Как подключить датчик температуры

Содержание

Датчики температуры

Как подключить датчик температуры

Датчики температуры применяются во многих производственных и не только процессах и на сегодняшний день они являются одними из самых востребованных измерительных приборов. В этой статье я бы хотел рассказать о классификации температурных датчиков, особенностях различных типов, схемах подключения.

Как понятно из названия, главная задача датчиков данного типа — контроль температуры самых различных объектов.

Это и температура воздуха, температура различных жидкостей, газов, твердых тел и еще многое другое.

Благодаря востребованности температурных измерений они находят самое широкое применение в самых разных областях — от систем управления автоматизации техпроцессов до применения в бытовом секторе.

Несмотря на все различия и особенности применения, в основе работы всех датчиков температуры лежит принцип преобразования измеряемой температуры в некий электрический сигнал. А вот что это будет за сигнал, зависит уже непосредственно от вида датчика.

Виды датчиков температуры

Термосопротивления (ТС, RTD, Термометры сопротивления) — работа данного типа датчиков основана на изменении электрического сопротивления материалов в зависимости от внешней температуры. Такая зависимость называется номинальной статической характеристикой НСХ.

Основными материалами, из которых изготавливаются датчики являются платина, либо медь, иногда никель. Данные материалы обладают высоким температурным коэффициентом сопротивления и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры.

Наиболее часто встречаются датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 50М, 100М .

Буквы, указанные в характеристике обозначают материал, который лежит в основе датчика (Pt, П — платина, М — Медь), цифры обозначают сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия.

Основными техническими характеристиками, на которые стоит обращать внимание при выборе термосопротивлений, являются точность измерений (класс допуска), диапазон измерений температур, номинальная статическая характеристика.

Полупроводниковые термосопротивления (Терморезисторы, Термисторы) –  принцип работы данного вида термосопротивлений также основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры, но в отличии от предыдущего вида он может иметь как прямую, так и обратную характеристику в зависимости от типа:

PTC (Positive Temperature Coefficient ) — термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно свойство резко увеличивать свое сопротивление при достижении заданной температуры

NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) . Являются противоположностью PTC, при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается

Датчики на основе данных типов термисторов обладают большим температурным коэффициентом, но при этом имеют нелинейную характеристику.

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека.

Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой.

Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем.

Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками.

При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

https://www.youtube.com/watch?v=7LoHR0CvF8o

В качестве материалов для проводников термопар широко используются хромель, платина, родий, константан, медь, железо, копель, алюмель. У любого соединения двух определённых сплавов есть своя зависимость между измеряемой температурой и напряжением на выходе термопары.

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения.

Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения.

Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

ХА — Хромель-АлюмельБелый, Зеленый
ХК — Хромель-КопельФиолетовый
НН — Нихросил-НисилСиний
МКн — Медь-КонстантанКоричневый
ЖК — Железо-КонстантанЧерный

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

ХромельФиолетовый, Черный
АлюмельБелый
КопельЖелтый, Оранжевый
МедьКрасный, Розовый
КонстантанКоричневый
ЖелезоЧерный
НихросилСиний

Ниже приведена таблица соответствия буквенных и цветовых обозначений согласно международному стандарту IEC 584-3.

Некоторые сплавы, такие как копель, которые широко распространены у нас, в международном стандарте не указаны, так как не применяются при изготовлении термопар.

Термопары, наряду с термосопротивлениями, наиболее широко используются в различных промышленных технологических процессах. Во многом это объясняется их широким температурным диапазоном, кроме того, по сравнению с другими типами контактных датчиков, они способны выдерживать самые высокие температуры, что делает их порой просто незаменимыми.

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне.

Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д.

, тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

Все вышеперечисленные виды датчиков, в той или иной степени, широко используются в различных технологических процессах. Помимо них существуют и другие виды температурных датчиков, например акустические или пьезоэлектрические, но их я рассматривать не буду, так как сталкиваться с ними приходилось очень редко.

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу исполнения температурные датчики представлены сегодня в различном исполнении. В первую очередь это зависит от вида датчика и его применения в той или иной области, но чаще всего встречаются двух типов: с кабельным выводом и с коммутационной головкой.

