Sensori digitali
Ds18b20
Introduzione
Il sensore DS18B20 è un integrato della Dallas semiconductors
Fornisce una temperatura in gradi Celsius
L’uscita è un segnale digitale di 9-12 bit
Ogni DS18B20 ha un codice seriale univoco a 64-bit, che permette di fare funzionare
più sensori sullo stesso bus 1-Wire®. E’ possibile usare fino a 100 sensori su una
linea di lunghezza che potrebbe arrivare fino a 300m, quindi, è facile utilizzare un solo
microprocessore per controllare molti DS18B20 distribuiti in un’ampia area.
Schema a blocchi
Generalità
Il sensore DS18B20 comunica tramite il protocollo 1-Wire®, un protocollo standard
che permette di usare un solo filo di comunicazione (e massa) per il colloquio con
un microprocessore centrale.
E’in grado di misurare temperature da -55°C a 125°C con una precisione di 0.5°C nella
gamma compresa tra -10°C a +85°C.
Un'altra caratteristica del DS18B20 è la capacità di funzionare senza un’alimentazione
esterna.
L'alimentazione preferibilmente è assicurata tramite la resistenza di “Pull up” sulla
linea 1-Wire®; quando il bus è alto, viene caricato un condensatore interno (c), che
a sua volta fornisce l'alimentazione necessaria al dispositivo allorquando il bus si
trova basso.
Questo metodo di prelevare l'alimentazione dal bus 1-Wire® viene classificata come
"alimentazione parassita.” Questo metodo si utilizza nel caso in cui il sensore è
posto lontano dal sistema di acquisizione.
In alternativa il DS18B20 può anche essere collegato ad un’alimentazione esterna.
Come si vede dalla figura a pag 1, i pin laterali sono per GND e Vcc, il pin centrale è il
sensore. Nella pagina successiva c’è lo schema per i collegamenti
DS18b20 con Arduino
DS18b20 con i pic
Misure di temperatura
• La temperatura può essere misurata a 9, 10,
11, 12 bit corrispondenti agli incrementi di
0.5, 0.25, 0.125, 0.0625, rispettivamente.
• L’accuratezza nella lettura è di 0.5 C in un
range tra -10 C e +85 C
Memoria EEPROM
• Dallo schema a blocchi dl sensore si nota che esso è dotato
di una memoria scratchpad, cioè veloce ma di tipo EEPROM
• 2 byte di memoria sono per la temperatura
• Il byte 0 e il byte 1 sono usati rispettivamente per la Tl (LSB)
e la Th (MSB)
• I byte 2 e 3 forniscono l’accesso ai byte 0 e 1
• Il byte 4 è di configurazione
• I byte 5, 6,7 sono di uso interno e non possono essere
sovrascritti
• Nel byte 8 c’è il codice CRC generato per ogni conversione
secondo il polinomio scritto nella ROM
Configurazione
•
Il byte di configurazione è strutturato nel seguente modo:
R0
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
1
1
1
1
1
0
R0
R1
Risoluzione
Tempi conv
0
0
9
93.75 ms (tconv/8)
0
1
10
187.5 ms (tconv/4)
1
0
11
375 ms (tconv/2)
1
1
12
750 ms(tconv)
Registri per la temperatura
Registri per la temperatura
• I registri per la temperatura fanno da memoria tampone per
l’output seriale.
• Hanno la capacità di 1 Byte ciascuno per il totale di 2 Byte.
• Come si vede, i 5 bit più significativi indicano il segno della
temperatura;1 indica i valori <0, 0 i valori >0.
• I 4 bit meno significativi sono le cifre decimali
• Dal IV bit al X bit si indicano i valori interi della temperatura.
• In più, permette l’accesso ai registri da 1 byte per i trigger di
allarme massimo e minimo TH e TL, questi registri sono allocati in
EEPROM non volatile, viene mantenuta così l’informazione anche
in assenza di alimentazione.
• La memoria EEPROM contiene anche un registro per il settaggio
della risoluzione
Memoria ROM
• La ROM a 64-bit immagazzina il codice seriale
univoco del dispositivo per permettere la
trasmissione seriale di più dispositivi su un bus
unico.
• La memoria ROM è di 64 bit così strutturata:
CRC
Codice identificativo
Family code
8 bit
48 bit
8 bit
Il polinomio generatore della CRC è x^8+x^5+x^4+1
Flag di errore
• Quando il micro inizia a dialogare deve inviare sulla linea un
"impulso di reset" che consiste nel mettere la linea a ZERO e
mantenerla per un tempo compreso fra i 480 e i 960us. Dopo
l'impulso di reset il micro si mette in ascolto.
