『物聯網』的生活應用實作：用DS18B20溫度感測器偵測天氣溫度

由於人類不斷破壞地球資源，大氣層的溫室效應越來越嚴重，家中許多長者，面對酷熱的天氣變化無常，常會引起疾病，如果能夠讓創客神器Arduino告訴我們目前的溫度，那該有多好。所以本篇內容就要告訴網友如何使用數位化的DS18B20溫度感測器，來完成我們的心願。

文\曹永忠、許智誠、蔡英德

DS18B20溫度感測模組

DS18B20溫度感測模組提供高達9位元溫度準確度來顯示物品的溫度。而溫度的資料只需將訊號經過單線串列送入 DSl8B20或從 DSl8B20 送出，因此從中央處理器到DSl8B20 僅需連接一條線（不含電源）(如下圖所示)。

DS18B20溫度感測模組讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源。因為每一個DS18B20溫度感測模組有唯一的系列號（silicon serial number），因此多個DS18B20溫度感測模組可以存在於同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置DS18B20溫度感測模組。

▲ DS-18B20 數位溫度感測器

DS-18B20 數位溫度感測器特性介紹

1.DS18B20 的主要特性

適應電壓範圍更寬，電壓範圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電。
獨特的單線介面方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20。

2.雙向通訊

DS18B20 支援多點組網功能，多個 DS18B20 可以並聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫。
DS18B20 在使用中不需要任何週邊元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的積體電路內。
可測量溫度範圍為－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃。
程式讀取的解析度為 9～12 位元，對應的可分辨溫度分別為 0.5℃、0.25℃、0.125℃和 0.0625℃，可達到高精度測溫。
在 9 位元解析度狀態時，最快在 93.75ms 內就可以把溫度轉換為數位資料，在12 位元解析度狀態時，最快在750ms 內把溫度值轉換為數位資料，速度更快。
測量結果直接輸出數位溫度信號，只需要使用一條線路的資料匯流排，使用串列方式傳送給微處理機，並同時可傳送 CRC 檢驗碼，且具有極強的抗干擾除錯能力。
負壓特性：電源正負極性接反時，晶片不會因發熱而燒毀，只是不能正常工作。

3.DS18B20的外形和內部結構

DS18B20 內部結構主要由四部分組成：64 位元ROM 、溫度感測器、非揮發的溫度報警觸發器 TH 和 T配置暫存器。
DS18B20 的外形及管腳排列。

4. DS18B20 接腳定義：(如下圖所示)

DQ 為數位資號輸入/輸出端。
GND 為電源地。
VDD 為外接供電電源輸入端。

▲ DS18B20腳位一覽圖

DS18B20溫度感測模組的連接電路可以參考下圖與下表所示，進行電路組立。

▲ DS18B20範例電路圖

參考資料：Arduino練習：溫度感測DS18B20(http://yehnan.blogspot.tw/2013/01/arduinods18b20.html)

表 1 DS18B20溫度感測模組接腳表

	模組接腳	Arduino開發板接腳	解說
DS18B20	VDD(Pin 3)	Arduino +5V
	GND(Pin 1)	Arduino GND(共地接點)
	DQ(Pin 2)	Arduino Pin 2
	4.7K 電阻A端	DQ(Pin 2)
	4.7K 電阻B端	Arduino +5V

完成Arduino開發板與DS18B20溫度感測模組連接之後，將下表之DS18B20溫度感測模組測試程式一鍵入Arduino Sketch 之中，完成編譯後，上載到Arduino開發板進行測試，可以見到每隔兩秒鐘(delay(2000))，可以看到讀取到溫度的資料。

表 2 DS18B20溫度感測模組測試程式一

DS18B20溫度感測模組測試程式一(DS18B20_test01)
#include <OneWire.h> #include <DallasTemperature.h> // Arduino數位腳位2接到1-Wire裝置 #define ONE_WIRE_BUS 2 // 運用程式庫建立物件 OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); DallasTemperature sensors(&oneWire); void setup(void) { Serial.begin(9600); Serial.println("Temperature Sensor"); // 初始化 sensors.begin(); } void loop(void) { // 要求匯流排上的所有感測器進行溫度轉換 sensors.requestTemperatures(); // 取得溫度讀數（攝氏）並輸出， // 參數0代表匯流排上第0個1-Wire裝置 Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0)); delay(2000); }

DS18B20溫度感測模組測試程式一(DS18B20_test01)

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h>

// Arduino數位腳位2接到1-Wire裝置

#define ONE_WIRE_BUS 2

// 運用程式庫建立物件

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup(void)

{

Serial.begin(9600);

Serial.println("Temperature Sensor");

// 初始化

sensors.begin();

}

void loop(void)

{

// 要求匯流排上的所有感測器進行溫度轉換

sensors.requestTemperatures();

// 取得溫度讀數（攝氏）並輸出，

// 參數0代表匯流排上第0個1-Wire裝置

Serial.println(sensors.getTempCByIndex(0));

delay(2000);

}

程式下載處：https://github.com/brucetsao/ePower

由下圖所示，可以看到透過DS18B20溫度感測模組可以讀取到外界溫度，並且該溫度式非常準確的溫度。

▲ DS18B20溫度感測模組測試程式一結果畫面

由於使用DS18B20溫度感測模組DS18B20溫度感測模組需要DallasTemperature函式庫，所以我們也介紹DallasTemperature函式庫的基本用法。

DallasTemperature函式庫介紹

Arduino開發板驅動DS18B20溫度感測模組，需要DallasTemperature函數庫，而DallasTemperature函數庫則需要OneWire函數庫，網友可以在https://github.com/brucetsao/libraries，下載到DallasTemperature、OneWire等函數庫，相關其它資源也可以到作者Github(https://github.com/brucetsao)網站中搜尋之。

下列簡單介紹DallasTemperature函式庫內各個函式的解釋與用法：

uint8_t getDeviceCount(void)，回傳1-Wire匯流排上有多少個裝置。
typedef uint8_t DeviceAddress[8]，裝置的位址。
bool getAddress(uint8_t*, const uint8_t)，回傳某個裝置的位址。
uint8_t getResolution(uint8_t*)，取得某裝置的溫度解析度（9~12 bits，分別對應 0.5°C、0.25°C、0.125°C、0.0625°C），參數為位址。
bool setResolution(uint8_t*, uint8_t)，設定某裝置的溫度解析度。
bool requestTemperaturesByAddress(uint8_t*)，命令某感測器進行溫度轉換，參數為位址。
bool requestTemperaturesByIndex(uint8_t)，同上，參數為索引值。
float getTempC(uint8_t*)，取得溫度讀數，參數為位址。
float getTempCByIndex(uint8_t)，取得溫度讀數，參數為索引值。

另有兩個靜態成員函式可作攝氏華氏轉換。