Термометр на arduino ds18b20

Термометр на arduino ds18b20

В этом уроке мы будем использовать датчик температуры DS18B20 с Arduino UNO для создания термометра. Датчик DS18B20 является хорошим вариантом, когда в проекте с высокой точностью требуется хорошая реакция. Мы покажем как подключить DS18B20 к вашему Arduino UNO и отобразить данные температуры на ЖК-дисплее 16×2.

Обзор датчика DS18B20

Датчик DS18B20 взаимодействует с Arduino через 1-проводную шину. По определению для связи с Arduino требуется только одна линия данных (и земля).

Рабочая температура датчика колеблется от -55° C до + 125° C с точностью ± 0,5° C в диапазоне от -10° C до + 85° C. Кроме того, DS18B20 может получать питание непосредственно от линии передачи данных («паразитный источник питания») без необходимости внешнего источника питания.

Каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный последовательный код или адрес, который позволяет нескольким DS18B20s работать на той же однопроводной шине. Поэтому использование микропроцессора упрощает управление несколькими DS18B20, распределенными по большой площади. Приложения для этой функции включают в себя экологический контроль, системы контроля температуры в зданиях и механическом оборудовании.

Особенности DS18B20

  • Необходим только один однопроводный интерфейс для связи между микроконтроллером и датчиком.
  • Требуется только один внешний компонент: резистор 4,7 кОм.
  • Может питаться от линии передачи данных напрямую, требуя напряжения от 3,0 до 5,5 В.
  • Каждое устройство имеет уникальный 64-битный последовательный код, хранящийся на встроенном ПЗУ.
  • Может измерять температуру в диапазоне от -55° C до + 125° C (от -67° F до + 257° F).
  • Точность ± 0,5° C в диапазоне от -10° C до + 85° C.

В этом проекте используется DS18B20, который поставляется в форме температурного зонда, который является водонепроницаемым. Использование водонепроницаемого датчика расширяет возможности — датчик температуры сможет измерить температуру жидкостей, таких как вода, химикаты, чай и кофе.

Требования к комплектующим

Требования к оборудованию для вашего термометра достаточно стандартные, нам пригодятся:

  • Arduino UNO
  • ЖК-дисплей 16х2
  • Датчик температуры DS18B20
  • Провода для перемычек
  • Резистор 1K
  • Макетная плата

Схема соединения

Сделайте соединения согласно приведенной ниже схеме.

Соединяем датчик и Ардуино

  • VCC -> Arduino 5V, плюс резистор 4,7K, идущий от VCC к Data
  • Data -> Пин 7 Arduino
  • GND -> GND Arduino

Соединения для ЖК-дисплея и Arduino UNO

  • Пин 1 -> GND
  • Пин 2 -> VCC
  • Пин 3 -> Arduino Пин 3
  • Пин 4 -> Arduino Пин 33
  • Пин 5 -> GND
  • Пин 6 -> Arduino Пин 31
  • Пин 7-10 -> GND
  • Пин 11 -> Arduino Пин 22
  • Пин 12 -> Arduino Пин 24
  • Пин 13 -> Arduino Пин 26
  • Пин 14 -> Arduino Пин 28
  • Пин 15 -> VCC через резистор 220 Ом
  • Пин 16 -> GND

Подключите потенциометр, как показано выше, к контакту 3 на ЖК-дисплее, для управления контрастностью.

Этот проект работает на температурах до 125° C. В случае наличия некоторого диссонанса в значении показанной температуры дважды проверьте соединения с резистором, подключенным к DS18B20. После соединения всего, что описано выше, мы можем перейти к программированию.

Читайте также:  Как убрать крахмал с мастики

Исходный код для термометра

Перед загрузкой исходного кода вам нужно настроить две библиотеки, необходимые для запуска этого кода в среде Arduino.

  • Первая библиотека называется — OneWire (скачать).
  • Вторая библиотека называется — DallasTemperature (перейти на GitHub).

После скачивания обеих библиотек переместите файлы в папку библиотек Arduino по умолчанию. Затем скопируйте код в IDE Arduino и загрузите его после двойной проверки правильности подключения вашего датчика.

