Blockdiagramm, Pinbelegung und Spezifikationen des Temperatursensors DS18B20

Der Temperatursensor DS18B20 ist ein weit verbreiteter digitaler Sensor, der für seine Genauigkeit, Flexibilität und einfache Verkabelungsanforderungen bekannt ist.In diesem Artikel werden die Pinbelegung, Funktionen, das interne Blockdiagramm, Spezifikationen, Anwendungen, Alternativen und mehr des DS18B20-Temperatursensors erläutert.

Katalog

Übersicht über den DS18B20-Sensor

Die DS18B20 Der Temperatursensor ist ein digitaler Temperatursensor, der Temperaturen von -55 °C bis +125 °C mit hoher Genauigkeit messen kann.Es liefert Temperaturdaten im 9-Bit- bis 12-Bit-Digitalformat, was bedeutet, dass kein externer Analog-Digital-Wandler erforderlich ist.Dies erleichtert die Anbindung an Mikrocontroller und eingebettete Systeme.

Einer seiner Hauptvorteile ist das 1-Wire-Kommunikationsprotokoll, das es dem Sensor ermöglicht, über nur eine Datenleitung und Masse zu kommunizieren.Jeder DS18B20 verfügt über eine eindeutige 64-Bit-ID, sodass mehrere Sensoren an derselben Datenleitung angeschlossen und einzeln gelesen werden können.Diese Funktion ist sehr nützlich, um Temperaturen an verschiedenen Punkten mit einem einzigen Controller zu überwachen.Der Sensor unterstützt auch den Parasite-Power-Modus, bei dem er Strom direkt aus der Datenleitung bezieht, was den Verkabelungsaufwand reduziert.

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Details zur Pinbelegung des DS18B20-Sensors

Pin Nein.	Pin Name	Alternativ Name	Beschreibung
1	GND	Boden	Verbunden mit Masse (0 V Referenz)
2	DQ	Daten	1-Draht bidirektionale Datenleitung zur Kommunikation
3	VDD	VCC	Stromversorgung Eingang (3,0 V–5,5 V)

Alternativen und gleichwertiges Modell

DS18S20

DS1820

DS18B20 Sensorblockdiagramm

Das DS18B20-Blockdiagramm zeigt, wie der Sensor die Temperatur misst, Daten speichert und über eine einzige 1-Wire-Datenleitung kommuniziert.Der Temperatursensorblock erfasst die Umgebungstemperatur und sendet den umgewandelten digitalen Wert zur Verarbeitung und Übertragung an die internen Datenregister.

Der 64-Bit-ROM und der 1-Wire-Port identifizieren jedes DS18B20-Gerät eindeutig und übernehmen die Kommunikation mit dem Mikrocontroller.Dadurch können mehrere Sensoren die gleiche Datenleitung nutzen und dennoch individuell angesprochen werden.Die Speichersteuerlogik verwaltet Lese-/Schreibvorgänge zwischen Sensor, Registern und Kommunikationsschnittstelle.

Der Notizblockspeicher speichert vorübergehend Temperaturdaten, Konfigurationseinstellungen und Alarmwerte.Die im EEPROM gespeicherten Register „Alarm hoch“ (TH) und „Alarm niedrig“ (TL) ermöglichen es dem Sensor, Alarme auszulösen, wenn Temperaturgrenzen überschritten werden.Das Konfigurationsregister steuert die Auflösungseinstellungen, während der CRC-Generator die Datenintegrität während der Kommunikation gewährleistet.

Das Netzteil und der Parasitenstromkreis ermöglichen den Betrieb des DS18B20 entweder über eine externe VDD-Versorgung oder direkt über die Datenleitung mit Parasitenstrom.Die interne Power-Sense-Schaltung erkennt automatisch den Energiemodus und gewährleistet einen stabilen Betrieb auch bei minimalem Verkabelungsaufwand.

