آموزش راه اندازی سنسور دما DS18B20 با آردوینو

اگر در  اینجا هستید، پس حتما می‌خواهید سنسور دما دیجیتال DS18B20 را با آردوینو راه اندازی کنید. پس همراه ما باشید تا قدم به قدم انجام این پروژه را به شما آموزش دهیم.

اندازه‌گیری دما در ساخت بسیاری لوازم و تجهیزات صنایع مختلف اهمیت بسیاری دارد. به همین منظور سنسورهای مختلفی برای اندازه‌گیری دما به بازار عرضه شدند. از فر اجاق گاز خانه شما گرفته تا تجهیزات پزشکی و لوازم گرمایش و تهویه هوا، همگی از نوعی سنسور دما استفاده می‌کنند.

اما یکی از سنسورهایی که به علت قیمت ارزان و دقت قابل قبول، معمولا در پروژه‌های مبتنی بر آردوینو برای سنجش دما مورد استفاده قرار می‌گیرد، سنسور دمای دیجیتال DS18B20 تک سیمه است. این سنسور نسبتا دقیق است و به قطعه دیگری نیاز ندارد. بنابراین تنها با چند اتصال و یک کد ساده آردوینو، به‌راحتی می‌توانید، دما را اندازه‌گیری کنید.

سنسور دما تک سیم DS18B20

اکنون بیایید کمی بیشتر شما را با سنسور دما DS18B20 آشنا کنیم.

DS18B20، سنسور دما تک سیمی است که توسط شرکت نیمه رساناهای دالاس ساخته شده است. این سنسور برای ارتباط با میکروکنترلر، از پروتکل تک سیمه استفاده می‌کند. به همین دلیل برای ارتباط دو طرفه با میکرو تنها به یک پایه دیجیتال نیاز دارد.

سنسور دما DS18B20، معمولاً دو مدل دارد. یک مدل آن، با پکیج TO-92 است. این مدل دقیقاً مشابه یک ترانزیستور معمولی می‌باشد. مدل دیگر آن به شکل یک پراب فلزی ضد آب است که هنگامی‌که می‌‎خواهید دمای زیر آب یا زیر زمین را اندازه‌گیری کنید، کارایی بسیاری خواهد داشت.

همان‌طور که قبلا گفتیم، سنسور دما DS18B20 نسبتاً دقیق است و برای کارکردن نیازی به قطعه دیگری ندارد. این سنسور قادر است دمای بین 55- تا 125+ درجه سانتیگراد را با دقت 0.5± درجه سانتیگراد اندازه­‌گیری کند.

رزولوشن سنسور دما DS18B20 بسته به انتخاب کاربر بین 9، 10، 11 و 12 بیت قابل انتخاب است. با این حال، رزولوشن پیش­‌فرض آن، 12 بیت است (یعنی 0.0625 درجه سانتیگراد).

این سنسور می‌­تواند با منبع تغذیه 3 تا 5.5 ولت تغذیه شود و هنگام تبدیل دمای فعال، تنها 1mA مصرف کند. در جدول زیر می‌توانید مشخصات کامل این سنسور را مشاهده کنید:

چند سنسور DS18B20 روی یک باس

یکی از مزایای بزرگ سنسور دما DS18B20 این است که در یک ارتباط تک سیمه می‌توان از چندین سنسور DS18B20 (ماکزیمم 8 سنسور) استفاده کرد و فقط از طریق یک پایه دیجیتال آن‌ها را کنترل نمود. از آنجایی‌که هر سنسور  DS18B20 دارای یک کد سریال 64 بیتی مجزا است که در کارخانه به آن اختصاص داده شده است، تشخیص آن‌ها از هم بسیار آسان می‌باشد. این ویژگی این امکان را به شما می‌دهد تا سنسورهای مختلفی را در نقاط مختلف یک فضای بزرگ کنترل کنید.

برای اینکه یاد بگیرید چگونه دما را از چند سنسور DS18B20 بخوانید، می‌توانید مقاله زیر را مطالعه کنید:

آموزش خواندن چند سنسور دما DS18B20 و راه اندازی آن‌ها با آردوینو

پایه‌های سنسور دما DS18B20

GND : پایه زمین سنسور است.

