Термометр на Arduino с температурным датчиком LM35.

Теперь перейдем к логике программы. Сначала нам необходимо объявить переменную long «A», чтобы сохранить значение, считанное с LM35, которое имеет диапазон от 0 до 1023. Затем объявляем другую целочисленную переменную «B» для хранения отображаемого (преобразованного) значения.

Значение температуры считывается из вывода A0 и хранится в переменной «A». Затем переменная «A» преобразуется в диапазон от 0 до 500 и сохраняется в переменной «B». Значение «B» выводиться непосредственно на ЖК-экране 16х2.

При создании различных технических проектов частенько возникает необходимость в обустройстве температурных индикаторов. Данные компоненты позволяют лучше следить за работой устройств. В этом обзоре мы узнаем, как переделать аналоговый вольтметр в точный термометр. Для работы нам потребуется плата Arduino (специальная схема, оснащенная своей памятью, процессором, а также парой десятков функциональных контактов) и датчик температуры модели DS18B20.

Характеристика температурного модуля DS18B20

Нельзя не упомянуть о ещё одном преимуществе модулей DS18B20. Каждый датчик данного типа использует для работы уникальный последовательный 64-битный код. Это значит, что все подобные компоненты могут функционировать на одной шине типа 1 Wire, по которой, как отмечалось выше, передается вся информация. Таким образом, для управления несколькими модулями понадобится всего один микропроцессор, причем сами температурные датчики могут быть разбросаны по солидной площади.

Детали для работы над термометром с DS18B20 на основе Arduino

Чтобы собрать качественный аналоговый термометр, нужно подготовить:

• электросхему типа Arduino (желательно новую);
• температурный сенсор модели DS18B20;
• аналоговый вольтметр;
• 5 шнуров - два шнура понадобятся для создания цепи между платой Arduino и Вольтметром, 3 провода нужны для подключения к электросхеме температурного сенсора;
• внешний аккумулятор.

Создание электрической цепи для термометра с DS18B20 на основе Arduino

Здесь алгоритм работы довольно простой, так что соединить все компоненты в единую цепь сможет даже новичок. Для начала на модуле DS18B20 необходимо найти отрицательный контакт (если смотреть на сенсор сверху, данный контакт будет слева). Отрицательный штырек надо соединить с нижней точкой заземления на плате Arduino (она будет обозначаться аббревиатурой GND). Штырь с положительным зарядом (правый) надо подключить к контакту питания на 5 В (тоже располагается внизу платы). Далее делается сигнальный вывод на цифровой контакт 2 (находится вверху платы), чтобы стало возможным измерение температуры (в этом случае используется центральный штырек сенсора).

Чтобы при работе обеспечивалось управление вольтметром, нужно соединить его положительный контакт с цифровым выводом под номером 9. Отрицательный контакт вольтметра подключается к верхней точке заземления платы (она также обозначается сокращением GND). Чтобы поменять цифровую шкалу вольтметра, необходимо просто распечатать заранее подготовленную картинку с градусами Цельсия. Эта картинка либо приклеивается поверх старой шкалы, либо вставляется вместо неё.

Описание широтно-импульсной модуляции

Если коротко, широтно-импульсная модуляция является методом получения аналоговых результатов (таких, как температура) при помощи цифровых средств. Она хороша тем, что даже очень высокие либо очень низкие значения передаются по каналам связи одним импульсом. Весь процесс широтно-импульсной модуляции проходит так: датчик отправляет процессору сигнальный импульс, а сам процессор уже проводит его обработку, после чего выдает значение на термометр. Чтобы иметь возможность получать информацию таким образом, необходимо задействовать специальные контактные штыри на плате Arduino. Распознать эти контакты предельно просто - рядом с ними есть вот такой значок «~». Кстати, данный значок присутствует и возле контакта под номером 9, с которым мы соединяем положительный штырь вольтметра. 9-й вывод был задействован только в качестве примера; при желании можно использовать любой другой контакт, рядом с которым стоит значок «~».

