Перевезення швидкопсувних товарів на далекі відстані - це відповідальна робота, що вимагає підвищеної уваги до температурного режиму. Усередині кожного рефрижератора повинен бути встановлений датчик, який контролює ефективність роботи холодильного обладнання. Цей пристрій має також передавати дані про стан автономної системи на диспетчерський пульт для можливості швидкого реагування в разі поломки. Такі завдання може вирішити цифровий вимірювач температури DS18B20 в комплексі з додатковим обладнанням.

DS18B20 являє собою електронний пристрій, що дозволяє проводити виміри температури з подальшою передачею сигналу тривоги оператору. Даний прилад має такі відмінні риси:

• Вбудований 9 - 12 бітний перетворювач сигналу, що впливає на точність вхідних показань.
  
• Граничні умови по необхідному температурному діапазону задаються користувачем і заносяться у вбудовану пам'ять контролера.
• Пристрій передає свідчення диспетчеру по протоколу з інтерфейсом 1-Wire. При використанні в холодній логістиці - конвертація інформації проводиться за допомогою GPS зв'язку.
• Вимірювач не потребує зовнішнього джерела живлення, так як для роботи достатньо напруги надходить зі слабкострумового каналу для передачі даних, що накопичується на конденсаторі.
• Чутливий датчик дозволяє проводити виміри температури в приміщенні при екстремальних значеннях - від -55 ° C до + 125 ° C- оболонка кабелю для передачі даних виконана з тугоплавкого полівінілхлориду.
  
• Точність вимірювання складає рекордні 0,5 ° C, на відміну від минулих моделей від даного виробника. Однак даний показник може незначно відрізнятися при температурі нижче +10 ° C або вище +85 ° C.

Кожен вимірювач температури DS18B20 має індивідуальний 64-розрядний код, що ідентифікує конкретний виріб. Це забезпечує можливість підключення відразу декількох контролерів на єдиний канал зв'язку, і пристрої не будуть заважати один одному.

Переваги пристрою

Цифровий вимірювач температури DS18B20 має деякі переваги в порівнянні з іншими моделями від конкурентів:

• Кожен провід 1-Wire обслуговує тільки один канал передачі даних від датчика.
  
• Декілька виводів можна об'єднати в єдину лінію зв'язку з виведенням на єдиний індикатор, розташований в диспетчерській.
• Не має потреби підключення до розетки, так як пристрій стає активним при напрузі від 3 до 5,5 В.
• При виставленні максимального дозволу в 12 біт забезпечується швидкість оновлення показань на індикаторі 750 мс.
• Користувач має можливість виставляти індивідуальні параметри сигналу тривоги.
  
• При паралельному включенні декількох датчиків в один канал зв'язку, сигнал, який свідчить про збої надає інформацію про конкретний прилад, який вийшов з ладу. Це дозволяє диспетчеру швидко ідентифікувати проблему і дати команду на усунення неполадки.
• Датчик повністю сумісний з програмним забезпеченням DS1822, що встановлюються на комп'ютер з метою виведення результатів вимірів на монітор.

Розглянутий вимірювач температури набув широкого застосування і використовується в багатьох галузях промисловості. Пристрій найчастіше використовується в холодній логістиці швидкопсувних вантажів.

Пристрій вимірника температури DS18B20

Датчик розглянутої моделі має вбудований постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ) на 64 біта, який зберігає унікальний ідентифікатор. Крім того, мікросхема також містить оперативну пам'ять, яка тимчасово фіксує такі дані:

• Миттєві показання вимірів температури в приміщенні займають 2 байта від загального обсягу пам'яті.
  
• Граничні умови, що задаються користувачем, подолання яких активізує команду для спрацьовування сигналу тривоги. Нижній поріг називається Th, верхній - Tl.
• У пам'яті також відводиться вільне місце для збереження користувальницьких конфігурацій в розмірі 1 байта. Через даний регістр можна налаштувати дозвіл датчика від 9 до 12 біт з кроком в 1 біт (9, 10, 11 і 12 біт - в загальній складності 4 режиму).

Що стосується регістра граничних параметрів для спрацьовування сигналу тривоги, то він зберігається в окремому блоці, не залежних від електрики, який називається EEPROM. Це дозволяє системі отримати сигнал тривоги в будь-якій позаштатній ситуації.