Датчик с кабельным выводом представляет собой чувствительный элемент, выполненный из меди или платины, заключенный в корпус из латуни либо нержавеющей стали и имеющий кабельный вывод определенной длины с ПВХ либо силиконовой изоляцией. Могут быть как погружного, так и накладного типа.

В зависимости от модели сама монтажная часть имеет разную длину, также могут иметь резьбовое крепление.

Датчики с коммутационной головкой конструктивно выполнены в виде гильзы с накидной гайкой, в которую вставлен чувствительный элемент и коммутационной головки с клеммными выводами.

https://www.youtube.com/watch?v=AGRzO8Cw7aM

Головки могут быть как пластиковыми, так и металлического исполнения. Кроме того головки могут быть стандартного или увеличенного исполнения. Увеличенные головки применяются для встраиваемых нормирующих преобразователей, преобразующих значение измеренной температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, как правило 4-20мА.

По типу защиты они могут быть обычного исполнения и взрывозащищенного, в этом случае в маркировке  присутствует обозначение Ex — знак соответствия стандартам взрывозащиты.

Также как и термосопротивления, термопары могут быть представлены в виде исполнения с коммутационной головкой и с кабельным выводом.

По исполнению рабочего спая относительно защитного корпуса бывают с изолированным рабочим спаем и неизолированным.

Для удобства монтажа в трубопроводы и быстрой замены датчика в случае необходимости, выпускается специальная арматура в виде бобышек и защитных гильз.

Бобышки ввариваются в трубопровод и в них вставляется защитная гильза, в которую уже в свою очередь вставляется датчик. Вместе с бобышкой в комплекте идет уплотнительная прокладка для обеспечения герметичности.

Схемы подключения датчиков температуры

У разных видов датчиков температуры различны и схемы подключения.

Так термосопротивления могут иметь 2-х проводную, 3-х проводную либо 4-х проводную схемы подключения. Такое разнообразие объясняется тем, что при измерении сопротивления датчика присоединенные провода имеют собственное сопротивление, которое вносит погрешность в измерения, особенно это актуально при измерении на больших расстояниях.

В случае двухпроводной схемы влияние этого дополнительного сопротивления не компенсируется, поэтому такую схему можно использовать там, где не требуется высокая точность измерений, либо на небольших расстояниях кабельных трасс.

Для уменьшения погрешности измерения применяют трехпроводную схему.

При такой схеме измеряется общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов и затем вычисляется разность этих значений, тем самым получается точное измеренное сопротивление датчика.

Данная схема позволяет получить довольно высокую точность измерения даже при значительном влиянии сопротивления проводов.

Но и в данной схеме может возникать погрешность измерения, связанная с разностью сопротивлений проводников из-за окисления контакта, неоднородности материалов, разного сечения проводов.

Четырехпроводная схема позволяет получить наиболее точные результаты измерений.

По такой схеме два провода подключаются к одному выводу датчика и два провода к другому выводу. На клеммы r1 и r4 подается измерительный ток от источника.

Падение напряжения измеряется на клеммах r2 и r3, при этом если входное сопротивление измерительного прибора значительно больше сопротивления проводов (ток по этим измерительным проводам почти не течет) то значение этих сопротивлений практически не влияет на результат измерений.

Термопары подключаются к измерительным приборам по двухпроводной схеме компенсационными проводами, с соблюдением полярности подключения. Возможно также вместо компенсационных использовать провода, состоящих из материалов, сходных по своим термоэлектрическим характеристикам к материалам, из которых изготовлена термопара.

Датчики на основе PTC и NTC термисторов подключаются по стандартной двухпроводной схеме экранированным кабелем.

Также помимо перечисленных схем измерения часто применяют нормирующие преобразователи, которые преобразуют измеренное значение с датчика в унифицированный токовый сигнал 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА, реже в сигнал напряжения 0…5 В, 0…10 В.

Такой способ передачи позволяет добиться высокой помехоустойчивости сигнала, усиления слабого сигнала с первичных датчиков, работать с сигналами с разным потенциалом за счет гальванической изоляции, передавать сигнал без потерь на значительные расстояния, обеспечить унификацию всех сигналов. Также в случае с термопарами, не требуется использование дорогостоящих компенсационных проводов, достаточно обычной медной пары.