A questo punto la sonda, dopo avere interpretato l'impulso di reset
risponde con un impulso di presenza che consiste nel mettere la
linea a ZERO a partire da 15-60us dall'impulso di reset e per un
tempo compreso fra i 60 e i 240us.
• Il flag errore vale UNO se il micro non ha trovato la sonda, ovvero
se non vi è stato alcun impulso di “presence” sulla linea.
• Appena il flag di errore vale 0, inizia la comunicazione vera e
propria. Dopo l'inizializzazione il bus-master, cioè il micro, può
finalmente dialogare con la sonda
Sequenza di comandi per la lettura
della temperatura
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1) Il master invia un impulso di reset sul bus
2) I vari slave rispondono con il “Presence Pulse”
3) Il master invia un comando “Mach ROM” 0×55
4) Il master invia la ROM del sensore che vuole leggere
5) Il master invia il comando 0×44 per la conversione di
temperatura
6) Il master invia un nuovo impulso di reset
7) Gli slave rispondono con il “Presence Pulse”
8) Il master invia un comando “Mach ROM” 0×55
9) Il master invia la ROM del sensore che vuole leggere
10) Il master invia un comando 0xBE per leggere la memoria del
sensore
11) Il master legge i 9 bytes della memoria e lo slave li invia
sequenzialmente.
Protocollo in dettaglio
•
•
Reset
SEARCH ROM(f0h)
Appena il sistema viene alimentato, il master bus si attiva per il riconoscimento
della ROM
• READ ROM (33h)
Viene utilizzato quando c’è un solo slave sul bus. In questo caso non si utilizza
searh ROM.
• MATCH ROM(55h)
Una volta letta la ROM, il master viene indirizzato verso un bus slave specifico. Un
solo slave alla volta può rispondere al segnale.
• Skip ROM (0xcc)
Subito dopo l'inizializzazione il master bus invia alla sonda un comando che si
chiama "SKIP ROM" XCC.
Quando la sonda riceve questo comando sa che subito dopo deve attendersi un
comando diretto ad essa che riguarda le sue funzioni di "sonda". Il comando “SKIP
ROM” dice alla sonda di "saltare"'invio del codice univoco da 64 bit che nel nostro
caso è perfettamente inutile avendo a che fare con una sola sonda.
• ALARM SEARCH (Ech)
Questa operazione è simile all’operazione di search ROM eccetto il
fatto che solo gli slave con allarme possono rispondere
• Start conversion(0x44)
Esiste anche all’occorrenza, una "configuration word" che può
essere programmata e una memoria in cui memorizzare un valore
di temperatura in base al quale la sonda può fare da allarme
settando un flag quando la temperatura supera tale valore, in
questo caso non è stato utilizzata questa. opzione.
Dopo il comando "converti temperatura" (OX44) la sonda ha
esaurito il suo ciclo di operazioni e ha bisogno di essere
reindirizzata. La routine principale quindi dovrà eseguire di nuovo
un impulso di reset per inizializzare nuovamente la sonda.
Protocollo
• READ SCRATCHPAD (OXBE)
Si legge la "SCRATCHPAD" cioè la memoria in cui viene memorizzato l'ultimo valore di
temperatura convertito. I invia il comando "LEGGI SCRATCHPAD" OXBE, il quale
dice alla sonda che subito dopo dovrà inviarci il dato di temperatura.
I dati dell'uscita DS18B20 sono in gradi centigradi e sono memorizzati a 16 bit
nel registro di temperatura .
Viene effettuata la lettura del dato che ci viene inviato a partire dal bit meno
significativo e continua fino al nono byte (Byte 8 – CRC). Inoltre abbiamo il flag di
controllo rappresentato dal
bit 0 del registro "errore". Nel caso in cui tale bit valga 1 il contenuto dei temp1 e
temp2 è da ignorare perchè la sonda non è presente anche se le istruzioni di
lettura vengono comunque eseguite.
