ماژول سنسور دمای دیجیتال DS18B20

سنسور دمای دقیق با رابط OneWire

سنسور دمای دیجیتال DS18B20: اندازه‌گیری دمای دقیق با سیم‌کشی ساده و کالیبراسیون داخلی

ماژول سنسور دمای دیجیتال DS18B20 یک حسگر دمای با دقت بالا و کالیبراسیون داخلی است که از پروتکل ارتباطی OneWire استفاده می‌کند. این سنسور با قابلیت اندازه‌گیری دما در بازه وسیع و امکان اتصال چندین سنسور بر روی یک سیم، انتخاب ایده‌آلی برای سیستم‌های نظارت بر دما، اتوماسیون خانگی، پروژه‌های هواشناسی و کنترل صنعتی می‌باشد.

ویژگی‌های منحصر به فرد DS18B20

• دقت بالا: دقت ±۰.۵ درجه سانتی‌گراد در بازه -۱۰°C تا +۸۵°C.

• رابط ارتباطی ساده: تنها یک سیم داده (به علاوه تغذیه و زمین) با پروتکل OneWire.

• آدرس سخت‌افزاری منحصر به فرد: هر سنسور دارای کد شناسایی ۶۴ بیتی منحصربه‌فرد (آدرس ROM).

• قابلیت اتصال چندتایی: اتصال ده‌ها سنسور بر روی یک پایه میکروکنترلر.

• محدوده دمایی گسترده: اندازه‌گیری از -۵۵°C تا +۱۲۵°C.

• کالیبراسیون کارخانه‌ای: بدون نیاز به کالیبراسیون خارجی.

• قابلیت تغذیه از خط داده: امکان کار بدون سیم تغذیه جداگانه (Parasite Power Mode).

مشخصات فنی کامل

انواع ماژول‌های موجود

پین‌های سنسور (TO-92)

1. پین ۱ (GND): زمین (Ground)

2. پین ۲ (DQ/VDD): داده/تغذیه (Data Line / Power)

3. پین ۳ (VDD): تغذیه مثبت (در حالت تغذیه عادی)

نکته: در حالت تغذیه انگل (Parasite Mode)، پین ۳ به GND وصل شده و سنسور از خط داده تغذیه می‌شود.

اتصال به آردوینو (حالت عادی)

// اتصال ساده یک سنسور
// پایه DQ سنسور -> پین دیجیتال آردوینو (مثلاً D2)
// مقاومت 4.7kΩ بین پایه DQ و VCC (5V)
// VCC سنسور -> 5V
// GND سنسور -> GND

کتابخانه و کد نمونه: خواندن دمای یک سنسور

// کتابخانه OneWire و DallasTemperature - نصب از Library Manager
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// پین متصل به سنسور
const int ONE_WIRE_BUS = 2;

// تنظیم شیء OneWire و DallasTemperature
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("آماده‌سازی سنسور دمای DS18B20...");
  
  sensors.begin(); // شروع ارتباط با سنسور
}

void loop() {
  // درخواست تبدیل دما از تمام سنسورهای روی خط
  sensors.requestTemperatures();
  
  // خواندن دمای سنسور با اندیس ۰ (اولین سنسور روی خط)
  float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);
  
  // بررسی خطا (مقدار -127 نشانه خطاست)
  if (tempC != DEVICE_DISCONNECTED_C) {
    Serial.print("دمای سنسور ۱: ");
    Serial.print(tempC);
    Serial.println(" °C");
    
    // تبدیل به فارنهایت در صورت نیاز
    float tempF = sensors.getTempFByIndex(0);
    Serial.print("دمای سنسور ۱: ");
    Serial.print(tempF);
    Serial.println(" °F");
  } else {
    Serial.println("خطا در خواندن سنسور!");
  }
  
  delay(2000); // تاخیر ۲ ثانیه
}

کد پیشرفته: مدیریت چندین سنسور

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

const int ONE_WIRE_BUS = 2;
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

// آرایه برای ذخیره آدرس سنسورها
DeviceAddress sensorAddresses[10];
int sensorCount = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
  
  // پیدا کردن تمام سنسورهای متصل
  sensorCount = sensors.getDeviceCount();
  Serial.print("تعداد سنسورهای یافت شده: ");
  Serial.println(sensorCount);
  
  // دریافت آدرس هر سنسور
  for (int i = 0; i < sensorCount; i++) {
    if (sensors.getAddress(sensorAddresses[i], i)) {
      Serial.print("سنسور ");
      Serial.print(i);
      Serial.print(" - آدرس: ");
      printAddress(sensorAddresses[i]);
    }
  }
}

void loop() {
  sensors.requestTemperatures();
  
  for (int i = 0; i < sensorCount; i++) {
    float tempC = sensors.getTempC(sensorAddresses[i]);
    Serial.print("سنسور ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(": ");
    Serial.print(tempC);
    Serial.println(" °C");
  }
  
  Serial.println("-------------------");
  delay(5000);
}

// تابع برای نمایش آدرس سنسور
void printAddress(DeviceAddress deviceAddress) {
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    if (deviceAddress[i] < 16) Serial.print("0");
    Serial.print(deviceAddress[i], HEX);
    if (i < 7) Serial.print(":");
  }
  Serial.println();
}

کاربردهای اصلی

1. سیستم‌های HVAC: کنترل دمای اتاق، ترموستات هوشمند.