Прописывание кода для работы термометра с DS18B20 на основе Arduino

Прежде всего, в программу разработки надо добавить библиотеку под названием DallasTemperature. Стоит отдавать предпочтение именно ей, ведь она содержит самые высокие температурные значения (а это важно при использовании модуля DS18B20).

При создании кода нужно будет прописать три основные команды:

1. Чтение температурных значений, поступающих от датчика.
2. Преобразование температуры методом широтно-импульсной модуляции.
3. Вывод значений на термометр.

Следует учитывать, что минимальный и максимальный порог температуры может быть самым разным (здесь все зависит от предпочтений пользователя). Однако необходимо помнить одну деталь: чем больше разрыв между нижним и верхним пределом, тем меньше будут цифры на шкале.

Вот как выглядит весь код, необходимый для настройки работы термометра.

Датчик температуры в Arduino – один из самых распространенных видов сенсоров. Разработчику проектов с термометрами на Arduino доступно множество разных вариантов, отличающихся по принципу действия, точности, конструктивному исполнению. Цифровой датчик DS18B20 является одним из наиболее популярных температурных датчиков, часто он используется в водонепроницаемом корпусе для измерения температуры воды или других жидкостей. В этой статье вы найдете описание датчика ds18b20 на русском, мы вместе рассмотрим особенности подключения к ардуино, принцип работы датчика, описание библиотек и скетчей.

DS18B20 – это цифровой температурный датчик, обладающий множеством полезных функций. По сути, DS18B20 – это целый микроконтроллер, который может хранить значение измерений, сигнализировать о выходе температуры за установленные границы (сами границы мы можем устанавливать и менять), менять точность измерений, способ взаимодействия с контроллером и многое другое. Все это в очень небольшом корпусе, который, к тому же, доступен в водонепроницаемом исполнении.

Температурный датчик DS18B20 имеет разнообразные виды корпуса. Можно выбрать один из трех – 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Последний является наиболее распространенным и изготавливается в специальном влагозащитном корпусе, так что его смело можно использовать под водой. У каждого датчика есть 3 контакта. Для корпуса TO-92 нужно смотреть на цвет проводов: черный – земля, красный – питание и белый/желтый/синий – сигнал. В интернет-магазинах можно купить готовый модуль DS18B20.

Где купить датчик

Естественно, что DS18B20 дешевле всего купить на Алиэкспрессе, хотя он продается и в любых специализированных российских интернет-магазинах с ардуино. Приведем несколько ссылок для примера:

Память датчика состоит из двух видов: оперативной и энергонезависимой – SRAM и EEPROM. В последнюю записываются регистры конфигурации и регистры TH, TL, которые могут использоваться как регистры общего назначения, если не используются для указания диапазона допустимых значений температуры.

Основной задачей DS18B20 является определение температуры и преобразование полученного результата в цифровой вид. Мы можем самостоятельно задать необходимое разрешение, установив количество бит точности – 9, 10, 11 и 12. В этих случаях разрешающие способности будут соответственно равны 0,5С, 0,25С, 0,125С и 0,0625С.

Полученные температурные измерения сохраняются в SRAM датчика. 1 и 2 байты сохраняют полученное значение температуры, 3 и 4 сохраняют пределы измерения, 5 и 6 зарезервированы, 7 и 8 используются для высокоточного определения температуры, последний 9 байт хранит устойчивый к помехам CRC код.

Подключение DS18B20 к Arduino

DS18B20 является цифровым датчиком. Цифровые датчики передают значение измеряемой температуры в виде определенного двоичного кода, который поступает на цифровые или аналоговые пины ардуино и затем декодируется. Коды могут быть самыми разными, ds18b20 работает по протоколу данных 1-Wire. Мы не будем вдаваться в подробности этого цифрового протокола, укажем лишь необходимый минимум для понимания принципов взаимодействия.