DQ : پورت داده تک سیم است که باید به پایه دیجیتال یک میکروکنترلر متصل شود.

VDD : پایه تغذیه سنسور است که باید به ولتاژی بین 3.3 تا 5 ولت متصل شود.

سیم‌کشی – راه اندازی سنسور دما DS18B20 با آردوینو

تا اینجا در مورد سنسور دما DS18B20 و ویژگی‌های آن صحبت کردیم. اما الان زمان آن رسیده است که دست به کار شویم و راه اندازی سنسور دما DS18B20 را با آردوینو شروع کنیم.

قطعات مورد نیاز:

• سنسور دما دیجیتال DS18B20 (برای پروژه‌های آزمایشی و ابتدایی می‌توانید از سنسور دما دیجیتال DS18B20 معمولی نیز استفاده کنید.)
• سنسور دما دیجیتال DS18B20 ضد آب (در صورتی‌که می‌خواهید دمای زیر آب یا زیر زمین را اندازه‌گیری کنید، می‌توانید از این سنسور استفاده کنید.)
• مقاومت 4.7 کیلو اهم 1/4 وات
• کاور استیل سنسور دمای DS18B20
• مینی برد بورد 170 سوراخ
• سیم جامپر نری / نری

سیم کشی سنسور دما دیجیتال DS18B20 تک سیم به آردوینو دشوار نیست. برای شروع کار، VDD را به 5 ولت آردوینو و GND را به زمین آردوینو متصل کنید. سپس پایه داده (DQ) را به پایه دیجیتال 2 روی آردوینو متصل نمایید. برای پایدار ماندن انتقال داده باید پایه داده سنسور DS18B20 از طریق یک مقاومت 4.7 کیلو اهمی pull-up شود. ( مقاومت pull-up داخلی آردوینو برای این کار مناسب نیست).

نکته:

اگر از پراب ضد آب سنسور DS18B20 استفاده می‌کنید، سیم قرمز را به 5 ولت، سیاه را به زمین و سیم زرد داده را به پایه دیجیتال 2 آردوینو وصل کنید. مشابه حالت قبل حتما باید سیم داده با یک مقاومت 4.7 کیلو pull-up شود.

نصب کتابخانه­ برای DS18B20

پروتکل تک سیم دالاس تا حدودی پیچیده است و به همین دلیل برای ارتباط دو طرفه با سنسور به کد‌های زیادی نیاز است . برای راحت شدن کار، توابع کتابخانه‌ی ِDallas Temperature.h را نصب می‌کنیم تا بتوانیم برای خواندن دما از سنسور، از دستورهای ساده استفاده کنیم.

برای نصب کتابخانه، به مسیر Sketch>Include Library>Manage Libraries بروید. سپس منتظر بمانید تا مدیریت کتابخانه فهرست کتابخانه‌ها را دانلود کند و لیست کتابخانه­‌های نصب­ شده را به‌روز رسانی نماید.

جستجوی خود را با تایپ DS18b20 فیلتر کنید. پس از این کار چند نتیجه برای شما نمایش داده خواهد شد. Dallas Temperature by Miles Burton را پیدا کنید. سپس، بر روی آن کلیک کنید و گزینه نصب را انتخاب نمایید.

کتابخانه Dallas Temperature یک کتابخانه سخت افزاری است که توابع سطح پایین را مدیریت می­‌کند. این کتابخانه برای اینکه بتواند علاوه بر سنسور DS18B20، با هر دستگاه تک ‌سیم که از پروتکل تک ‌سیم استفاده می‌کند، ارتباط برقرار کند، باید همراه با کتابخانه One Wire باشد. به همین خاطر این کتابخانه را هم نصب کنید.