Technische Daten des DS18B20-Sensors

Parameter	Spezifikation
Produktname	DS18B20 Temperatursensor
Hersteller	Maxim integriert
Sensortyp	Digital Temperatursensor
Kommunikation Schnittstelle	1-Draht
Betrieb Spannung (VDD)	3,0 V bis 5,5 V
Pull-up-Spannung (VPU)	3,0 V bis VDD
Temperatur Messbereich	−55 °C bis +125 °C
Genauigkeit	±0,5 °C (−10 °C bis +85 °C)
Genauigkeit (Erweiterte Reichweite)	±2 °C (−55 °C bis +125 °C)
Auflösung	9-Bit bis 12-Bit (programmierbar)
Temperatur Konvertierungszeit	93,75 ms (9-Bit), 187,5 ms (10-Bit), 375 ms (11-Bit), 750 ms (12-Bit)
Einzigartiges Gerät Adresse	64-Bit-ROM-Code
Alarmfunktion	Programmierbar Alarme für hohe und niedrige Temperaturen
Nichtflüchtig Erinnerung	EEPROM für Konfigurations- und Alarmregister
EEPROM-Schreiben Ausdauer	50.000 schreiben Zyklen
EEPROM-Daten Aufbewahrung	10 Jahre
Aktive Versorgung Aktuell	1 mA (typisch), 1,5 mA (max.)
Standby-Strom	750 nA (typisch), 1 µA (max.)
Sinkstrom (DQ)	4mA
Eingangslogik High (VIH)	≥2,2 V (lokal). Leistung), ≥3,0 V (parasitäre Leistung)
Eingangslogik niedrig (VIL)	−0,3 V bis +0,8 V
Kapazität (E/A)	25 pF
Leistungsmodi	Externe Versorgung oder Parasitenkraft
Pakettypen	TO-92, SOP, Wasserdichte Sonde

DS18B20-Sensorfunktionen

• 1-Draht-Digitalschnittstelle – Verwendet eine einzige Datenleitung für die Kommunikation und reduziert so den Verkabelungsaufwand

• Großer Temperaturbereich – Misst Temperaturen von –55 °C bis +125 °C

• Hohe Genauigkeit – Bietet eine Genauigkeit von ±0,5 °C von –10 °C bis +85 °C

• Programmierbare Auflösung – Unterstützt 9-Bit- bis 12-Bit-Auflösung für flexible Präzision und Geschwindigkeit

• Einzigartige 64-Bit-Adresse – Ermöglicht den Betrieb mehrerer Sensoren am selben 1-Wire-Bus

• Parasite Power Support – Kann nur über die Datenleitung und Masse betrieben werden

• Integriertes EEPROM – Speichert Konfigurations- und Alarmeinstellungen intern

• Programmierbare Alarmfunktion – Löst Alarme aus, wenn die Temperatur die festgelegten Grenzwerte überschreitet

• Geringer Stromverbrauch – Geeignet für batteriebetriebene Systeme und Systeme mit geringem Stromverbrauch

• Mehrere Paketoptionen – Erhältlich in TO-92-, SOP- und wasserdichten Sondenversionen

So verwenden Sie den Temperatursensor DS18B20

Der DS18B20 ist für die einfache und zuverlässige Temperaturmessung mithilfe des 1-Wire-Kommunikationsprotokolls konzipiert.Diese Schnittstelle ermöglicht sowohl die Datenübertragung als auch die Gerätesteuerung über eine einzige Signalleitung, was den Verkabelungsaufwand erheblich reduziert.Zunächst wird der DQ-Pin (Daten) mit einem GPIO-Pin des Mikrocontrollers verbunden und ein 4,7-kΩ-Pull-up-Widerstand zwischen der Datenleitung und der Stromversorgung platziert.Der GND-Pin ist mit Masse verbunden, während der VDD-Pin extern mit Strom versorgt werden kann oder im Parasitenstrommodus ungenutzt bleiben kann.

Sobald die Verkabelung abgeschlossen ist und Strom angelegt wird, kommuniziert der Mikrocontroller mit dem Sensor, indem er Befehle über den 1-Wire-Bus sendet.Diese Befehle weisen den DS18B20 an, eine Temperaturumrechnung durchzuführen.Der Sensor misst intern die Umgebungstemperatur, wandelt sie in einen digitalen Wert um und speichert das Ergebnis in seinem internen Speicher.Der Mikrocontroller ruft diese Daten dann über dieselbe Datenleitung ab und gewährleistet so eine effiziente und zuverlässige Kommunikation.

Ein wesentlicher Vorteil des DS18B20 ist seine einzigartige 64-Bit-ROM-Adresse.Diese Funktion ermöglicht den Betrieb mehrerer Sensoren am selben 1-Wire-Bus ohne Signalkonflikte und ist somit ideal für Mehrpunkt-Temperaturüberwachungssysteme.In den meisten Anwendungen verwalten leicht verfügbare Mikrocontroller-Bibliotheken das Kommunikations-Timing und die Befehlssequenzen automatisch, sodass sich Benutzer auf das Systemdesign und nicht auf Protokolldetails auf niedriger Ebene konzentrieren können.