Преобразователи могут быть выполнены в виде таблетки, встраиваемой в головку датчика, так и в виде отдельно устанавливаемого прибора.

Так как статья получилась довольно объемной и больше теоретической, примеры работы температурных датчиков с реальными устройствами, такими как ПЛК, терморегуляторы, Arduino, я оставлю на следующий раз.

Датчики температуры: типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Как подключить датчик температуры

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала.

Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей.

Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям.

Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые;
  • пирометрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • пьезоэлектрические.

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях).

При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц.

В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.
Рис. 1. Устройство термопары

На практике применяется несколько разновидностей термоэлектрических датчиков температуры, так, согласно п.1.1  ГОСТ Р 50342-92 они подразделяются на:

  • вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР) – применяется в средах с большой рабочей температурой порядка 2000°С;
  • платинородий-платинородиевые (ТПР) – отличаются высокой себестоимостью и высокой точностью измерений, применяются я в лабораторных измерениях;
  • платинородий-платиновые (ТПП) – оснащаются защитной трубкой из металла и керамической изоляцией, обладают высоким температурным пределом;
  • хромель-алюмелевые (ТХА)  — широко применяются в промышленности, способны охватывать диапазон температуры до  1200°С, используются в кислых средах;
  • хромель-копелевые (ТХК) –  характеризуются средним температурным показателем, монтируются только в неагрессивных средах;
  • хромель-константановые (ТХК) — актуальны для газовых смесей и разжиженных аэрозолей нейтрального или слабокислого состава;
  • никросил-нисиловые (ТНН) – применяются для устройств среднего температурного диапазона, но обладают длительным сроком эксплуатации;
  • медь-константановые (ТМК) – характеризуется наименьшим пределом измерений до 400°С, но отличается устойчивостью к влаге и некоторым категориям агрессивных сред;
  • железо-константановые (ТЖК) – применяются в среде с разжиженной атмосферой или вакуумного пространства.

Такое разнообразие температурных датчиков на основе термопары позволяет охватывать любые сферы человеческой деятельности.

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой.

Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу.

При повышении температуры полупроводниковый датчик  начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

Отличаются широким диапазоном производимых измерений и возможностью подстройки датчика в соответствии с рабочими параметрами оборудования. Являются высокоточным типом, мало зависящим от продолжительности эксплуатации. Обладают небольшими габаритами, за счет чего легко устанавливаются в схемах, радиоэлементах и т.д.

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета.

Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом.

Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

Такие датчики температуры выполняются на основе терморезисторов – устройств с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора, благодаря чему вы можете следить за состоянием нужного объекта.

Основным недостатком терморезистивного датчика  является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия. Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности .

Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4).

Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

Работа датчика основана на эффекте распространения колебаний кварцевого кристалла при прохождении электрического тока. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

Схемы подключения

Основные отличия в подключении датчика температур обуславливаются сферой его применения и конструктивными особенностями. Так, в рамках статьи, мы рассмотрим несколько наиболее распространенных и интересных вариантов. Таковыми является подключение с помощью двухпроводной и трехпроводной схемы.

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков  температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента  Rt мало измениться от сопротивления соединительных проводников R1 и R2, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

При больших расстояниях, от 150 м и более, подключение датчика следует выполнять по трехпроводной схеме, в которой существенно снижается погрешность на сопротивление в проводах R1, R2, R3.

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя

Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности.

Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи.

А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

На рисунке 8 приведен пример включения цифрового датчика Dallas. Это модель с тремя выводами, первый из которых, согласно распиновки GND подключается к заземляющему выводу микроконтроллера, второй DATA к выводу PIN 2, а третий к клемме питания +5 В. Между третей и второй ножкой включается резистор на 4,7кОм.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

  • если датчик будет соприкасаться или располагаться внутри измеряемой среды, то берется контактная модель, если находиться вне объекта, то бесконтактная;
  • условия и состояние среды, в которой он будет функционировать (влажность, агрессивные вещества и т.д.) должны соответствовать возможностям датчика;
  • шаг и градуировка измерений должны обеспечивать удобную эксплуатацию и датчика, и оборудования;
  • если датчик подлежит замене в ходе эксплуатации, то устанавливаются сменные варианты;
  • при выборе датчика температуры для замены неисправного, лучше воспользоваться его VIN кодом;
  • предел рабочих температур должен охватывать все возможные значения нагрева, некоторые из них приведены в таблице ниже.

