DS18B20 是一個常見的數字溫度計晶元, 因為測溫準確, 廉價且接線簡單, 實際應用廣泛, 在各種教學實驗套裝中出鏡率也很高. 在寫STC8H GPIO示例的時候寫了一下 DS18B20, 這個型號雖然簡單古老, 但是內容比較有意思, 一個篇幅寫不下, 所以把內容抽出來單獨介紹. ...
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DS18B20
DS18B20 是一個常見的數字溫度計晶元, 因為測溫準確, 廉價且接線簡單, 實際應用廣泛, 在各種教學實驗套裝中出鏡率也很高.
在寫STC8H GPIO示例的時候寫了一下 DS18B20, 這個型號雖然簡單古老, 但是內容比較有意思, 一個篇幅寫不下, 所以把內容抽出來單獨介紹.
參數
- 1-Wire Bus 單線匯流排結構, 允許一根匯流排上掛接多個 DS18B20 並分別通信
- 在普通溫度下, 可以直接從數據口取電, 這時候只需要兩根連線.
- 供電電壓 [3.0V, 5.5V]
- 溫度檢測範圍 [-55°C, +125°C]攝氏度, [-67°F, +257°F]華氏度
- 精確率: 在 [-10°C, +85°C] 為 ±0.5°C
參數說明
- 常溫下誤差不超過±0.5°C
對國產的廉價DS18B20實際測過, 基本上在這個範圍至內, 二三十攝氏度室溫下, 實際測試得到的個體誤差在±0.35°C以內. - 功耗很低
單個DS18B20用一個0.1uF的電容蓄電就可以驅動 - 可以通過三線或雙線連接進行溫度監控
去掉Vcc和GND, 實際上只需要一根IO線, 非常節省MCU的IO資源 - 支持在單線匯流排上連接多個晶元
這個最贊了, 只用一根線通信, 這根線還能同時與多個DS18B20通信, 而且這個距離還可以很長
對最後一點的說明: 單根線上 DS18B20 的數量和距離和佈線形式有關, 十幾釐米的短距離上連接五六十個 DS18B20 沒有任何問題, 如果是上百米的長距離連接, 建議10個以內, 最多不要超過20個. 以上的前提都是供電充足. DS18B20的這些特性在工業環境中特別有利, 例如一個IDC機房, 幾十個測溫點只需要一個8位MCU就能完成採集, 功耗低並且可靠.
Pin腳
一般見到的都是3pin的To-92封裝, 和普通三極體一樣, 使平面朝向自己, Pin腳朝下, 從左往右依次為: GND, DQ, VDD
單個DS18B20的接線
單個DS18B20是最基礎的連線方式
普通供電模式
普通供電模式使用的是三線連接, 電壓可以選擇3.3V或5V
- MCU IO -> DQ
- GND -> GND
- 5V/3.3V -> VDD
寄生供電模式
寄生供電模式使用的是雙線連接. 這時候DS18B20的GND和Vdd都要接地. DQ腳既是數據通信腳, 也是供電腳, 上位機需要在這個腳上使用上拉電阻連接到VCC上, 對於STC8, 可以通過寄存器PxPU進行設置.
需要註意的是, 並非所有線上購買的DS18B20都能工作在寄生供電模式下, 有一些在寄生供電模式的電路下只會輸出0, 這時候你需要通過一些額外的電路讓其在雙線模式下工作.
- MCU IO -> DQ
- GND -> GND & VDD
模擬寄生供電模式
如果DS18B20不能在寄生供電模式下工作, 可以使用一個 0.1uF 的電容和一個1N4148二極體實現雙線連接. 這時候 DS18B20 實際上工作在普通供電模式下.
+-----1N4148-|>|-----+
| |
| |DS18B20|-VCC--+
| | | |
MCU IO--+-DQ--|DS18B20| 0.1uF
| | |
GND ----GND-|DS18B20|-GND--+
多個 DS18B20 接線
在實際的場景中, DS18B20 經常成組使用, 用於收集一個區域範圍的溫度信息, 區域的跨度從幾十釐米(機箱, 機櫃, 車床), 到上百米(住宅, 機房, 車間)都有可能. 對不同的距離和環境有不同的選擇, 總結一下有以下幾種情況
可以參考這篇 1-wire 匯流排的接線 https://www.loxone.com/enen/kb/wiring-1-wire-devices/
匯流排連接方式
下麵的結構中S代表 Sensor, DS18B20. MCU是單片機.
匯流排方式是推薦的接線方式, 所有的 DS18B20 都接在同一根線上. 使用匯流排連接方式可以達到最遠距離通信
MCU-------8m---S---3m----S----3m----S-----10m-----S
或者有個別分叉, 分叉離匯流排很近
MCU-------8m----------+--S---3m----S--+--10m-----S
| |
1m 1m
| |
S S
星形連接方式
如果匯流排上產生了較多較長的分叉, 就變成了星形連接, 類似於下麵的接線方式, 星形連接僅建議在小區域場景使用, 與匯流排連接方式相比, 長度要短得多.
S---------8m----MCU
|
4m
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S------6m-----+----3m------S
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8m
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S--+------4m-----+----6m------------S
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2m
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S
供電方式
集中供電
絕大多數場景使用的都是集中供電. 在這個場景下, 由控制端(MCU端)供電.
如果使用三線則無需註意, 如果使用雙線連接, 需要註意
- 因為通信IO同時負責供電, 所以需要配置上拉電阻, 上拉電阻在短距離場景5KR足夠, 但是在長距離場景需要降低, 可以嘗試使用2KR的電阻.
- 如果是使用正常供電模式模擬的寄生供電模式, 電壓使用5V, 電容需要靠近 DS18B20 部署, 每個 DS18B20 配一個 0.1uF 的電容.
終端供電
在有條件的場景, 每個 DS18B20 可以單獨供電, 此時控制端與 DS18B20 共地, 連接通信IO即可. 為穩定起見在 DS18B20 端可以加配 0.1uF 電容.
參考
- DS18B20 最大距離 https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=36163#p1337521
- 40米 CAT5 網線連接7個 DS18B20 https://raspberrypi.stackexchange.com/questions/41234/max-length-of-wire-w-3-3v-or-other-issue
- 寄生供電模式 https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/temperature/DS18B20-temperature-sensing
- 寄生供電模式 https://e-radionica.com/en/blog/hum-how-to-use-the-ds18b20-with-parasitic-power-supply/