Для можливості багатоканального підключення лінії зв'язку до декількох пристроїв, використовується спеціальний резистор, що володіє наступними функціями:

• У складі резистора присутній мікроконтролер, який реєструє індивідуальний код кожного з датчиків, підключених до каналу зв'язку.
  
• Пристрій дозволяє паралельно обмінюватися вхідними даними з кожним підключеним пристроєм.
• Мікроконтролер забезпечується шиною, і кожен з датчиків підключається до неї, утворюючи єдину систему диспетчеризації холодильного обладнання.

Незалежність від лінії живлення приладу досягається наявністю на мікросхемі вбудованого конденсатора, який накопичує в собі енергію від вхідного сигналу. Цей елемент також живить головну мікросхему, забезпечуючи так зване «паразитне харчування». При необхідності, можливе підключення контролера через зовнішнє джерело електроживлення шляхом включення кабелю в вихідне гніздо Vdd.

Як відбувається вимір температури

Головне завдання датчика - трансформація реального значення температури навколишнього середовища, отриманого від металевого щупа в числову послідовність для подальшого зчитування і виведення на екран індикатора або монітора диспетчера. Користувачеві доступно 4 типи розширення, від яких залежить точність зчитування показань температури:

• 9 біт - досягається похибка у вимірі 0.5 ° C;
  
• 10 біт - 0.25 ° C;
• 11 біт - 0.125 ° C;
• 12 біт - 0.0625 ° C.

Заводські установки виставляються таким чином, що при включенні індикатор автоматично видає значення для 12-бітного розширення. У вимкненому стані пристрій перебуває в режимі економії енергії. Для активізації алгоритм повинен провести перше перетворення показань на датчику в цифрове значення і записати ці дані в оперативну пам'ять.

Як зчитувати показання датчика

Пристрій проводить вимірювання температури в градусах Цельсія, перетворюючи її значення в 16-розрядний код. Щоб правильно перетворити показання і обчислити значення температури, необхідно враховувати наступні правила, в залежності від виставленого розширення:

• 12-бітове розширення - кожен біт для позитивних значень дорівнює 0, для негативних - 1. Висока точність вимірювань досягається тим, що всі біти є значущими.
  
• 11-бітове розширення - ті ж свідчення, але біт 0 не може бути ідентифікований.
• 10-бітове розширення - не визначаються 2 біта - 0 і 1.
• 9-бітове розширення - аналогічно, не визначаються вже 3 біта - 0, 1 і 2.

Щоб точно обчислити показники температури при позитивному значенні, потрібно отриманий після перетворення код (біт 0) перевести в десяткову систему і помножити на задану похибку 0,0625 ° C. Якщо видається від'ємне значення (біт 1), то додатковий код конвертується в прямій, після чого обчислення виконується відповідно до того ж алгоритму, що і при позитивному значенні.

Як відбувається передача сигналу тривоги

Сигнал тривоги дозволяє диспетчеру, або водієві рефрижератора контролювати температурний режим усередині холодильної камери під час виконання логістики. Сирена спрацьовує у відповідності з наступним алгоритмом:

1. Користувач спочатку програмує граничні умови для спрацьовування сигналізації. Нижній поріг позначається індексом Th, верхній - Tl. Програмування відбувається в цифровому форматі, відповідно до описаного вище алгоритмом, де позитивним і негативним значенням присвоюються коди 0 і 1, відповідно.
   
2. Призначені для користувача установки фіксуються в енергонезалежному пристрої зберігання даних EEROM, але вони залишаються доступними для читання в конкретних кластерах 2 і 3 тимчасового запам'ятовуючого пристрою.
3. Якщо цифрове значення показників реальної температури виходить за призначені граничні показники, автоматично спрацьовує сигнал тривоги, який негайно спливає на диспетчерському пульті для можливості реагування.

Базовий пристрій веде періодичний моніторинг виставлених температурних діапазонів за допомогою особливого протоколу ECh, що відповідає за детектор сигналу тривоги. У разі невідповідності показників контролер посилає оператору сигнал із зазначенням точної адреси пристрою, в якому стався збій. При великому автопарку логістичної компанії це перевага дозволяє диспетчеру зв'язатися з конкретним експедитором і повідомити йому про проблему, не зупиняючи роботу всіх водіїв.

Підключення електроживлення DS18B20

Пристрій може  живиться за однією з двох можливих схем підключення:

• Автономно, з використанням паразитного режиму.
  
• При підключенні до зовнішньої мережі електроживлення.