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

ТипСоставДиапазон температур
Tмедь / константанот -250 °C до 400 °C
Jжелезо / константанот -180 °C до 750 °C
Eхромель / константанот -40 °C до 900 °C
Kхромель / алюмельот -180 °C до 1 200 °C
Sплатина-родий (10 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Rплатина-родий (13 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Bплатина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)от 0 °C до 1 800 °C
Nнихросил / нисилот -270 °C до 1 280 °C
Gвольфрам / рений (26 %)от 0 °C до 2 600 °C
Cвольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)от 20 °C до 2 300 °C
Dвольфрам-рений (3 %) / вольфрам-рений (25 %)от 0 °C до 2 600 °C

Использованная литература

  1. Виглеб Г  «Датчики», 1989
  2. Фрайден Дж «Современные датчики. Справочник» 2005
  3. Ананьева Н.Г., Ананьева М.С., Самойлов В.Н «Измерение температуры» 2015
  4. Дж. Вебстер «Справочник по измерениям, сенсорам и приборам» 2006

Датчик температуры DS18B20, чуть-чуть о протоколе 1-Wire и о iButton

Как подключить датчик температуры

Исправлено от 29.01.2021

Это ознакомительная статья она не даст полных знаний о протоколе 1-Wire для этого обращайтесь к специализированной литературе, но на основании этой статьи Вы сможете подключить температурный датчик к ESP8266, Ардуине.

Датчик температуры DS18B20

Tехническая спецификация (Datasheet)

  • Напряжение питания: 3V-5.5V
  • Подключение к питанию прямое или с паразитным питанием
  • Разрешение преобразования температуры: 9 бит – 12 бит;
  • Период измерения температуры при максимальной точности 12 бит: 750 мС;
  • Точность измерения: + /- 2 °C для диапазона от -55 до 125 °C
  • Точность измерения +/- 0,5 °C в диапазоне от -10 до 85 °C
  • Дрейф измерения +/- 0,2 °C
  • Протокол обмена данными: 1-Wire;
  • Тип индексации на линии 1-Wire: уникальный 64-битный адрес;
  • Есть возможность программирования диапазона тревожного сигнала.

Особенности датчика температуры

  • Каждый датчик имеет уникальный 64-разрядный серийный номер, хранящийся во встроенном ROM
  • На одной шине может быть много датчиков температуры
  • Может запитываться от линии данных (паразитное питание, о нем ниже на примере ключа)

Исполнение

8-Pin SO, 8-Pin µSOP, 3-Pin TO-92

Чаще всего встречается трех пиновое исполнение в форм-факторе TO-92

РаспиновкаРаспиновка

Обозначение выводов

  • GND – Земля
  • DQ – Данные (Вход/Выход)
  • VDD – Напряжение питания
  • NC – Не подключен

А есть ещё герметичные датчики в металлической капсуле от которой отходит три провода, распайка их следующая:

  • Красный – Питание (VCC)
  • Жёлтый – Данные (DATA)
  • Черный – Земля (GND)

Распиновка

Разрешающая способность (до 12 бит)

Разрешающая способность задается пользователем и может составлять:

  • 9 бит с приращением 0.5°C
  • 10 бит с приращением 0.25°C
  • 11 бит с приращением 0.125°C
  • 12 бит с приращением в 0.0625°C

По умолчанию при включении питания разрешающая способность – 12 бит

О видах датчиках

  • До 2001 года датчик маркировался как DS1820, они уже сняты с производства.
  • DS18S20 – более продвинуты, но видимо то же сняты с производства.
  • DS18В20 – на данный момент повсеместно используются, более совершенные термометры, самое главное отличие – настраиваемая точность.

