测量温度是创客项目中最常见的功能需求之一。自己动手做一个测温计，放在你的卧室或是车厢里，让你随时了解你周边的环境温度，那也是极好的。如果再加上其他辅助模块和控制器，那你就可以实现远程测温和控温了，是不是十分酷炫呢？这一切的基础就是一块小小的温度传感器芯片，其中最为常见的就是DS18B20数字温度传感器。
DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。它的接线方便，封装成后可应用于多种场合。
DS18B20引脚定义：
- DQ为数字信号输入/输出端；
- GND为电源地；
- VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
DS18B20的主要特性：
- 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；
- 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；
- DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；
- 测温范围－55℃～ 125℃，在-10～ 85℃时精度为±0.5℃
- 可编程 的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温
- 在9位分辨率时，最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快
- 测量结果直接输出数字温度信号，以"一 线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
- 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。
DS18B20的内部结构：
DS18B20内部结构主要包括4部分：64位光刻ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，如图所示。
DS18B20内部结构
DS18B20工作原理：
DS18B20测温原理图
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20的测温原理如图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。各种操作的时序图与DS1820相同。
说了这么多，是不是还是一头雾水，不要紧，因为我们也不需要了解得这么清楚。通常我们在应用过程中可以直接使用传感器集成模块。它具有更方便的接口和更可靠的性能。简单的说就是在传感器上增加了上拉电阻和指示灯。
- 工作电压：3V~5.5v
- 测温范围：-55℃~ 125℃（误差±2℃）；-10℃~ 85℃（误差±2℃）
- 板子尺寸：21mm*10mm
DS18B20数字温度传感器模块
DS18B20数字温度传感器模块原理图
下面我们就用arduino驱动DS18B20模块，并用串口显示DS18B20测得的温度。
硬件设备：
- Arduino 控制器 × 1
- DS18B20 数字温度传感器模块 × 1
- USB 数据线 × 1
接线：
连接电路非常的简单，只要连接好模块的电源，地线，再将模块的数据总线DO与 Arduino 的数字端 12 引脚相连便可，连上 USB 数据。
Arduino 接线图
下面就是程序了，先附上流程图：
DS18B20程序流程图
我们根据上面流程图采用单总线库：OneWire完成程序编写
#include <OneWire.h>
OneWire ds(12）; // 连接arduino12引脚
void setup(void)
{
Serial.begin(9600);
}
void loop(void)
{
byte i;
byte present = 0;
byte type_s;
byte data[12];
byte addr[8];
float celsius, fahrenheit;
if ( !ds.search(addr))
{
Serial.println("No more addresses.");
Serial.println();
ds.reset_search();
delay(250);
return;
}
Serial.print("ROM =");
for( i = 0; i < 8; i )
{
Serial.write(' ');
Serial.print(addr, HEX);
}
if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7])
{
Serial.println("CRC is not valid!");
return;
}
Serial.println();
// the first ROM byte indicates which chip
switch (addr[0])
{
case 0x10:
Serial.println(" Chip = DS18S20"); // or old DS1820
type_s = 1;
break;
case 0x28:
Serial.println(" Chip = DS18B20");
type_s = 0;
break;
case 0x22:
Serial.println(" Chip = DS1822");
type_s = 0;
break;
default:
Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
return;
}
ds.reset();
ds.select(addr);
ds.write(0x44,1); // start conversion, with parasite power on at the end
delay(1000); // maybe 750ms is enough, maybe not
// we might do a ds.depower() here, but the reset will take care of it.
present = ds.reset();
ds.select(addr);
ds.write(0xBE); // Read Scratchpad
Serial.print(" Data = ");
Serial.print(present,HEX);
Serial.print(" ");
for ( i = 0; i < 9; i ) { // we need 9 bytes
data = ds.read();
Serial.print(data, HEX);
Serial.print(" ");
}
Serial.print(" CRC=");
Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);
Serial.println();
// convert the data to actual temperature
unsigned int raw = (data[1] << 8) | data[0];
if (type_s) {
raw = raw << 3; // 9 bit resolution default
if (data[7] == 0x10) {
// count remain gives full 12 bit resolution
raw = (raw & 0xFFF0) 12 - data[6];
}
} else {
byte cfg = (data[4] & 0x60);
if (cfg == 0x00) raw = raw << 3; // 9 bit resolution, 93.75 ms
else if (cfg == 0x20) raw = raw << 2; // 10 bit res, 187.5 ms
else if (cfg == 0x40) raw = raw << 1; // 11 bit res, 375 ms
// default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time
}
celsius = (float)raw / 16.0;
fahrenheit = celsius * 1.8 32.0;
Serial.print(" Temperature = ");
Serial.print(celsius);
Serial.print(" Celsius, ");
Serial.print(fahrenheit);
Serial.println(" Fahrenheit");
}
程序还是蛮复杂的，不过我们有更简单的办法：使用DS18B20程序库：DallasTemperature。
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
// 定义DS18B20数据口连接arduino的12号IO上
#define ONE_WIRE_BUS 12
// 初始连接在单总线上的单总线设备
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void setup(void)
{
// 设置串口通信波特率
Serial.begin(9600);
Serial.println("Dallas Temperature IC Control Library Demo");
// 初始库
sensors.begin();
}
void loop(void)
{
Serial.print("Requesting temperatures...");
sensors.requestTemperatures(); // 发送命令获取温度
Serial.println("DONE");
Serial.print("Temperature for the device 1 (index 0) is: ");
Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0));
}
这样是不是简单多了呢，你可以接上数码管，液晶屏等显示设备，就完成一个温度计的制作了。
