DS18B20 Temperatursensor Detaillierte Erklärung und Anwendungsfälle

DS18B20 Temperatursensor – Übersicht

Der DS18B20 ist ein digitaler Temperatursensor von Maxim Integrated (jetzt Analog Devices), der sich durch hohe Genauigkeit, einfache Ansteuerung und eindeutige Geräte-Identifikation auszeichnet. Er wird häufig in Embedded- und IoT-Anwendungen eingesetzt.

Wichtige Merkmale

1-Wire-Kommunikationsprotokoll

Der DS18B20 nutzt das 1-Wire-Protokoll, das Datenübertragung und sogar Stromversorgung über eine einzige Leitung (plus Masse) ermöglicht.

 Ablauf der Kommunikation

1. Reset-Impuls vom Mikrocontroller (Master).

2. Presence-Puls vom DS18B20 als Antwort.

3. Master sendet ROM-Befehl (z. B. Match ROM, Skip ROM).

4. Master sendet Funktionsbefehl (z. B. Convert T, Read Scratchpad).

5. Sensor sendet Temperatur- oder Statusdaten zurück.

 ROM-Befehle

• Read ROM: Liest die 64-Bit-Geräte-ID.

• Match ROM: Wählt ein bestimmtes Gerät auf dem Bus aus.

• Skip ROM: Befehl an alle Geräte auf dem Bus.

• Search ROM: Erkennt alle Geräte auf dem Bus.

Interner Speicher (Scratchpad)

Der DS18B20 besitzt einen 9-Byte-Scratchpad-Speicher mit folgender Struktur:

 Auflösung (im Konfigurationsregister einstellbar)

Berechnung der Temperatur

Nach dem Auslesen der Temperatur-Bytes:

Betriebsarten der Stromversorgung

1. Normalbetrieb

• VDD wird mit 3,0–5,5 V versorgt.

• DQ-Leitung benötigt einen Pull-up-Widerstand (4,7 kΩ).

2. Parasitärer Betrieb

• Nur DQ und GND werden verwendet.

• Sensor „klaut“ Strom vom Datenbus bei High-Pegel.

• Wandlungszeit muss beachtet werden.

Typischer Schaltplan

Vorteile

• Sehr einfache Verdrahtung (nur eine Datenleitung)

• Unterstützung für mehrere Sensoren an einer Leitung

• Digitale, genaue Temperaturausgabe

• Wasserdichte Varianten verfügbar

• Frei einstellbare Auflösung und Alarmgrenzen

Typische Anwendungsbereiche

Wissenschaft und Industrie

• Temperaturüberwachung in Laboren

• Maschinenüberwachung

• Prozessautomatisierung

Hausautomatisierung

• Intelligente Thermostate

• Raumtemperaturregelung

• Fußbodenheizungssteuerung

Landwirtschaft und Umwelttechnik

• Gewächshaus-Klimaregelung

• Boden-Temperaturmessung

• Wetterstationen

Flüssigkeitsmessung / wasserdichte Anwendungen

• Aquarien-Temperaturüberwachung

• Wassertanks

• Lebensmittellagerung und Kühlketten

Datenerfassung

• Langzeit-Temperaturaufzeichnung

• Überwachung von Solaranlagen

• Kühlraumüberwachung

Entwicklungsplattformen

Der DS18B20 ist mit vielen Plattformen kompatibel:

• Arduino: Bibliotheken wie OneWire und DallasTemperature.

• STM32: Eigenes 1-Wire-Protokoll oder GPIO-gesteuert über HAL.

• Raspberry Pi: Zugriff über GPIO mit Python (z. B. w1thermsensor).

• ESP32: Ideal für IoT-Anwendungen mit WLAN-Anbindung.