Подключение датчика

Подключить датчик не просто, а очень просто.

Подключить датчик можно двумя способами в зависимости от подачи питания

  • Обычным способом используя все три контакта датчика;
  • Используя только два контакта, это так называемое “паразитное питание”;

Используя только два контакта (паразитное питание)

Для питания чипа используется “паразитное питание” по той же линии что и линия данных (DATA).

Подключение датчика DS18В20 с “паразитным питанием”

R1 -резистор от 1кОм до 4,7кОм, можете выбрать среднее 2,2кОм.

Таким образом датчик очень удобно монтировать на тонком коаксиальном кабеле, диаметром 2…2,5мм. В этом случае его центральный вывод (DATA) паяется к центральной жиле кабеля, а два боковых (GND, VCC) припаиваются к оплетке.

Затем на место пайки помещаете каплю термоклея и сверху осаживаете термоусадочную трубку (можно использовать специальную термоусадку с клеющим слоем внутри). Резистор подтяжки ставится на плате обработки.

Получается прочно, аккуратно, герметично.

Обычный способ подключения датчика

При этом используются все три контакта датчика

Нужно добавить подтягивающий резистор от DATA к питанию 4,7 кОм (это резистор между питанием +3,3 вольта и DATA (DQ))

И еще про резистор, его сопротивление 4.7кОм, это значение подходит только для коротких линий, как у нас.

Если шина используется для подключения устройств на большее расстояние, то сопротивление подтягивающего резистора необходимо уменьшить, сопротивление резистора так же уменьшается если датчик использует паразитное питание (в этом случае к датчику подключается два провода земля и совмещенный питание через резистор и данные, см. ниже)

Подключение DS18B20

Теперь давайте подключим все это и посмотрим как все выглядит вживую, вот температурный датчик

DS18B20

А вот резистор SMD 4,7 КОм (SMD 472)

Резистор SMD 4,7 КОм

Теперь все соединим, соберем вместе

Все спаяли.

По цвету проводов можно догадаться о распайке. И все убираем в термоусадку

Готовое изделие

Провод DATA я соединил с GPIO 1(TX), вы можете соединять с другими GPIO

DATA-GPIO1 (TX)

Настройка датчика в прошивке ESP Easy

Настраивать датчик очень просто, в данном примере я не буду отвлекаться на детали, а только общие принципы, итак идем в “Devices” и жмем “Add”, добавляем новое устройство

Добавляем новое устройство

В раскрывшимся списке выбираем как не странно “Environment – DS18b20

Environment – DS18b20

Теперь настраиваем сам датчик

Обязательно выбираем Имя (Name) – придумываем удобное нам, для примера: “Temperature_Sensor”

Включаем, ставим галочку “Enabled”

И в разделе “Sensor” выбираем на какое GPIO будут приходит данные (GPIO ← TX), у меня к примеру GPIO 1

И пока все, более подробно в отдельной статье, жмем “Submit” и применяем настройки.

Настройка датчика

После применения настроек появятся дополнительные окошки, которые необходимо настроить.

В исходящих данных (“Output Configuration“) выберите адрес вашего датчика (“Device Address”) вместо “None” выбирайте код своего датчика, например “28-ff-65-66-40-17-04-c0 [DS18B20]”

Выберите точность датчика (“Device Resolution“) о ней было выше, я выбрал минимальную, 9 бит

В разделе Получение данных “Data Acquisition” выберите интервал опроса датчика (Interval), я выбрал 3 минуты, по умолчанию 1 минута

Настройка датчика, продолжение

Все минимальная настройка завершилась! Датчик общается по протоколу 1-Wire и ниже чуть чуть об этом протоколе.

А теперь чуть чуть о протоколе 1-Wire

Пожалуй протоколом 1-Wire пользуется скорее всего каждый кто входи и выходит из подъезда дома прикладывая ключ таблетку к домофону.

Что это такое 1-Wire?

1-Wire – последовательный, асинхронный, полудуплексный протокол передачи данных.

Разберем подробно это определение:

  • Последовательный – данные передаются последовательно, бит за битом.
  • Асинхронный – нет синхронизации, тактового генератора, передача идет по одному проводу.
  • Полудуплексный – возможны прием и передача, но только в разное время.