• WRITE SCRATCHPAD (Beh)
Questo comando porta il master a scrivere 3 byte nella memoria scratchpad: nel
byte 2 il valore di Th, nel byte 3 il valore di Tl e nel byte 4 la configurazione
Protocollo
• COPY SCRATCHPAD [48h]
Copia i valori dei byte 2,3,4 nella EEPROM
• RECALL E2 [B8h]
Operazione automatica
• READ POWER SUPPLY [B4h]
Indica il tipo di alimentazione se esterna o con potenza
parassita
DS18B20 con Arduino
• #include <OneWire.h>
/* DS18S20 Temperature chip i/o */
OneWire ds(10);
// on pin 10
void setup(void) { Serial.begin(9600); }
void loop(void) { byte i;
byte present = 0;
byte data[12];
byte addr[8];
if ( !ds.search(addr)) {
Serial.print("No more addresses.\n");
ds.reset_search();
delay(250);
return 0; }
Arduino
Serial.print("R=");
for( i = 0; i < 8; i++) { Serial.print(addr[i], HEX);
Serial.print(" "); }
if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7])
{ Serial.print("CRC is not valid!\n");
return 0; }
if ( addr[0] != 0x10) {
Serial.print("Device is not a DS18S20 family
device.\n");
return; }
ds.reset();
Arduino
ds.select(addr);
ds.write(0x44,1);
delay(1000);
present = ds.reset();
ds.select(addr); ds.write(0xBE);
Serial.print("P=");
Serial.print(present,HEX);
Serial.print(" ");
for ( i = 0; i < 9; i++) { data[i] = ds.read();
Serial.print(data[i], HEX); Serial.print(" "); }
Serial.print(" CRC="); Serial.print( OneWire::crc8( data, 8),
HEX); Serial.println(); }
Arduino
DS18B20 con PIC
•
// LCD module connections
sbit LCD_RS at RB4_bit;
sbit LCD_EN at RB5_bit;
sbit LCD_D4 at RB0_bit;
sbit LCD_D5 at RB1_bit;
sbit LCD_D6 at RB2_bit;
sbit LCD_D7 at RB3_bit;
sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;
// End LCD module connections
// Set TEMP_RESOLUTION to the corresponding resolution of used DS18x20 sensor:
// 18S20: 9 (default setting; can be 9,10,11,or 12)
// 18B20: 12
const unsigned short TEMP_RESOLUTION = 12;
char *text = "000.0000";
unsigned temp;
DS18b20 con i pic
•
void Display_Temperature(unsigned int temp2write) {
const unsigned short RES_SHIFT = TEMP_RESOLUTION - 8;
char temp_whole;
unsigned int temp_fraction;
// Check if temperature is negative
if (temp2write & 0x8000) {
text[0] = '-';
temp2write = ~temp2write + 1;
}
// Extract temp_whole
temp_whole = temp2write >> RES_SHIFT ;
// Convert temp_whole to characters
if (text[0] != '-') {
if (temp_whole/100)
text[0] = temp_whole/100 + 48;
else
text[0] = '0';
}
text[1] = (temp_whole/10)%10 + 48;
text[2] = temp_whole%10 + 48;
// Extract tens digit
// Extract ones digit
// Extract temp_fraction and convert it to unsigned int
temp_fraction = temp2write << (4-RES_SHIFT);
temp_fraction &= 0x000F;
temp_fraction *= 625;
// Convert temp_fraction to characters
text[4] = temp_fraction/1000 + 48;
// Extract thousands digit
text[5] = (temp_fraction/100)%10 + 48;
// Extract hundreds digit
text[6] = (temp_fraction/10)%10 + 48;
// Extract tens digit
text[7] = temp_fraction%10 + 48;
// Extract ones digit
}
// Print temperature on LCD
Lcd_Out(2, 5, text);
PIC
•
void main() {
ADCON1 = 0b00000110;
// all ADC ports digital
TRISE.B2 = 1;
// Configure RE2 pin as input
Sound_Init(&PORTD, 0); //assignment of port and initialization
Sound_Play(880, 1000); // Play Sound at 880 Mhz for 1 sec
Lcd_Init();
// Initialize LCD
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
// Clear LCD
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
// Turn cursor off
Lcd_Out(1, 1, " Temperature: ");
Lcd_Chr(2,13,223);
// Print degree character, 'C' for Centigrades
// Different LCD displays have different char code for degree
// If you see greek alpha letter try typing 178 instead of 223
Lcd_Chr(2,14,'C');
// Main loop
do {
// Perform temperature reading
Ow_Reset(&PORTE, 2);
Ow_Write(&PORTE, 2, 0xCC);
Ow_Write(&PORTE, 2, 0x44);
Delay_us(120);
// Onewire reset signal
// Issue command SKIP_ROM
// Issue command CONVERT_T
PIC
•
Ow_Reset(&PORTE, 2);
Ow_Write(&PORTE, 2, 0xCC);
Ow_Write(&PORTE, 2, 0xBE);
// Issue command SKIP_ROM
// Issue command READ_SCRATCHPAD
temp = Ow_Read(&PORTE, 2);
temp = ((Ow_Read(&PORTE, 2)) << 8) + temp;
// Format and display result on Lcd
Display_Temperature(temp);
Delay_ms(500);
//alarm stage.....
if(*text>=38)
{
Sound_Play(880, 1000); // beep ini..1 seconds
delay_ms(500);
}
else if (*text<=38)
{
}
}
} while (1);
PIC