DS18B20 1-Wire温度传感器的原理
DS18B20是由Maxim Integrated（以前的Dallas Semiconductor）生产的数字温度传感器。它是市场上最受欢迎的温度传感器之一，在较大的温度范围（-55°C至+ 125°C）内提供相当高的精度（±0.5°C）。由于传感器的工作电压为3.0至5.5 V，因此您可以将其与Arduino（以5 V工作）一起使用，也可以与具有3.3 V GPIO引脚的ESP32和Raspberry Pi等设备一起使用。
该传感器的主要优点之一是，它仅需要Arduino的一个数字引脚即可进行通信。使用Dallas Semiconductor的传感器连通的1-Wire ®协议。该协议的工作方式与I2C相似，但数据速率较低，范围更广。
另一个优点是，每个DS18B20传感器都有一个唯一的64位串行代码，该代码允许多个传感器在同一1-Wire总线上工作。因此，您可以从仅用一个Arduino引脚连接在一起的多个传感器读取数据（请参见下面的代码示例）。
传感器的分辨率可以通过编程方式设置为9、10、11或12位。这分别对应于0.5°C，0.25°C，0.125°C和0.0635°C的温度增量。上电时的默认分辨率为12位。
您可以在下表中找到更多规格。
DS18B20数字温度传感器规格
| 电源电压 | 3.0至5.5 V |
| 待机电流 | 1微安 |
| 有功电流 | 1.5毫安 |
| 测量范围 | -55°C至+ 125°C（-67°F至+257°F） |
| 精度 （温度计误差） | 从-10°C到+85°C 为±0.5°C从-30°C到+100°C为 ±1°C从-55°C到+125°C为±2°C |
| 解析度 | 9位至12位（可编程） |
| 转换时间 | <750毫秒（12位分辨率） |
| 通讯协议 | 1-Wire®总线协议 |
| 包裹 | 3针TO-92 |
| 制造商 | Maxim Integrated |
| 成本 | 查看价格 |
有关更多信息，您也可以在此处查看数据表：
DS18B20传感器的类型
传感器通常以三种形式出现。最常见的类型是3引脚TO-92封装，看起来就像一个晶体管。
接线–将DS18B20连接到Arduino
将DS18B20连接到Arduino相当容易，因为您只需要连接3个引脚即可。首先将GND引脚接地，并将V DD引脚连接至Arduino的5 V输出。
接下来，将中间引脚（DQ）连接到Arduino的任何数字引脚。在这种情况下，我使用了数字引脚2。您还必须在DQ引脚和5 V之间添加一个4.7kΩ的上拉电阻。这将使1-Wire总线的空闲状态保持高电平。
下表中也提供了连接。
请注意，当传感器的平坦侧面（上面印有文字）朝向您时，引脚1（GND）是最左侧的引脚。
DS18B20数字温度传感器连接
| DS18B20 | Arduino的 |
|---|---|
| 引脚1（GND） | 地线 |
| 针脚2（DQ） | Pin 2 Arduino并通过4.7kΩ电阻器达到5V |
| PIN 3（V DD） | 5伏 |
防水DS18B20传感器的连接方法相同。但是，导线的颜色可能会因制造商而异。地线（GND）通常为黑色或蓝色，电源线（VDD）通常为红色，信号线（DQ）通常为黄色或白色。如果不确定，我强烈建议您始终检查传感器的数据表。
防水DS18B20数字温度传感器连接
| 防水DS18B20 | Arduino的 |
|---|---|
| 黑线（GND） | 地线 |
| 黄线（DQ） | Pin 2 Arduino并通过4.7kΩ电阻器达到5V |
| 红线（V DD） | 5伏 |
安装DallasTemperature和OneWire Arduino库
1-Wire通信协议有些复杂，需要一堆代码才能解析出该通信。因此，我们将使用Miles Burton的DallasTemperature Arduino库来简化这些传感器的编程。
该库允许您发出简单的命令以从传感器中读取温度数据。
您可以在GitHub上找到此库的源代码。
要安装库，请在Arduino IDE中转到“工具”>“管理库”（在Windows上为Ctrl + Shift + I） 。库管理器将打开并更新已安装库的列表。
您可以搜索“ ds18b20 ”，并通过Miles Burton查找DallasTemperature库。选择最新版本，然后单击“安装”。
DallasTemperature库依赖于您还需要安装的OneWire Arduino库。该库负责1-Wire通信协议。
搜索“ onewire”，然后查找Jim Studt的OneWire库。
具有Arduino示例代码的DS18B20温度传感器
使用以下示例代码，您可以从DS18B20传感器读取温度并将其显示在串行监视器中。
您可以使用Arduino IDE将示例代码上传到 Arduino。
要复制代码，请单击代码字段右上角的按钮。
您应该在“串行监视器”中看到以下输出（Ctrl + Shift + M）。
确保串行监视器的波特率也设置为9600。
代码如何工作
第一步是包括所需的Arduino库：
接下来，我定义了传感器的DQ引脚连接到Arduino的哪个引脚。语句#define可用于为常数指定名称。编译程序时，编译器将使用定义的值替换对此常量的所有引用。因此，在您提到的所有地方ONE_WIRE_BUS，编译程序时，编译器都会将其替换为值2。
此后，我创建了OneWire类的新对象，并将DQ引脚传递给其构造函数。您还需要创建DallasTemperature类的对象，并将oneWire对象作为参数传递。
请注意，我将DallasTemperature对象称为“传感器”，但您也可以使用其他名称。
在代码的设置部分，我们以9600的波特率开始串行通信。接下来，我使用函数初始化总线begin()。
在代码的循环部分，我们从总线上所有传感器的命令开始，开始温度转换。
接下来，我使用这些函数getTempCByIndex(deviceIndex)并getTempFByIndex(deviceIndex)分别获取以摄氏度和华氏度为单位的温度。在这种情况下，我们只有1个传感器连接到总线。因为计数从零开始，所以我将传感器的索引设置为0。
最后，温度在串行监视器中打印：
由于12位模式下的温度转换最多需要750 ms，因此我在每次测量之间增加了1秒的延迟。
在Arduino上使用多个DS18B20传感器
正如我在简介中提到的那样，您可以仅使用Arduino的一个引脚就可以从多个DS18B20传感器读取温度。您可以在下面找到两个示例代码。在第一个示例中，您可以通过连接的传感器的索引读取温度。因为所有传感器都连接到相同的1-Wire总线，所以第一个传感器的索引为0，第二个索引为1，依此类推。
在第二个示例中，我将向您展示如何读取每个传感器的唯一64位地址。然后可以使用该地址单独读取每个传感器。
接线–将多个DS18B20传感器连接到Arduino
将多个DS18B20传感器连接到Arduino就像连接一个一样简单。所有传感器都并联连接，即所有相同的引脚都连接在一起。就像以前一样，GND引脚接地，V DD引脚连接到5 V，DQ引脚连接到Arduino的引脚2。不要忘记DQ引脚和5 V之间的4.7kΩ上拉电阻。
请注意，我使用了一块面包板将所有引脚连接在一起。如果您不熟悉面包板的工作原理，请在此处找到说明。
多个带Arduino示例代码的DS18B20传感器
在下面的示例中，您可以按索引读取每个传感器的温度，并将其显示在串行监视器中。
串行监视器中的输出应如下所示：
代码如何工作
此示例中的代码与之前的代码基本相同。
在设置部分，我添加了一个额外的功能，该功能可以计算连接到1-Wire总线的设备数量。
在代码的循环部分中，我使用了for循环来循环遍历代码的一部分，该部分通过其索引为连接到总线的每个传感器获取温度。
按地址读取传感器
为了按传感器的单个地址读取传感器，我们首先需要知道每个传感器的地址是什么。为此，您可以使用下面的示例草图。
草图在串行监视器中打印连接的传感器的地址。为了知道哪个传感器，您可以一次仅连接一个传感器，也可以依次添加一个新传感器。然后，您可以标记连接到1-Wire总线的每个传感器。
DS18B20地址查找器
串行监视器中的输出应如下所示：