DS18B20-Sensoranwendungen

• HVAC-Systeme

• Industrielle Temperaturüberwachung

• Wetterstationen

• Smart-Home-Automatisierung

• Kühlung und Kühllagerung

• Temperaturüberwachung im Rechenzentrum

• Temperaturmessung medizinischer Geräte

• Lebensmittelverarbeitung und -lagerung

• Batterie- und Energiemanagementsysteme

• Embedded- und IoT-Projekte

Vergleich: DS18B20 Sensor vs. DHT22

Funktion	DS18B20	DHT22 (AM2302)
Sensortyp	Digital Temperatursensor	Digital Temperatur- und Feuchtigkeitssensor
Gemessen Parameter	Nur Temperatur	Temperatur und Luftfeuchtigkeit
Kommunikation Protokoll	1-Draht	Eindrahtig proprietäres Protokoll
Betrieb Spannung	3,0 V – 5,5 V	3,3 V – 6,0 V
Temperatur Reichweite	−55 °C bis +125 °C	−40 °C bis +80 °C
Temperatur Genauigkeit	±0,5 °C (−10 °C bis +85 °C)	±0,5 °C
Luftfeuchtigkeitsbereich	Nicht unterstützt	0 % bis 100 % relative Luftfeuchtigkeit
Luftfeuchtigkeit Genauigkeit	Nicht unterstützt	±2 % bis ±5 % relative Luftfeuchtigkeit
Auflösung	9-Bit bis 12-Bit (programmierbar)	16-Bit
Konvertierungszeit	Bis zu 750 ms (12-Bit)	~2 Sekunden
Eindeutige Geräte-ID	Ja (64-Bit-ROM)	Nein
Mehrere Sensoren in einem Bus	Ja	Nein (ein Sensor pro Pin)
Macht Verbrauch	Sehr niedrig	Niedrig
Parasitenkraft Unterstützung	Ja	Nein
Pull-up-Widerstand Erforderlich	Ja (4,7 kΩ)	Ja
Wasserdicht Version verfügbar	Ja	Ja
Typisch Anwendungen	Industrie, eingebettete, lange Kabelwege	Wetter Stationen, Raumklimaüberwachung
Kabellänge Unterstützung	Lange (zig Meter)	Begrenzt (kurz Kabel empfohlen)
Paketoptionen	TO-92, SOP, wasserdichte Sonde	Modul, wasserdichte Sonde

Mechanische Abmessungen

Fazit

Der digitale Ausgang, die 1-Wire-Schnittstelle und die einzigartige 64-Bit-Adresse des DS18B20-Temperatursensors vereinfachen das Systemdesign und ermöglichen gleichzeitig skalierbare Multisensor-Setups.Funktionen wie programmierbare Auflösung, Alarmfunktion, geringer Stromverbrauch und Unterstützung für Fremdstrom erhöhen die Vielseitigkeit sowohl bei einfachen als auch bei anspruchsvollen Projekten zusätzlich.Im Vergleich zu anderen Sensoren wie dem DHT22 erweist sich der DS18B20 als besonders geeignet für Umgebungen, die eine präzise Temperaturüberwachung, lange Kabelwege und robuste Kommunikation erfordern.

Datenblatt PDF

DS18B20 Datenblatt:

DS18B20.pdf

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Kann der DS18B20 mit 3,3-V-Mikrocontrollern wie ESP32 oder ESP8266 verwendet werden?

Ja, der DS18B20 arbeitet zuverlässig bei 3,3 V und ist vollständig kompatibel mit ESP32, ESP8266 und anderen 3,3 V-Mikrocontrollern.

2. Welcher Pull-up-Widerstandswert eignet sich am besten für die DS18B20-Datenleitung?

Für die meisten Setups wird ein 4,7-kΩ-Pull-up-Widerstand empfohlen, der eine stabile 1-Wire-Kommunikation über kurze bis mittlere Kabellängen gewährleistet.

3. Wie viele DS18B20-Sensoren können an einen Datenpin angeschlossen werden?

Dutzende DS18B20-Sensoren können einen Daten-Pin gemeinsam nutzen, da jedes Gerät über eine eindeutige 64-Bit-Adresse zur individuellen Identifizierung verfügt.

4. Ist der DS18B20 für lange Kabelwege geeignet?

Ja, der DS18B20 unterstützt große Kabellängen, oft bis zu mehreren zehn Metern, wenn die richtige Verkabelung und der Pull-up-Widerstand verwendet werden.

5. Muss der DS18B20 vor der Verwendung kalibriert werden?

Nein, der DS18B20 ist werkseitig kalibriert und liefert genaue Temperaturmesswerte ohne zusätzliche Benutzerkalibrierung.

6. Was ist der Parasiten-Power-Modus und wann sollte er verwendet werden?

Der Parasite-Power-Modus ermöglicht es dem Sensor, Strom aus der Datenleitung zu beziehen. Dies ist nützlich, wenn die Verkabelung reduziert werden soll, aber weniger ideal für lange Kabel.

7. Wie oft kann der DS18B20 die Temperatur messen?

Die Messgeschwindigkeit hängt von der Auflösung ab und reicht von etwa 94 ms bei 9 Bit bis 750 ms bei 12 Bit Auflösung.