接從數據線供電，而無需外部電源。

與傳統的熱敏電阻不同，它利用單一總線技術有效地最大程度地減少了外部干擾並提高測量精度。同時，它可以直接將測得的溫度轉換為微型計算機處理的串行數字信號，從而使數據傳輸和處理通過簡單的接口簡單。

替換和等效物





DS18B20的內部結構


DS18B20 Block Diagram

該傳感器主要由4次組成，即64位ROM，溫度傳感器，非揮發性溫度警報觸發器TM和配置寄存器。RO中的64位序列號在離開工廠之前進行了繪製。它可以被視為DS18E20的地址序列號。每個DS18E20的64位序列號不同。64位ROM的環狀冗餘檢查代碼（CRC = K〜8+X〜5+X〜4+1）。ROM的功能是使每個DS18B20都不同，以便可以將多個DS18B20連接到一個總線。

DS18B20傳感器的功能


單線傳輸


DS18B20使用單線傳輸協議（1-WIRE）進行通信。該協議允許DS18B20僅使用一根數據電纜進行通信，以進行數據傳輸和電源。

範圍很大


傳感器可以在-55°C至125°C的溫度範圍內測量，使其適合於廣泛的溫度監測需求。

多點測量


使用1線總線，我們可以連接多個DS18B20傳感器進行多點溫度測量。

唯一的硬件地址


每個DS18B20傳感器都有一個獨特的64位硬件地址，該地址在生產過程中由製造商自動分配。這個64位硬件地址與傳感器的型號，生產日期和序列號相關聯，因此每個傳感器都有自己的獨特身份。有了這個64位硬件地址，可以單獨識別和通信傳感器。

數字輸出


DS18B20輸出數字溫度值，可以直接與數字系統集成，而無需模擬信號轉換。

高準確率


DS18B20傳感器具有最大精度為±0.5°C的溫度，使其適用於需要高精度的應用場景。

低功耗


傳感器從3 V至5.5 V的電源電壓範圍運行。其低功耗使其非常適合需要長時間長時間進行連續溫度監測的場景。該傳感器的功耗很低，以至於可以長時間工作而不會降解性能。

DS18B20如何工作？


DS18B20的讀取和寫作時間和溫度測量原理與DS1820的讀數相同，但是由於分辨率不同，獲得的溫度值數字數量不同。與DS1820相比，DS18B20的溫度轉換延遲時間從2秒縮短到750毫秒。溫度係數晶體振盪器的振盪速率隨溫度的變化顯著變化，並且將生成的信號用作計數器2的脈衝輸入。計數器1和溫度寄存器預設為對應於-55°C的基本值。計數器1降低低溫係數晶體振盪器產生的脈衝信號。當計數器1的預設值降低到0時，溫度寄存器的值將增加1，計數器1的預設值將被重新加載，並且計數器1將重新啟動計算低溫係數晶體振盪器產生的脈衝信號。該過程將繼續持續到計數2計數為0，此時溫度寄存器值的積累將停止。最後，溫度寄存器中的值是測得的溫度。

DS18B20的符號，足跡和引腳配置


Symbol, footprint and pin configuration of DS18B20

上面的圖片是DS18B20的符號，足跡和引腳配置。

DS18B20的駕駛原則


DS18B20的駕駛過程主要依賴於1線總線系統。該總線系統允許一個總線大師控制一個或多個從屬設備。在這種情況下，我們的MCU充當大師，而DS18B20始終充當奴隸。在1線總線系統中，所有命令和數據首先按照低階位原理髮送。

1線總線系統僅使用一條數據線，需要大約5kΩ的外部上拉電阻。因此，在未使用的狀態下，數據線的級別很高。每個設備（無論是主機還是從）都通過開放式或三態柵極引腳連接到數據線。該設計允許每個設備“釋放”數據線，以便當一個設備不傳輸數據時，其他設備可以有效地使用數據線。DS18B20的1線總線界面（DQ PIN）由其內部電路的開放電路組成。其硬件配置如下圖所示：

Driving principle of DS18B20

實施DS18B20驅動程序的主要步驟有三個主要步驟：

第一步：初始化DS18B20；

第二步：ROM命令（隨後進行任何數據交換請求）；

第三步：DS18B20函數命令（隨後進行任何數據交換請求）；

對DS18B20的每個訪問都必須遵循以下步驟。如果缺少或未執行這些步驟，則DS18B20將無法響應。

DS18B20傳感器在哪裡使用？


科學研究實驗


由於其出色的精度，該傳感器經常用於科學研究實驗中，尤其是那些需要精確的溫度測量的實驗。

冷鏈物流


DS18B20傳感器在冷鏈物流中起關鍵作用。它用於監測整個運輸過程中商品溫度，以確保對溫度敏感的商品的質量和安全性。

工業自動化


在監視生產過程中的溫度時，傳感器可以幫助公司實時跟踪設備運行狀態，以確保設備和過程處於適當的溫度條件，從而提高了生產效率和質量。

電子設備溫度監測


在電子設備中，DS18B20傳感器可用於監測單個組件的溫度，及時檢測溫度異常，從而避免諸如高溫造成的設備損害和數據丟失等問題。

物聯網應用程序


該傳感器專為嵌入式系統和IoT設備而設計，可通過連接到微控制器或Raspberry Pi等設備來促進遠程溫度監視和數據收集。

溫度控制系統


除此之外，傳感器通常用於實現溫度控制系統，例如恆溫器，溫室控制系統，空調系統等。通過使用DS18B20傳感器，這些系統可以根據需要提供精確的溫度控制，以確保系統的正確操作。






常見問題[常見問題]


1.什麼是DS18B20傳感器？


DS18B20是一個小溫度傳感器，內置為12位ADC。它可以很容易地連接到Arduino數字輸入。傳感器通過單線巴士進行通信，幾乎不需要其他組件。

2. DS18B20是數字傳感器嗎？


DS18B20的核心功能是其直接數字溫度傳感器。

3. LM35和DS18B20有什麼區別？


DS18B20經過工廠校準以輸出正確的溫度。LM35是用於電壓（不是溫度）的工廠校準的，Arduino必須將其轉換為溫度。

4. DS18B20傳感器的準確性如何？


DS18B20數字熱傳感器非常準確，不需要任何外部組件才能操作。它可以通過測量精度為±0.5°C，測量溫度從-55°C到 +125°C。

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