Данный протокол разработан корпорацией Dallas Semiconductor (сейчас Maxim Integrated) давным-давно, в 90-х годах прошлого века.

Плюсы

  • Передача идет по одному проводу – шине данных

Минусы

  • Скорость передачи маленькая, всего 9600 Бод/с (а если в битах то скорость не может быть больше 8 333 бит/с, а если учитывать потери на служебные цели, импульсы сброса, импульсы присутствия и др., то скорость будет еще ниже.

И помним, что бот не равен бит (зачем вообще они прицепились к этим БОДам, да потому что шина старая с 90 годов прошлого века, а тогда модемы телефонная лапша, телетайпы и вот все это)

Вот в отдельной статье: “UART, COM-порт, RS-232 что это и как они связаны?

Протокол 1-Wire уровни взаимодействия:

  • физический
  • канальный
  • сетевой
  • транспортный

А какие устройства работают на данном протоколе?

На 1-Wire работает большинство “таблеток” – домофонных чипов, карточек доступа, транзисторные ключи (DS2405, DS2406), программируемые порты ввода-вывода (DS2408), часы реального времени (DS2417) и многое другое.

Каждое устройство имеет 64-битный код который состоит из трёх частей

[8BIT CRC] – [48BIT серийный номер]- [8BIT код семейства]
  • 8BIT CRC – служит для проверки правильности приёма всего кода.
  • 48BIT Серийный номер – Уникальный номер для каждого устройства
  • 8BIT код семейства – Коды семейства, представлены ниже

Коды семейств всех устройств.

Код семейства (HEX) 01. Устройства: DS1990A, DS1990R, DS2401, DS2411 (Уникальный серийный номер-ключ)

Код семейства (HEX) 02. Устройства: DS1991 (Мультиключ, 1152-битная защищённая EEPROM)

Код семейства (HEX) 04. Устройства: DS1994, DS2404 (4 КБ NV RAM + часы, таймер и будильник)

Код семейства (HEX) 05. Устройства: DS2405(Одиночный адресуемый ключ)

Код семейства (HEX) 06. Устройства: DS1993 (4 КБ NV RAM)

Код семейства (HEX) 08. Устройства: DS1992 (1 КБ NV RAM)

Код семейства (HEX) 09. Устройства: DS1982, DS2502. (1 КБ PROM)

Код семейства (HEX) 0A. Устройства: DS1995 (16 КБ NV RAM).

Код семейства (HEX) 0B. Устройства: DS1985, DS2505 (16 КБ EEPROM)

Код семейства (HEX) 0C. Устройства: DS1996 (64 КБ NV RAM)

Код семейства (HEX) 0F. Устройства: DS1986, DS2506 (64 КБ EEPROM)

Код семейства (HEX) 10. Устройства: DS1920, DS1820, DS18S20, (Датчик температуры)

Код семейства (HEX) 12. Устройства: DS2406, DS2407 (1 КБ EEPROM + двухканальный адресуемый ключ)

Код семейства (HEX) 14. Устройства: DS1971, DS2430A (256 бит EEPROM и 64 бита PROM)

Код семейства (HEX) 1A. Устройства: DS1963L (4 КБ NV RAM + счётчик циклов записи)

Код семейства (HEX) 1C. Устройства: DS28E04-100 (4 КБ EEPROM + двухканальный адресуемый ключ)

Код семейства (HEX) 1D. Устройства: DS2423 (4 КБ NV RAM + внешний счётчик)

Код семейства (HEX) 1F. Устройства: DS2409 (Двухканальный адресуемый ключ с возможностью коммутации на возвратную шину)

Код семейства (HEX) 20. Устройства: DS2450 (Четырёхканальный АЦП)

Код семейства (HEX) 21. Устройства: DS1921G, DS1921H, DS1921Z (Термохронный датчик с функцией сбора данных)

Код семейства (HEX) 23. Устройства: DS1973, DS2433 (4 КБ EEPROM)

Код семейства (HEX) 24.Устройства: DS1904, DS2415 (Часы реального времени)