Обмен информацией в 1-Wire происходит благодаря следующим операциям:

• Инициализация – определение последовательности сигналов, с которых начинается измерение и другие операции. Ведущее устройство подает импульс сброса, после этого датчик должен подать импульс присутствия, сообщающий о готовности к выполнению операции.
• Запись данных – происходит передача байта данных в датчик.
• Чтение данных – происходит прием байта из датчика.

Для работы с датчиком нам понадобится программное обеспечение:

• Arduino IDE;
• Библиотека OneWire, если используется несколько датчиков на шине, можно использовать библиотеку DallasTemperature. Она будет работать поверх OneWire.

Из оборудования понадобятся:

• Один или несколько датчиков DS18B20;
• Микроконтроллер Ардуино;
• Коннекторы;
• Резистор на 4,7 кОм (в случае подключения одного датчика пойдет резистор номиналом от 4 до 10K);
• Монтажная плата;
• USB-кабель для подключения к компьютеру.

К плате Ардуино UNO датчик подключается просто: GND с термодатчика присоединяется к GND Ардуино, Vdd подключается к 5V, Data – к любому цифровому пину.

Простейшая схема подключения цифрового датчика DS18B20 представлена на рисунке.

Алгоритм получения информации о температуре в скетче состоит из следующих этапов:

• Определение адреса датчика, проверка его подключения.
• На датчик подается команда с требованием прочитать температуру и выложить измеренное значение в регистр. Процедура происходит дольше остальных, на нее необходимо примерно 750 мс.
• Подается команда на чтение информации из регистра и отправка полученного значения в «монитор порта»,
• Если требуется, то производится конвертация в градусы Цельсия/Фаренгейта.

Пример простого скетча для DS18B20

Самый простой скетч для работы с цифровым датчиком выглядит следующим образом. (в скетче мы используем библиотеку OneWire, о которой поговорим подробнее чуть позже).

#include /* * Описание взаимодействия с цифровым датчиком ds18b20 * Подключение ds18b20 к ардуино через пин 8 */ OneWire ds(8); // Создаем объект OneWire для шины 1-Wire, с помощью которого будет осуществляться работа с датчиком void setup(){ Serial.begin(9600); } void loop(){ // Определяем температуру от датчика DS18b20 byte data; // Место для значения температуры ds.reset(); // Начинаем взаимодействие со сброса всех предыдущих команд и параметров ds.write(0xCC); // Даем датчику DS18b20 команду пропустить поиск по адресу. В нашем случае только одно устрйоство ds.write(0x44); // Даем датчику DS18b20 команду измерить температуру. Само значение температуры мы еще не получаем - датчик его положит во внутреннюю память delay(1000); // Микросхема измеряет температуру, а мы ждем. ds.reset(); // Теперь готовимся получить значение измеренной температуры ds.write(0xCC); ds.write(0xBE); // Просим передать нам значение регистров со значением температуры // Получаем и считываем ответ data = ds.read(); // Читаем младший байт значения температуры data = ds.read(); // А теперь старший // Формируем итоговое значение: // - сперва "склеиваем" значение, // - затем умножаем его на коэффициент, соответсвующий разрешающей способности (для 12 бит по умолчанию - это 0,0625) float temperature = ((data << 8) | data) * 0.0625; // Выводим полученное значение температуры в монитор порта Serial.println(temperature); }

Скетч для работы с датчиком ds18b20 без delay

Можно немного усложнить программу для ds18b20, чтобы избавиться от , тормозящей выполнение скетча.