Обидва режими забезпечують безперебійне функціонування пристрою за визначенням температур і передачі цифрових даних на індикатор оператора.

Паразитний режим

Вважається оптимальним типом підключення, при якому досягається часткова незалежність від електрики, а також можливість включення в роботу відразу декількох датчиків на єдиній шині. Даний спосіб підключення має такі особливості:

• Конденсатор, встановлений на мікросхемі, заряджається в автономному режимі при виникненні підвищеної напруги на лінії зв'язку.
  
• Коли конденсатор набирає заряд, в разі зміни сигналу, він стає елементом живлення пристрою.
• При постійному потоці напруги, датчик працює стабільно, без непередбаченого відключення.
• Якщо зчитування сигналу відбувається занадто часто, сила струму може перевищити гранично допустимі значення. Відповідно до закону Ома, зростання I призводить до падіння U. Для запобігання збоїв в роботі, на мікросхемі присутній транзистор, який включається автоматично при кожному перетворенні сигналу з занесенням даних в ОЗУ, коли накопиченого на конденсаторі заряду недостатньо для забезпечення живлення. Таким чином, транзистор грає роль стабілізатора напруги при автономному режимі.

Паразитний метод прекрасно працює при холодній логістиці, так як конденсатор забезпечує живлення вимірювача при екстремально низьких температурах. У тому випадку, коли температурні показники дуже високі (від 100 ° C і більше), то накопиченого снаряда вже не вистачає. Користувачеві доводиться вдаватися до зовнішнього джерела живлення.

Робота від зовнішнього джерела

Даний тип підключення, незважаючи на необхідність зовнішнього джерела електроживлення, має деякі переваги:

• Так як при роботі з підвищеними температурами збій в роботі приладу не відбувається, відпадає необхідність в включенні в схему транзистора.
  
• При здійсненні живлення, струм проходить через резистор, з внутрішнім опором 4,7 кОм.
• При роботі шина перетворювача температурний сигнал в цифровий залишається вільною. Вона може бути використана для розширення функціоналу приладу.
• При використанні зовнішнього живлення функції контролера значно розширюються. Користувач отримує можливість відслідковувати не тільки свідчення, але також контролювати сам процес перетворення. Таким чином, додаткове харчування забезпечує видимість лінії  як у високому, так і в низькому положенні.
  
• Зовнішнє джерело живлення забезпечує стабільний сигнал без збоїв і перешкод, а при паразитному способі можливі затримки відображення інформації в разі роботи пристрою на межі технічних можливостей.

При транспортуванні швидкопсувної продукції в холодильній установці, підвищення температур до описаних вище екстремальних значень неможливо. У зв'язку з цим, в холодній логістиці цілком підходить метод автономного паразитного харчування.

Пристрої, необхідні для початку роботи з вимірювачем температури DS18B20

Датчик є всього лише частиною системи моніторингу температурного режиму в холодній логістиці. Щоб забезпечити синхронізацію зчитування показників і вивід інформації на доступний для користувача інтерфейс, необхідно мати в наявності такі допоміжні пристрої:

1. Спеціалізоване програмне забезпечення, яке називається Arduino IDE і інсталюється на жорсткий диск комп'ютера.
   
2. Установчий файл бібліотеки для контролю вхідних даних по протоколу 1-Wire.
3. Структурована установча програма з функцією setup, звана скетч.
4. Контролер, сумісний з Arduino, що дозволяє забезпечити логічний зв'язок датчика і програмного забезпечення.
5. Кабель з роз'ємом USB, необхідний при підключенні контролера до пристрою для читання інформації - персонального комп'ютера, ноутбука або спеціалізованим пристроям для індикації вхідних даних.
   
6. Установча плата, необхідна для підключення мікросхеми та конектори.

При коректному підключенні контролера, буде потрібно калібрування приладу, перевірка якості сигналу, програмування граничних умов Th і Tl, а також тестування працездатності пристрою.

Інструкція по підключенню мікросхеми до програмного забезпечення Arduino

Схема підключення мікросхеми досить примітивна, і для складання пристрою зовсім не обов'язково залучати професійного інженера-електронщика. Збірка пристрою проводиться шляхом підключення 3 контактів, у відповідності з наступним алгоритмом:

• Контакт 1 з маркуванням GND приєднується до «мінуса» на мікросхемі.
  
