Poznajemy peryferia - termometr DS18B20

Przedstawiam jednego z klasyków gatunku, czyli termometr Dallas DS18B20. Dlaczego akurat on? Dawno, dawno temu w roli czujników temperatury używano elementów, które włączone w obwód, w zależności od niej zmieniały jego parametry. Metoda była prosta, ale obarczona błędami i potrzebą kalibracji. Później pojawiły się układy, którym towarzyszyły podzespoły kalibracyjne i kształtujące wartości napięć wyjściowych liniowo względem mierzonej temperatury. Były to jednak nadal układy analogowe i ich współpraca z mikrokontrolerami wymagała użycia przetworników analogowo-cyfrowych.

Rozwój elektroniki sprawił, że te czasy mamy już za sobą i dziś w roli takich czujników używa się układów, które można by nazwać małymi, specjalizowanym komputerami. Są dokładne, powtarzalne, nie wymagają żadnego skalowania i porozumiewają się ze światem za pomocą standardowych magistrali. Jednym z najbardziej znanych jest wspomniany DS18B20.

Ten niepozorny element, który wygląda jak tranzystor małej mocy, zapożyczając zresztą z niego obudowę, stał się standardem, jak wyświetlacz pracujący z układem serii HD44780. Zatem jest doskonale znany, niezawodny i wyprodukowany zapewne w ilościach rzędu miliarda.

Termometr ten mierzy temperaturę w zakresie od -55 do +125 stopni, przy czym w przedziale od -10 do +80 stopni zapewnia dokładność całkowitą rzędu jednego stopnia. Szybkość pomiaru wynosi ¾ sekundy, ale jeśli ograniczy się nieco dokładność, może wzrosnąć do jednej dziesiątej.

Aby wydobyć z termometru dane, należy rozmawiać z nim językiem interfejsu zwanego 1-wire. Nazwa wzięła się od sposobu podłączania urządzeń: używa się tutaj jednej linii (nie licząc wspólnej linii masy), która zarazem zasila urządzenia i przesyła dane. Robi się to zamiennie, a podczas komunikowania się urządzeń ze sobą, te korzystają z energii zgromadzonej w niewielkim kondensatorze znajdującym się w nich. Z tego powodu moce są nieduże, a szybkości – marne. Lecz termometr jest właśnie tym, co nie potrzebuje ani mocy, ani szybkości.

Termometr pracuje przy obu standardach napięć: 3,3 oraz 5 woltów i zawiera wszelkie elementy stabilizujące i kalibrujące. Posiada też dodatkowe cechy, jak pamięć progów, których przekroczenie, zarówno w górę jak i w dół, wywołuje alarm. I jak każde urządzenie kompatybilne z 1-wire, ma swój niepowtarzalny numer seryjny, zwany adresem. Jest on zapisany na 64 bitach, co daje ponad 18 trylionów kombinacji. Zatem szansa, że znajdziemy dwa takie jest żadna. Adres ten w zasadzie nie jest potrzebny do pracy, ale ułatwia wybór czujników w większych systemach.

Układ został doskonale poznany i bardzo często jest używany z Arduino. Wkrótce przedstawię rozwiązanie konkretne, umożliwiające stworzenie na bazie tego komputerka praktycznego termometru.