Примерно это выглядит так:

Мы смогли измерить температуру до 100°C с помощью этого датчика! Он очень отзывчив.

После того, как вы создали проект, потестируйте устройство, погрузив датчик в горячую и холодную воду.

Я писал недавно статью, где подключал к arduino 4-разрядный 7-сегментный индикатор hs420561k-32, тогда упоминал, что хочу сделать градусник с выводом температуры на этот индикатор, только проблема была в отсутствии датчиков. И вот наконец-то приехала посылка с недостающими запчастями и можно продолжить проект. Температурных датчиков у меня три штуки – dht11, LM35 и DS18B20. Но использовать буду только LM35 и DS18B20, поскольку dht11 очень неточный, в даташите написано, что отклонения от реальной температуры составляют плюс-минус два градуса, а так же он работает только с положительной температурой.

Температурный датчик LM35. Подключение к arduino

Первый датчик, который будем использовать – это LM35, использовать его очень просто, тут даже дополнительные библиотеки не требуются, достаточно подключить к нему питание и считать данные на выходе с помощью аналогового пина arduino. LM35 работает с температурами от -55 до 150 градусов Цельсия и если верить даташиту, то погрешность составляет всего плюс-минус 0,25 градуса. Хоть датчик и обрабатывает до +150 градусов, но считать ардуиной сможем только до +110, хотя и это более чем достаточно для домашнего градусника. Поскольку этот датчик имеет высокую точность, но находится в корпусе TO92, без какой-либо дополнительной защиты, использовать его будем для измерения температуры в помещении.
Официальный мануал arduino рекомендует использовать для снятия показаний этого датчика опорное напряжение 1,1 В. Чтобы настроить arduino подобным образом достаточно использовать команду analogReference(INTERNAL) в функции setup. Далее достаточно просто, с нужным интервалом, считывать напряжение с выходной ножки(OUT) датчика. LM35 формирует напряжение 10 милливольт на один градус, таким образом имея опорное напряжение в 1,1 В легко обработать, довольно точно, данные.

Ниже на картинке показано, какая нога датчика LM35 за что отвечает.

Температурный датчик DS18B20. Подключение к arduino

Второй датчик, который будет использован – это цифровой DS18B20. Точность в этом случае не на много ниже — плюс-минус 0,5 градуса, а диапазон измерения температуры практически такой же: от -55 до +125 градусов Цельсия. Большим преимуществом является то, что датчик находится внутри влагозащитного корпуса, а так же имеется кабель длиной 1 метр, что позволяет вынести его на улицу, когда само устройство будет находиться в помещении. Еще из плюсов сюда можно добавить возможность подключение одновременно до 127 датчиков на один пин ардуино, только я даже предположить не могу, где это может пригодиться :).
Считывать данные с DS18B20 немного сложнее, чем с LM35, для удобства можно воспользоваться библиотекой OneWire. В комплекте с библиотекой идет уже готовый пример считывания данных с датчика. Информация о температуре передаются в байтах, которые необходимо сначала запросить, получить и перевести к человеческому виду. В коде примера это подробно прокомментировано, а так же в полном скетче проекта я добавил комментарии.
На картинке ниже показано, как подключать датчик DS18B20. Основным моментом является то, что необходимо использовать резистор сопротивлением 4.7 кОм для соединения провода, передающего данные и плюсовым.