کد آردوینو

برای راه اندازی سنسور دما DS18B20 با آردوینو به کد نیاز دارید. می‌توانید از کد زیر برای این کار استفاده کنید. این کد، درک کاملی از چگونگی خواندن دما از سنسور دمای DS18B20 را به شما ارائه می‌‌کند و می‌تواند مبنایی برای آزمایشات و پروژه‌­های کاربردی‌تر شما باشد:

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// Data wire is plugged into digital pin 2 on the Arduino
#define ONE_WIRE_BUS 2

// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire device
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);	

// Pass oneWire reference to DallasTemperature library
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup(void)
{
  sensors.begin();	// Start up the library
  Serial.begin(9600);
}

void loop(void)
{ 
  // Send the command to get temperatures
  sensors.requestTemperatures(); 

  //print the temperature in Celsius
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0));
  Serial.print((char)176);//shows degrees character
  Serial.print("C  |  ");
  
  //print the temperature in Fahrenheit
  Serial.print((sensors.getTempCByIndex(0) * 9.0) / 5.0 + 32.0);
  Serial.print((char)176);//shows degrees character
  Serial.println("F");
  
  delay(500);
}

خروجی کد بالا در سریال مانیتور به شکل زیر خواهد بود:

توضیح کد:

برنامه بالا با اضافه کردن کتابخانه­‌های OneWire.h و DallasTemperature.h  و معرفی پایه‌ای از آردوینو که پایه دیتای سنسور به آن متصل است، شروع می‌شود.

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2

سپس، ما یک شی تک­ سیم ایجاد می­‌کنیم. این شی تک ­سیم علاوه بر ارتباط با سنسور DS18B20، به ما امکان ارتباط با هر دستگاه تک ­سیمی را می‌­دهد. برای برقراری ارتباط با DS18B20، ما باید یک شی از کتابخانه Dallas Temperature ایجاد کنیم و شی تک­ سیم را به عنوان یک پارامتر برای آن معرفی کنیم.

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);	
DallasTemperature sensors(&oneWire);

هنگامی‌که شی Dallas Temperature ساخته شد، برای تعامل با سنسور، می‌توانیم از دستورات ساده زیر استفاده کنیم:

• ()Begin: تابعی است که سنسورهای متصل روی باس را جستجو می‌کند و رزولوشن هر کدام  (12 بیت) را تنظیم می‌نماید.
• ()requestTempertature: تابعی است که برای همه سنسورهای موجود در باس، فرمان انجام تبدیل دما را ارسال می­‌کند.
• getTempCByIndex(deviceIndex): تابعی است که دما را از سنسور می‌خواند و برمی­‌گرداند. Deviceindex در واقع موقعیت سنسور در باس است. اگر شما فقط از یک DS18B20 روی باس استفاده می­‌کنید، آن را روی 0 تنظیم کنید.

دیگر توابع مفید در کتابخانه DallasTemperature.h:

چند تابع مفید وجود دارد که شما می­‌توانید با استفاده از شی DallasTemperature از آن‌ها استفاده کنید. تعدادی از آن‌ها را در ادامه برررسی می‌‌کنیم:

• ()setResolution: تابعی است که رزولوشن مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی DS18B20 را بر روی مقادیر 9 ، 10 ، 11 و 12 بیت تنظیم می‌کند. این تعداد بیت به ترتیب مربوط به رزولوشن 0.5 ، 0.25 ، 0.125 و 0.0625 است.
• ()bool getWaitForConversion: تابعی است که مقدار پرچم waitForConversion را برمی­‌گرداند. این تابع زمانی‌که شما می­‌خواهید چک کنید که تبدیل دما کامل شده است یا نه، مفید است.
• ()setHighAlarmTemp() & setLowAlarmTemp: تابعی است که هشدارهای داخلی دمای بالا و پایین دستگاه را بر حسب درجه سانتیگراد تنظیم می‌کند. دامنه دما معتبر 55- تا 125 درجه سانتیگراد است.
• ()bool has Alarm: این تابع، اگر دستگاهی دارای شرایط زنگ هشدار باشد، هنگامی‌که دما از حداکثر یا حداقل دمای تنظیم­ شده عبور می­‌کند، مقدار true را برمی‌گرداند.

کلام آخر

راه اندازی سنسور دما دیجیتال DS18B20 با آردوینو را به اتفاق هم انجام دادیم. انجام این پروژه اصلا دشوار نیست. شما چی فکر می‎کنید؟ آیا موفق شدید این پروژه را به‌راحتی انجام دهید؟ اگر به مشکلی برخوردید یا به راهنمایی بیشتری نیاز داشتید، حتما روی کمک ما حساب باز کنید و سوالات خود را در بخش دیدگاه برای ما بنویسید.