2. اتوماسیون گلخانه: نظارت بر دمای خاک و هوا.

3. بررسی دمای کامپیوتر/سرور: مانیتورینگ دمای CPU و محیط.

4. صنایع غذایی: کنترل دمای یخچال، فریزر، انبار.

5. آکواریوم و هیدروپونیک: کنترل دمای آب.

6. پروژه‌های هواشناسی: ایستگاه هواشناسی خانگی.

7. سیستم‌های امنیتی: تشخیص حرارت و آتش.

مقایسه با سایر سنسورهای دما

نکات طلایی برای استفاده بهینه

⚠️ مقاومت Pull-up: حتماً از مقاومت ۴.۷kΩ بین خط داده و VCC استفاده کنید (در ماژول‌های آماده معمولاً وجود دارد).
🔧 طول کابل: برای فواصل بیش از ۱۰ متر از سیم‌های با کیفیت و شیلددار استفاده کنید.
🌡️ رزولوشن: برای کاربردهای سریع، رزولوشن را روی ۹ یا ۱۰ بیت تنظیم کنید. برای دقت بالا از ۱۲ بیت استفاده کنید.
🔌 تغذیه انگل: در این حالت سنسور هنگام تبدیل دما جریان بیشتری می‌کشد. برای سیستم‌های با چند سنسور، از تغذیه جداگانه استفاده کنید.
💧 سنسور آب‌بندی: برای اندازه‌گیری دمای مایعات از نوع آب‌بندی شده استفاده کنید. نوع TO-92 را مستقیماً در آب قرار ندهید.

پروژه عملی: ترموستات هوشمند با نمایشگر

قطعات:

• آردوینو نانو

• سنسور DS18B20 آب‌بندی شده

• نمایشگر LCD 16×2 با رابط I2C

• رله ۱ کاناله

• هیتر کوچک یا فن

• پتانسیومتر برای تنظیم Setpoint

نحوه کار: سنسور دما را می‌خواند، روی LCD نمایش می‌دهد. اگر دما از حد تنظیم‌شده کمتر باشد، هیتر را روشن می‌کند. اگر بیشتر باشد، فن را روشن می‌کند.

سوالات متداول (FAQ)

✅ حداکثر تعداد سنسور روی یک سیم چقدر است؟
از نظر تئوری تا ۱۲۸ سنسور اما در عمل به دلیل محدودیت‌های زمانی و مسافت، تا ۲۰-۳۰ سنسور قابل اطمینان است.

✅ چگونه آدرس سنسور را پیدا کنم؟
از کد “مثال چند سنسور” بالا استفاده کنید. آدرس هر سنسور در سریال مانیتور نمایش داده می‌شود.

✅ سنسور مقدار -۱۲۷ درجه نشان می‌دهد، چرا؟
۱. سیم‌کشی اشتباه. ۲. مقاومت Pull-up وجود ندارد. ۳. سنسور خراب است. ۴. فاصله سیم زیاد است.

✅ تفاوت DS18B20 با DS18S20 چیست؟
DS18B20 دقت بالاتر، رزولوشن قابل تنظیم و محدوده دمایی وسیع‌تر دارد. DS18S20 قدیمی‌تر و محدودتر است.

✅ آیا می‌توانم سنسور را روی برد بورد نصب کنم؟
بله، نوع TO-92 به راحتی روی برد بورد نصب می‌شود. نوع آب‌بندی شده را باید با سیم به برد متصل کنید.

✅ عمر سنسور چقدر است؟
در شرایط نرمال ۱۰+ سال. سنسورهای آب‌بندی شده در محیط‌های خورنده ممکن است عمر کمتری داشته باشند.

✅ چرا از سه‌سیم استفاده می‌کند درحالی که OneWire است؟
دو سیم برای تغذیه (VCC و GND) و یک سیم برای داده (DQ). در حالت تغذیه انگل، فقط دو سیم (DQ و GND) کافی است.

چرا سنسور DS18B20 را از ما بخرید؟

✅ کیفیت ساخت: استفاده از سنسور اصلی Maxim Integrated.
✅ آب‌بندی واقعی: سنسورهای آب‌بندی شده با کابل سیلیکونی و اتصال ضد آب.
✅ تست کالیبراسیون: تست دقت در دمای ۰°C و ۱۰۰°C با استاندارد مرجع.
✅ پشتیبانی فنی: ارائه کدهای نمونه، کتابخانه فارسی و راهنمای عیب‌یابی.

پکیج پیشنهادی برای شروع

1. سنسور دمای DS18B20 آب‌بندی شده (کابل ۱ متری)

2. سنسور دمای DS18B20 نوع TO-92 (برای آزمایش)

3. مقاومت ۴.۷kΩ (۵ عدد)

4. برد آردوینو نانو با کابل USB

5. سیم‌های جامپر نری-مادگی (۱۰ عدد)

نحوه انتخاب نوع سنسور

• اندازه‌گیری هوای اتاق: نوع TO-92 یا ماژول برد کوچک.

• اندازه‌گیری آب، خاک، محیط مرطوب: حتماً نوع آب‌بندی شده.

• پروژه صنعتی: نوع آب‌بندی شده با غلاف فولادی ضدزنگ.

• آزمایش سریع: ماژول آماده با مقاومت نصب‌شده.