Читайте также:  Пылесос lg v c3c43nd разборка

Проблема вывода температуры на индикаторе hs420561k-32

Пока я разбирался с каждым датчиком по отдельности, а также когда подключал к arduino 4-х разрядный 7-сегментнтый индикатор, проблем ни каких не было, все прекрасно работало. Но стоило мне собрать все в кучу, на одну макетную плату и собрать код воедино, как сразу появилась серьезная проблема. Я писал в прошлой статье, что для одновременного вывода данных сразу на 4-х разрядах hs420561k-32 необходимо очень быстро по очереди выводить по одному разряду, тогда создается впечатление одновременного вывода четырех цифр, глаз не успевает уловить смену разрядов. В связи с таким способом вывода возникла сложность с одновременной работой датчика DS18B20, для его опроса требуется чуть больше секунды времени – в двух участках кода используется delay, который заставляет микроконтроллер ждать, 250 и 1000 миллисекунд. Сначала я сделал запрос к датчику раз в 30 секунд, но это не решило проблему – два раза в минуту датчик по секунде показывал непонятно что. Поэтому пришлось отказаться от delay и добавить другую аналогичную конструкцию в код, которая будет выполнять определенные куски кода с задержкой, а остальной код будет выполняться без задержек. Многопоточности в arduino, как оказалось, нет, но есть псевдомногопоточность, добиться ее можно используя не хитрую конструкцию с таймером, который отмеряет время в миллисекундах от старта работы микроконтроллера. Пример такого кода я приведу ниже:

Что использовалось в проекте:

  • Arduino (я использовал arduino nano, но можно любую другую). Покупал тут: arduino nano
  • Температурный датчик LM35. Покупал тут: Температурный датчик LM35 5 шт
  • Температурный датчик DS18B20. Покупал тут: Температурный датчик DS18B20
  • Дисплей hs420561k-32. Покупал тут: аналог дисплея hs420561k-32
  • 1 резистор сопротивлением 4.7 кОм. Покупал тут:набор резисторов 700 шт. От 10 Ом до 1 МОм
  • 8 резисторов сопротивлением 300 Ом. Покупал тут:набор резисторов 700 шт. От 10 Ом до 1 МОм
  • 1 Сдвиговый регистр 74HC595. Покупал тут: сдвиговые регистры 10 штук
  • Макетная плата. Я использовал с 830 отверстиями. Покупал тут: макетная плата
  • Несколько соединительных проводов. Покупал тут: соединительные провода
Читайте также:  Формирователь импульсов на 555

Скетч уличного и комнатного термометра на arduino

Все сложные моменты, с которыми возникали сложности, в процессе создания термометра я описал, теперь остается только написать скетч, его код приведен ниже, а также доступен для скачивания тут: скачать.

Послесловие

Термометр работает, показывает температуры дома и на улице, только вся конструкция собрана на макетной плате, и использовать прибор в таком виде довольно неудобно. Поэтому в планах на будущее будет разработка удобного в эксплуатации устройства – напечатаю на 3D принтере корпус, а все провода нужно будет перенести на печатную плату, так же хочется убрать arduino и использовать atmega8. Это что касается планов на будущее, а пока в завершение статьи приложу видео работы термометра:

Казалось бы, что может быть интересного и нового в измерении температуры при помощи Ардуино? Написаны сотни статей, объемом десятки мегабайт, может чуть меньше, а может и чуть больше скетчей… А вот еще и моя статья. Зачем? Честно говоря, я тоже думал, что вопрос этот «разжеван вдоль и поперек», пока сам не столкнулся с измерением температуры. А тут полезло. Что-то не работает, что-то работает не так, возникает масса вопросов, на которые ответы приходится «выцарапывать» перерывая половину интернета, причем не только русскоязычного. Данная статья, в отличие от моих прошлых статей на данном ресурсе гораздо более практичная, но начнем сначала. Зачем, собственно измерять температуру чем-то новым, когда термометров продается – на любой вкус и кошелек? А дело в том, что температуру, зачастую, приходится не только измерять, но потом, на основе полученных данных что-то делать, либо просто регистрировать с целью отслеживания изменений. Соединив, при помощи Ардуино , термодатчик с релейным блоком получим простейший терморегулятор, а если данный терморегулятор сможет отслеживать температуру по нескольким точкам (зонам) и действовать по определенному алгоритму получим довольно серьезный прибор, промышленный аналог которого стоит сопоставимо со стоимостью неплохого ноутбука. Однако, целью данной статьи не является создание заумно-сложных устройств. Цель в другом — предложить новичку простое, проверенное на практике, решение для измерения температуры. Также, как и предыдущие статьи эта будет состоять из частей. В каждой из которых будет рассмотрен свой вопрос. Части будут идти по возрастанию сложности.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector