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DS18B20デジタル温度センサーの究極のガイド
2024-04-19 3952

DS18B20は、一般的に使用されるデジタル温度センサーです。デジタル信号を出力し、小さなサイズ、低いハードウェアオーバーヘッド、強力な干渉能力、高精度の特性を備えています。この記事では、構造、特性、作業原則、ピン配置などの側面からDS18B20センサーを1つずつ紹介します。

カタログ

1. DS18B20とは何ですか？

2. DS18B20の内部構造

3. DS18b20センサーの機能

4. DS18B20はどのように機能しますか？

5. DS18B20のシンボル、フットプリント、ピン構成

6. DS18B20の駆動原理

7. DS18B20センサーはどこで使用されていますか？

DS18b20とは何ですか？

DS18B20 「シングルバス」インターフェイスをサポートする米国のダラス半導体によって生成された最初の温度センサーです。低消費電力、強力な干渉能力、プロセッサの利点に匹敵するのは簡単で、温度はラインを介してデジタル信号に直接変換できます。DS18B20データライン（およびグラウンド）およびマイクロコントローラー通信のみである1線通信を使用します。センサーの温度検出範囲は-55°C〜125°Cであり、温度範囲がさらに-10°Cから85°Cを超えると、 +-0.5°Cの精度もあります。さらに、DS18B20は、外部電源を必要とせずにデータラインから直接電源を入れることができます。

従来のサーミスタとは異なり、単一のバステクノロジーを利用して、外部干渉を効果的に最小限に抑え、測定精度を向上させます。同時に、測定された温度をマイクロコンピューター処理のためにシリアルデジタル信号に直接変換することができ、単純なインターフェイスを介してデータの送信と処理を簡単にすることができます。

交換と同等物

- DS18b20+

- DS18B20+T＆R

- DS1821C+

DS18B20の内部構造

センサーは主に4回で構成されており、64ビットROM、温度センサー、非揮発性温度アラームトリガーTM、構成レジスタです。ROの64ビットのシリアル番号は、工場を出る前に写真を刻まれています。DS18E20のアドレスシリアル番号と見なすことができます。各DS18E20の64ビットシリアル番号は異なります。64ビットROMの環状冗長チェックコード（CRC = K〜8+X〜5+X〜4+1）。ROMの機能は、各DS18B20を異なるものにすることで、複数のDS18B20を1つのバスに接続できるようにします。

DS18B20センサーの特徴

シングルワイヤトランスミッション

DS18B20は、通信にシングルワイヤ送信プロトコル（1線）を使用します。このプロトコルにより、DS18B20はデータ送信と電源のために1つのデータケーブルのみと通信できます。

大きな範囲

センサーは、-55°C〜125°Cの温度範囲で測定できるため、広範囲の温度監視ニーズに適しています。

マルチポイント測定

1線バスを使用すると、複数のDS18B20センサーをマルチポイント温度測定に接続できます。

一意のハードウェアアドレス

各DS18B20センサーには、一意の64ビットハードウェアアドレスがあり、これは生産プロセス中にメーカーによって自動的に割り当てられます。この64ビットハードウェアアドレスは、センサーのモデル番号、生産日、シリアル番号に関連付けられているため、各センサーには独自のアイデンティティがあります。この64ビットハードウェアアドレスを使用すると、センサーを個別に識別して通信できます。

デジタル出力

DS18B20は、アナログ信号変換を必要とせずにデジタルシステムと直接統合できるデジタル温度値を出力します。

高い正確性

DS18B20センサーは、最大精度で±0.5°Cで温度を測定する機能を備えており、高精度を必要とするアプリケーションシナリオに適しています。

低消費電力

センサーは、3 Vから5.5 Vの供給電圧範囲で動作します。その低消費電力は、長期間にわたって連続温度監視を必要とするシナリオに最適です。このセンサーの消費電力は非常に低いため、パフォーマンスを低下させることなく長時間機能します。

DS18B20はどのように機能しますか？

DS18b20の読み取りと書き込みのタイミングと温度測定の原則は、DS1820のタイミングと温度測定の原理と同じですが、得られた温度値の数字の数は、解像度が異なるため異なります。DS1820と比較して、DS18B20の温度変換遅延時間は2秒から750ミリ秒に短縮されます。温度係数結晶発振器の振動速度は、温度の変化とともに大幅に変化し、生成された信号はカウンター2のパルス入力として使用されます。カウンター1および温度レジスタは、-55°Cに対応する基本値にプリセットされます。カウンター1は、低温係数結晶発振器によって生成されたパルス信号をカウントダウンします。カウンター1のプリセット値が0に減少すると、温度レジスタの値が1増加し、カウンター1のプリセット値がリロードされ、カウンター1は低温係数クリスタルオシレーターによって生成されるパルス信号をカウントします。このプロセスは、カウンター2が0にカウントされるまで続き、その時点で温度レジスタ値の蓄積が停止します。最後に、温度レジスタの値は測定温度です。

DS18B20のシンボル、フットプリント、ピン構成

Symbol, footprint and pin configuration of DS18B20

上の写真は、DS18b20のシンボル、フットプリント、ピン構成です。

DS18b20の駆動原理

DS18B20の運転プロセスは、主に1線型バスシステムに依存しています。このバスシステムにより、1つのバスマスターが1つ以上のスレーブデバイスを制御できます。この場合、MCUはマスターとして機能し、DS18B20は常に奴隷として機能します。1ワイヤのバスシステムでは、すべてのコマンドとデータが、最初に低次ビットの原則に従って送信されます。

1ワイヤのバスシステムは、1つのデータラインのみを使用しており、約5kΩの外部プルアップ抵抗が必要です。したがって、未使用の状態では、データラインのレベルが高くなります。各デバイス（マスターまたはスレーブであろうと）は、オープンドレインまたは3状態のゲートピンを介してデータラインに接続されています。この設計により、各デバイスはデータラインを「解放」できるため、1つのデバイスがデータを送信していない場合、他のデバイスがデータラインを効果的に使用できるようにします。DS18B20の1線型バスインターフェイス（DQ PIN）は、内部回路の開放回路で構成されています。そのハードウェア構成は、次の図に示されています。

DS18B20ドライバーを実装するための3つの主な手順があります。

ステップ1：DS18B20を初期化します。

ステップ2：ROMコマンド（データ交換リクエストが続く）;

ステップ3：DS18B20関数コマンド（データ交換リクエストが続く）;

DS18B20への各アクセスは、これらの手順に従う必要があります。これらの手順のいずれかが欠落しているか、実行されていない場合、DS18B20は応答しません。

DS18B20センサーはどこで使用されていますか？

科学研究実験

その例外的な精度により、センサーは科学的研究実験、特に正確な温度測定を必要とする科学研究実験で頻繁に採用されています。

コールドチェーンロジスティクス

DS18B20センサーは、コールドチェーンロジスティクスに重要な役割を果たします。輸送プロセス全体の商品の温度を監視するために使用され、温度に敏感な商品の品質と安全性を確保します。

産業自動化

生産プロセスの温度を監視するとき、センサーは、企業が機器の操作状況をリアルタイムで追跡し、機器とプロセスが適切な温度条件であることを確認するのに役立ち、生産効率と品質が向上します。

電子機器温度監視

電子機器では、DS18B20センサーを使用して個々のコンポーネントの温度を監視し、温度異常をタイムリーに検出するため、高温による機器の損傷やデータ損失などの問題を回避できます。

モノのインターネット（IoT）アプリケーション

組み込みシステムとIoTデバイス用に設計されたこのセンサーは、マイクロコントローラーやRaspberry Piなどのデバイスに接続することにより、リモート温度モニタリングとデータ収集を容易にします。

温度制御システム

これに加えて、センサーは一般に、サーモスタット、温室制御システム、エアコンシステムなどの温度制御システムを実現するために使用されます。DS18B20センサーを使用することにより、これらのシステムは、システムの適切な動作を確保するために必要に応じて正確な温度制御を提供できます。

よくある質問[FAQ]

1. DS18B20センサーとは何ですか？

DS18B20は、12ビットADCが組み込まれた小さな温度センサーです。Arduinoデジタル入力に簡単に接続できます。センサーは1線式バスで通信し、追加のコンポーネントの方法ではほとんど必要ありません。

2. DS18B20はデジタルセンサーですか？

DS18B20のコア機能は、直接デジタル温度センサーです。

3. LM35とDS18B20の違いは何ですか？

DS18B20は、適切な温度を出力するために校正されています。LM35は電圧（温度ではない）のために校正されており、Arduinoはこれを温度に変換する必要があります。

4. DS18B20センサーはどれくらい正確ですか？

DS18B20デジタルサーマルセンサーは非常に正確で、外部コンポーネントを動作させる必要はありません。±0,5°Cの測定精度で、-55°Cから +125°Cの温度を測定できます。

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