• Контакт 2 з маркуванням Vdd повинен бути підключений до слабкострумового джерела електроенергії, що володіє номінальною напругою 5В. Даний показник забезпечується після проходження струму через згаданий вище резистор з опором 4,7 кОм.
• Контакт 3 з маркуванням DATA - служить для включення в загальну схему програмного забезпечення Arduino через власний контролер, на якому є кілька гнізд для підключення.

Після підключення майстер повинен переконатися в коректності налаштування параметрів електропідключення шляхом перевірки 65-й (зовнішнє ds-write) і 10-й (паразитне ds-write) рядків на платі.

Як підготувати прилад до роботи

По завершенні підключення настає найвідповідальніший етап - налагодження пристрою з програмуванням його бібліотек. Дана робота вимагає взаємодії користувача з програмним забезпеченням Arduino. Процедура виконується в суворій відповідності з наступними етапами:

1. В інтерфейсі додатка Arduino IDE вибирається команда, відповідальна за створення бібліотеки, яка називається OneWire library. Дана дія виконується шляхом вибору в інтерактивному меню програми Sketch рядки Add Library. У російськомовній версії програмного забезпечення даний пункт позначається як «додати бібліотеку».
   
2. Після створення можна зайти в бібліотеку і знайти в ній файл для програмування контролера приладу під назвою D158x20. Даний рядок розташовується в піддиректорії «Приклади» основного падаючого меню «Файл».
3. У новому вікні слід вибрати директорію OneWire, яка буде містити шуканий файл D518x20_Temperature.
   
4. Останній етап полягає в коригуванні заводських установок з 10 pin на 2 pin для стабільної роботи обладнання і отримання достовірних даних в режимі реального часу.

Коли робота завершена, на індикаторі пристрою з програмним забезпеченням з'явиться текст з вхідними параметрами, серед яких буде унікальний серійний номер датчика, а також показник поточної температури в холодному приміщенні, де він вмонтований.

Технічні можливості бібліотеки OneWire

Бібліотека OneWire є невід'ємною частиною програмного забезпечення. Спектр завдань, які вирішуються за допомогою даного налаштування, включає в себе наступні можливості:

• Пошук і ідентифікація кожного датчика, підключеного до системи з автоматичною фіксацією його унікального коду. Для виконання пошуку слід ввести в діалоговому вікні команду search (addressArray). Якщо який-небудь прилад не буде зареєстрований в системі, користувач побачить повідомлення про помилку false.
  
• OneWire також може здійснювати пошук на первинному пристрої після введення команди reset_search.
• Якщо було проведено скидання всіх налаштувань, бібліотека самостійно вибирає пристрій, записуючи на нього циклічний 56-бітний код ROM. Для виконання даної операції користувач вказує команду select (addressArray).
• Команда write (byte) забезпечує запис байтів інформації на пристрій при його живленні від зовнішньої мережі.
  
• Команда write (byte, 1) виконує ту ж функцію, але при паразитному способі живлення контролера.
• При необхідності, бібліотека дає можливість оператору читати вхідну і збережену інформацію, що надійшла на обробку від температурних датчиків. Даний процес виконується командою read.
• Активація циклічного надлишкового коду CRC. Команда - crc8 (dataArray, length), де dataArray означає порядковий номер обраного масиву для зберігання даних, length - довжина цифрового коду.
  
• Бібліотека дозволяє налаштувати живлення на скетчі, в залежності від його типу і відповідного рядка - 65 або 10.

Дана універсальна надбудова може самостійно подавати команди у вигляді бітів, а саме:

• 0х44 - код, який відповідає за вимір температури з подальшою передачею і фіксацією вхідних даних.
  
• 0хBE - запускається процес поетапного зчитування показників датчика.
• 0хВ8 - відбувається копіювання даних в байти.
• 0хB4 - код, який дає можливість швидкого перемикання типу електроживлення з паразитного на зовнішнє джерело, і назад.

Правильна настройка бібліотеки і знання всіх команд дозволить користувачеві легко орієнтуватись в інтерфейсі програмного забезпечення, оперативно отримувати вхідну інформацію і міняти основні призначені для користувача налаштування. Як правило, кожен диспетчер має роздруківку з усіма цифровими кодами для можливості швидкого втручання в систему.

Допустимі параметри експлуатації вимірювача температури DS18B20

Будь-який прилад для вимірювання температури має параметри, при яких він може експлуатуватися без ризику поломки і збоїв. Для DS18B20 гранично допустимі параметри наводяться нижче:

• Напруга, при якому забезпечується безперебійна робота пристрою становить від 3 до 6 В. Якщо реальний показник виявиться нижче, користувач не зможе зчитувати показання, так як на лінії з'являться перешкоди, а при перевищенні граничних значень може статися замикання з наступним вигоранням контакту.
  