Код семейства (HEX) 26. Устройства: DS2438 (Датчик температуры, АЦП)

Код семейства (HEX) 27. Устройства: DS2417 (Часы реального времени с прерыванием)

Код семейства (HEX) 28. Устройства: 18B20 (Датчик температуры)

Код семейства (HEX) 29. Устройства: DS2408 (Двунаправленный 8-разрядный порт ввода/вывода)

Код семейства (HEX) 2C. Устройства: DS2890(Одноканальный цифровой потенциометр)

Код семейства (HEX) 2D. Устройства:DS1972, DS2431(1 КБ EEPROM)

Код семейства (HEX) 30. Устройства: DS2760 (Датчик температуры, датчик тока, АЦП)

Код семейства (HEX) 37.Устройства: DS1977 (32 КБ защищённой паролем EEPROM)

Код семейства (HEX) 3A.Устройства: DS2413 (Двухканальный адресуемый коммутатор)

Код семейства (HEX) 41.Устройства:DS1922L, DS1922T, DS1923, DS2422 (Термохронные и гигрохронные датчики высокого разрешения с функцией сбора данных)

Код семейства (HEX) 42. Устройства: DS28EA00 (Цифровой термометр с программируемым разрешением, возможностью работать в режиме подключения к последовательному каналу и программируемыми портами ввода/вывода)

Код семейства (HEX) 43. Устройства: DS28EC20 (20 КБ EEPROM)

Где обозначение памяти

NV RAM – Non-Volatile Random-Access Memory (энергонезависимое ОЗУ)

PROM – Programmable Read-Only Memory (однократно программируемое ПЗУ)

EEPROM – Electrically Erasable Programmable Random-Access Memory (электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ)

Самые распространённые это как раз датчик температуры DS18B20, но еще больше распространены микросхемы в корпусах-таблетках iButton – это ключи к домофонам

Контактная память (touch memory, iButton)

Ключи для домофонов или контактный ключ, контактная память, магнитный ключ, таблетка, кнопка и т. д.

Конечно термин “магнитный ключ” не правильный так как магнитов никаких нет.

Для питания чипа используется “паразитное питание” по той же линии что и линия данных (DATA), наружный ободок это земля. Точно так же может питаться и наш датчик температуры DS18B20

Контактная память (touch memory, iButton)

Схема подключения следующая

Схема подключения

Резистор R1 от 1кОм до 3кОм, чаще всего в сети встречается 2,2кОм, но это правда для Ардуины, подтягивает линию данных к земле обеспечивая тем самым высокий уровень сигнала попутно заряжая встроенный конденсатор который будет обеспечивать питания датчика при переходе шины в низкий уровень.

Далее мы подробно разберем подключение датчика температуры к ESP 8266 в прошивке ESP Easy.

Как всегда продолжение следует…

Связанные статьи на моем канале:

  • Подключение кнопки на ESP8266
  • Подключение светодиода к ESP8266
  • Создаем свое супер, мега, фото реле (фоторезистор + ESP-12)
  • Датчики газов серии MQ
  • Подключаем кнопку и светодиод и настраиваем их в прошивке ESP Easy
  • Датчик температуры DS18B20, чуть-чуть о протоколе 1-Wire и о iButton
  • Энкодер что, зачем, почему?
  • Резистивный делитель напряжения и детекция напряжения
  • Подтягивающий (стягивающий), токоограничивающий резисторы. Зачем, для чего, почему и конечно, что делать?
  • Транзистор 2N2222 (MMBT2222) и его применение в связке с ESP8266

Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2

Как подключить к Ардуино ds18b20 термодатчик

Как подключить датчик температуры

Термодатчик DS18B20 и DS18B22 ► позволяет сделать точный термометр на Arduino. Датчик работает в широком диапазоне и способен измерять отрицательные температуры.

Как подключить к Ардуино термодатчик DS18B20 и DS18B22, чтобы сделать термометр с помощью библиотеки OneWire — рассмотрим в этом уроке. В отличие от датчика температуры и влажности DHT11, сенсор работает в широком диапазоне температур и способен измерять отрицательные температуры. Интегральный датчик температуры DS18B20 для Arduino имеет разрешающую способность измерений до 0,0625 °C.