现在记下所有传感器的地址，因为在下一个示例中将需要它们。
通过地址Arduino示例代码读取传感器
在以下示例中，您可以通过指定每个传感器的唯一地址来读取它们的温度。
请注意，您必须用在前面的示例代码中找到的地址替换第17至19行中的地址。
您应该在串行监视器中看到以下输出。
代码说明
每个传感器的地址由64位组成。在代码中，我们将地址指定为八个8位字节的数组。
该代码的设置部分与前面的示例相同。
在循环中，我们调用该printTemperature(DeviceAddress address)函数。在此自定义函数中，我们使用getTempC(address)和getTempF(address)从地址作为参数传递的传感器中获取温度。
DallasTemperature Arduino库的其他功能
DallasTemperature库具有一些其他有用的内置函数，而我在上面的示例中尚未介绍。因此，我在下面列出了其中一些：
setResolution（）
此功能可用于设置温度数字转换的分辨率。正如我在引言中提到的那样，可以将其设置为9、10、11或12位，分别对应于0.5°C，0.25°C，0.125°C和0.0625°C的增量。
您可能想知道为什么要更改分辨率，不是总是越高越好吗？选择较低分辨率的一个优势是，温度数字转换所需的时间要少得多。这意味着您可以在相同的时间内获取更多的温度读数。
从数据表中，我获得了以下信息：
| 解析度 | 温度增量 | 最长转换时间 |
|---|---|---|
| 9位 | 0.5°摄氏度 | 93.75毫秒 |
| 10位 | 0.25°C | 187.5毫秒 |
| 11位 | 0.125°摄氏度 | 375毫秒 |
| 12位 | 0.0625°C | 750毫秒 |
DallasTemperature库允许您使用函数设置分辨率setResolution()。可以将此功能添加到代码的设置或循环部分。
您可以如下设置所有连接的传感器的分辨率：
或者，您可以通过指定其地址为特定传感器单独设置它：
toFahrenheit（）
此功能可用于将以摄氏度为单位的温度转换为华氏温度。
setHighAlarmTemp（）和setLowAlarmTemp（）
此功能以摄氏度为单位设置设备的内部高温和低温警报。
布尔hasAlarm（）
当设备出现警报情况时，此函数返回true。您可以在此处找到这些功能的示例。
在I2C LCD上显示DS18B20温度读数
如果您想创建一个不需要计算机的独立项目，那么最好知道如何在LCD显示屏上显示温度读数。
使用下面的示例代码，您可以在16×2字符的I2C LCD上显示温度读数。
如下面的接线图所示，连接I2C LCD非常容易。您可以在下面查看我的详细教程以获取更多信息。
- 如何使用Arduino控制字符I2C LCD
如果要使用标准的非I2C LCD，请看一下本文：
- 如何在Arduino上使用16×2字符LCD
下表中也提供了连接：
I2C LCD连接
| I2C字符LCD | Arduino的 |
|---|---|
| 地线 | 地线 |
| VCC | 5伏 |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
要使用I2C LCD，您将需要安装LiquidCrystal_I2C Arduino库。
在Arduino IDE中打开库管理器，然后搜索“ liquidcrystal_i2c”。现在向下滚动并查找Frank de Brabander的图书馆。选择最新版本，然后单击“安装”。
具有I2C LCD的DS18B20示例代码
您应该在LCD上看到以下输出：
结论
在本教程中，我向您展示了如何在Arduino上使用DS18B20 1-Wire数字温度传感器。希望您觉得它有用且有用。如果您这样做了，请分享这篇文章与同样喜欢电子产品和制作东西的朋友。
我很想知道您计划使用这些传感器构建（或已经构建）哪些项目。如果您有任何疑问，建议或认为本教程中缺少任何内容， 请在下面留下评论。
请注意，保留注释是为了防止垃圾邮件。
这项工作已根据 知识共享署名-非商业性-相同方式共享4.0国际许可进行了许可。