• Межа вимірюваних температур становить від -55 ° C до +125 ° C. В даному випадку говорити про які-небудь екстремальні значення не має сенсу, так як вказаний виробником діапазон підходить для експлуатації пристрою в будь-яких умовах.

Слід врахувати, що тривала робота DS18B20 на граничних експлуатаційних параметрах може значно знизити ресурс пристрою, і воно вийде з ладу в короткий термін.

Алгоритм підключення декількох температурних датчиків до одного каналу зв'язку

Як було сказано вище, на одну шину можна підключити відразу декілька температурних датчиків для можливості диспетчеризації стану вантажу в холодильній установці з одного зчитувача інформації. Для цього необхідно включити в схему резистор, а після цього виконати кілька операцій:

• Кожний новий пристрій повинен підключатися паралельно, тобто зчитування інформації і передача цифрового сигналу на канал зв'язку походить від кожного датчика в незалежному режимі.
  
• У бібліотеці OneWire задаються параметри для пошуку кожного з датчиків з подальшою реєстрацією унікальних кодів.
• Опір резистора залежить від кількості включених в систему пристроїв, виходячи з середніх параметрів опору 100 - 150 Ом на кожен датчик. Таким чином, оптимальний опір резистора при включенні в систему відразу 10 датчиків складе 1,5 - 1,6 кОм.
  
• Резистор безпосередньо підключається до плати контролера Arduino.

Після підключення користувач отримує можливість адресно звертатися до кожного датчика, а сигнал тривоги при перевищенні граничного порогу буде подаватися в автоматичному режимі.

Сумісність температурного датчика з GPS трекером

Датчик DS18B20 знайшов широке застосування в холодній логістиці. При перевезенні швидкопсувних товарів водій не завжди може відстежувати мікроклімат всередині рефрижератора, особливо якщо перевезення товару проводиться без участі експедитора. У таких випадках дані про температурний режим передаються на диспетчерський пульт дистанційно, з використанням GPS трекера.

Пристрій для бездротової передачі даних фіксує фактичну температуру в холодильнику, дозволяючи оператору читати ці показники, а, в разі виникнення аварійної ситуації, сигнал тривоги автоматично відправляється в систему моніторингу. Для спільної роботи GPS трекера GPSM Pro і температурного датчика 1-Wire DS18B20, необхідно виконати наступні умови:

• Після монтажу усередині холодильної установки, датчик підключається за допомогою штатного кабелю до маячка з системою GPS, встановленого за межами холодного контуру.
  
• Проводиться налаштування програмного забезпечення із завданням граничних параметрів для спрацьовування тривожної сигналізації.
• Дані надходять на контролер, враховуються системою GPS і передаються на диспетчерський пульт.
• Для зручності зчитування інформації і швидкого реагування на сигнал тривоги, оповіщення про коливання температур може надходити не тільки на встановлене програмне забезпечення. Інформація може приходити на екран мобільного телефону у вигляді SMS повідомлення, а також надходити разом з вхідною кореспонденцією на скриньку електронної пошти. Це дозволяє отримати відомості не тільки диспетчеру, а й водієві.

При виявленні несправності, диспетчер логістичної компанії негайно повідомляє водієві або експедитору про проблему. Це дає можливість вчасно запобігти вимір температурного режиму в холодильнику і врятувати вантаж.

Коротко про головне

Температурний датчик DS18B20 можна придбати в нашому інтернет-магазині за найкращою ціною серед конкурентів. Ми працюємо безпосередньо з виробником і маємо пільгові умови оптових поставок. Наша компанія також займається реалізацією супутнього інтерфейсу і GPS систем. Готова до роботи система забезпечує можливість дистанційного диспетчеризації стану вантажу при виконанні холодної логістики.

Товар являє собою оптимальне співвідношення ціни і якості. При розробці даного високоточного приладу використовувалися передові технології, які дозволяють отримати відомості про стан вантажу в режимі реального часу з мінімальною похибкою в обчисленнях. При необхідності установки датчика в хімічно агресивному середовищі, споживачам доступні вдосконалені прилади з щупом з нержавіючої сталі, що володіють підвищеною корозійною стійкістю.