Датчик DS18B20: характеристики

  • диапазон измерения температуры -55 … +125 °C;
  • погрешность сенсора не превышает 0,5 °C;
  • разрешающая способность достигает 0,0625 °C;
  • сенсор DS18B20 откалиброван при изготовлении;
  • можно подключить до 127 датчиков на одной линии;
  • для подключения требуется только 3 провода.

Подключение и распиновка термодатчика ds18b20

Цифровой датчик DS18B20 отправляет данные по Wire шине и может работать на одной линии с множеством других устройств. Каждый датчик имеет свой персональный 64-битный код, позволяющий микроконтроллеру Arduino общаться на одной шине сразу с несколькими сенсорами.

Датчик преобразует температуру окружающей среды в цифровой код, т.е. для подключения не требуется дополнительного АЦП.

Датчик может быть выполнен в нескольких вариантах (смотри фото выше), от этого будет зависеть только схема подключения термодатчика к Arduino NANO или UNO. В первом случае необходимо использовать подтягивающий резистор на 4.7 кОм. Датчик, в виде готового модуля уже имеет резистор. Третий вариант — это датчик в герметичном корпусе, который можно смело использовать в горячей воде.

Подключение к Ардуино датчика ds18b20

Для этого занятия нам потребуется:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • термодатчик DS18B20;
  • макетная плата;
  • резистор на 4.7 кОм;
  • провода «папа-мама», «папа-папа».

Схема подключения датчика ds18b20 к Arduino Uno

Подключите датчик температуры DS18B20 к микроконтроллеру согласно схеме, и загрузите скетч для датчика температуры ds18b20 к Arduino UNO.

Работа с библиотекой DallasTemperature

Библиотека для Arduino DallasTemperature Sensors OneWire значительно облегчает и упрощает работу с сенсором DS18B20. Описание библиотеки DallasTemperature.

h на русском говорит, что датчик управляется несколькими простыми функциями, которые представлены в следующем скетче. Схема подключения датчика не меняется, а скачать библиотеку DallasTemperature.

h для Ардуино можно на нашем сайте здесь.

Скетч для датчика ds18b20 Ардуино

#include #include OneWire oneWire(15); // порт подключения датчика (A1) DallasTemperature ds(&oneWire); void setup() { Serial.begin(9600); // инициализация монитора порта ds.begin(); // инициализация датчика ds18b20 } void loop() { ds.requestTemperatures(); // считываем температуру с датчика Serial.print(ds.getTempCByIndex(0)); // выводим температуру на монитор Serial.println(“C”); }

Скетч для нескольких датчиков на одной шине

Подключите несколько термодатчиков DS18B20 к микроконтроллеру согласно схеме, и загрузите скетч для датчика температуры ds18b20 к Arduino UNO.

#include #include OneWire oneWire(15); // порт подключения датчиков (A1) DallasTemperature ds(&oneWire); byte num; // количество подключенных датчиков void setup() { Serial.begin(9600); // инициализация монитора порта ds.begin(); // инициализация датчика ds18b20 num = ds.getDeviceCount(); // узнаем количество датчиков Serial.print(“Number: “); // выводим полученное количество Serial.println(num); } void loop() { // выполняем цикл столько, сколько найдено датчиков на шине for (byte i = 0; i < num; i++){ Serial.print("Sensor "); Serial.print(i); Serial.print(": "); ds.requestTemperatures(); // считываем температуру с датчика Serial.print(ds.getTempCByIndex(i)); Serial.println("C"); } Serial.println(""); }

Пояснения к коду:

  1. DallasTemperature датчик подключается к порту A1, он же 15 цифровой порт;
  2. Цикл for выполняется столько раз, сколько обнаружено сенсоров на одой шине.

(8 votes, average: 5,00 5)

Записи похожие на: Как подключить к Ардуино ds18b20 термодатчик

  • Адресная светодиодная лента Ардуино
  • Подключение DF Player mini mp3 к Ардуино
  • Локальные и глобальные переменные Ардуино
  • ИК приемник + Ардуино. Подключение
Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.