#include OneWire ds(8); // Объект OneWire int temperature = 0; // Глобальная переменная для хранения значение температуры с датчика DS18B20 long lastUpdateTime = 0; // Переменная для хранения времени последнего считывания с датчика const int TEMP_UPDATE_TIME = 1000; // Определяем периодичность проверок void setup(){ Serial.begin(9600); } void loop(){ detectTemperature(); // Определяем температуру от датчика DS18b20 Serial.println(temperature); // Выводим полученное значение температуры // Т.к. переменная temperature имеет тип int, дробная часть будет просто отбрасываться } int detectTemperature(){ byte data; ds.reset(); ds.write(0xCC); ds.write(0x44); if (millis() - lastUpdateTime > TEMP_UPDATE_TIME) { lastUpdateTime = millis(); ds.reset(); ds.write(0xCC); ds.write(0xBE); data = ds.read(); data = ds.read(); // Формируем значение temperature = (data << 8) + data; temperature = temperature >> 4; } }

Библиотека DallasTemperature и DS18b20

В своих скетчах мы можем использовать библиотеку DallasTemperature, упрощающую некоторые аспекты работы с датчиком ds18b20 по 1-Wire. Пример скетча:

#include // Номер пина Arduino с подключенным датчиком #define PIN_DS18B20 8 // Создаем объект OneWire OneWire oneWire(PIN_DS18B20); // Создаем объект DallasTemperature для работы с сенсорами, передавая ему ссылку на объект для работы с 1-Wire. DallasTemperature dallasSensors(&oneWire); // Специальный объект для хранения адреса устройства DeviceAddress sensorAddress; void loop(void){ // Запрос на измерения датчиком температуры Serial.print("Измеряем температуру..."); dallasSensors.requestTemperatures(); // Просим ds18b20 собрать данные Serial.println("Выполнено"); // Запрос на получение сохраненного значения температуры printTemperature(sensorAddress); // Задержка для того, чтобы можно было что-то разобрать на экране delay(1000); } // Вспомогательная функция печати значения температуры для устрйоства void printTemperature(DeviceAddress deviceAddress){ float tempC = dallasSensors.getTempC(deviceAddress); Serial.print("Temp C: "); Serial.println(tempC); } // Вспомогательная функция для отображения адреса датчика ds18b20 void printAddress(DeviceAddress deviceAddress){ for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { if (deviceAddress[i] < 16) Serial.print("0"); Serial.print(deviceAddress[i], HEX); } }

Библиотека OneWire для работы с DS18B20

DS18B20 использует для обмена информацией с ардуино протокол 1-Wire, для которого уже написана отличная библиотека. Можно и нужно использовать ее, чтобы не реализовывать все функции вручную. . Для установки библиотеки скачайте архив, распакуйте в папку library вашего каталога Arduino. Подключается библиотека с помощью команды #include

Все датчики DS18B20 подключаются параллельно, для них всех достаточно одного резистора. При помощи библиотеки OneWire можно одновременно считать все данные со всех датчиков. Если количество подключаемых датчиков более 10, нужно подобрать резистор с сопротивлением не более 1,6 кОм. Также для более точного измерения температуры нужно поставить дополнительный резистор на 100…120 Ом между выходом data на плате Ардуино и data на каждом датчике. Узнать, с какого датчика получено то или иное значение, можно с помощью уникального серийного 64-битного кода, который будет выдан в результате выполнения программы.

Для подключения температурных датчиков в нормальном режиме нужно использовать схему, представленную на рисунке.

Выводы

Микросхема Dallas DS18B20 является очень интересным устройством. Датчики температуры и термометры, созданные на ее основе, обладают приемлемыми для большинства задач характеристиками, развитым функционалом, относительно не дороги. Особенную популярность датчик DS18B20 снискал как влагозащищенное устройство для измерения температуры жидкостей.

За дополнительные возможности приходится платить относительной сложностью работы с датчиком. Для подключения DS18B20 нам обязательно понадобится резистор с номиналом около 5К. Для работы с датчиком в скетчах ардуино нужно установить дополнительную библиотеку и получить определенные навыки для работы с ней – там все не совсем тривиально. Впрочем, можно купить уже готовый модуль, а для скетча в большинстве случаев хватит простых примеров, приведенных в этой статье.