erstellt 18.01.2011

Temp Messung 2025

Ziel dieses Versuches ist es mit einem Digitalen Temperatur Sensor vom Typ DS18B20 die Temperatur zu erfassen und natürlich auch aus zu werten. Anschließend dann soll die Temperatur per Funk an einen Rechner oder einen anderen Empfänger übermittelt werden. Um ein Verständnis dafür zu bekommen wie der Sensor arbeitet hab ich versucht mich in der Literatur und auch im Internet Sachkundig darüber zu machen , leider mit sehr mäßigen Erfolg . Es gibt zwar genügend Informationen und auch Videos darüber , aber alle die ich finden konnte waren nur bruchstückhaft und oder unvollständig. Beim genaueren hinterfragen bei Personen die sich schon damit befasst hatten konnte man oft keine gescheiten Informationen bekommen. Und hinterher kam bei den Meisten befragten dann zu Vorschein, das sie den zum auslesen und auswerten des Sensors benutzen Code in der Regel aus dem Netzt einfach übernommen haben und selber angepasst hatten ohne Ihn wirklich zu verstehen. Also sah ich mich gezwungen mich als Autodidakt zu betätigen und der Sache auf den Grund zu gehen. Erst einmal zu den Sensoren selber, ich spreche hier von der Mehrzahl weil es derer unterschiedliche Typen gibt. Zumindest die mit denen  ich Bekanntschaft gemacht habe nenne ich hier einmal obwohl ich mich nur mit einen Typen beschäftige, weil der eine höhere Auflösung hat und auch in einer wasserdichten Variante mir Kabelanschluss zu bekommen ist. Es gibt den Typ DS18S20, DS1820 , und den hier von mir benutzten Typ DS18B20 Die Auswertung und Berechnung geschieht mit einem Mikroprozessor vom Typ Atmega 8 denn ich als erstes vorstelle. Den Atmega 8 verwende ich weil es den in einer Standardgröße gibt an dem man noch selber herumlöten kann außerdem gibt es Atmega 8 Typen mit der Zusatzbezeichnung "L" die auch bei Spannungen herunter bis ca. 3,5 Volt arbeiten. Das bietet den Vorteil die Schaltung mit einem Akku vom Typ 18680 zu betreiben. Die weiter unten vorgestellt Schaltung hat ein angeschlossenes Display welches aber nur in der Entwicklung Phase dienen soll und nicht Bestandteil der fertigen Schaltung sein soll. Deshalb ist das Display nur aufgesteckt und kann bei fertiger Schaltung wieder entfernt werden.

Atmega 8L

Der Atmega 8 mit den von mir folgend benutzten Anschlüsse: Die Pins 17-18-19 sind dabei doppelt belegt da beim Programmieren ja nichts auf dem Display angezeigt werden muss. Pin Funktion Beschreibung 7 Spannungsversorgung Plus 3,7 - 5,0 Volt 6 Ground Spannungsversorgung Masse 17 Programmier-Schnittstelle / Display MOSI 18 Programmier-Schnittstelle/Display MISO 19 Programmier-Schnittstelle/Display SCK 1 Programmier-Schnittstelle RESET 23 Display 24 Display 16 Display 4 EIN / Ausgang Eingang für Temperartur Sensor 9 Quarz Anschluss 10 Quarz Anschluss 2 Funk Schnittstelle Empfangsleitung 3 Funk Schnittstelle Sendeleitung 5 Nur zu Testzwecke entfällt 6 Nur zu Testzwecke entfällt 11 Nur zu Testzwecke Sende Überprüfung 12 Nur zu Testzwecke Empfangs Überprüfung 13 Ein/Ausgang Rote Led als Betriebs-Led

Temp Sensor DS18B20

Temperaturbereich -55 bis + 125°C Spannung 3 - 5,5 Volt Stromaufnahme ca. 1 mA Auflösung 12 Bit sind 0,0625 Grad Schritte Genauigkeit +- 0,5°

Funk Modul

Als weiters Modul dient ein Funkmodul mit der Bezeichnung "HC11" oder etwas neuer "HC12". Dabei ist zu beachten , das man ja 2 Stück Module benötigt ,einmal als Sender und einmal als Empfänger . Welche Typ ist nicht wichtig aber es muss sicher gestellt werden das beide Typen also Sender sowie Empfänger vom gleiche Typ sind weil sie offensichtlich verschiedene Protokolle haben Diese Funk Modul arbeitet bei ca 433 MHz Spannung 3,2 - 5,5 Volt Stromverbrauch max. 200 mA

Display

Bei dem Display handelt es sich um ein 4* 20 Zeichen Display mit der Bezeichnung "2004A" Das Display ist steckbar und kann bei Bedarf entfernt werden.

Schaltplan

Die Schaltung enthält Bauteile die nur nötig sind wenn die Temperatur per Funk weitergeleitet werden soll. Wenn das aber nicht gewollt ist, und die Anzeige nur auf dem aktuellen Display statt finden soll , können einige Bauteile in der Schaltung weg gelassen werden. Dazu gehören das Funk-Modul , Quarz, 2 mal 20p Kondensatoren, und im extrem Fall auch die Leuchtdioden mit ihren Widerständen sowie die beiden Taster.

Programm Code in Bascom

Mit diesem Code wir der Sensor DS18B20 ausgelesen Programm Code Beschreibung Config 1wire = Portd.2 Schnittstelle für Temp Sensor festlegen Dim Sensorwert As Integer Variable für Temperatur Messung Dim A As Byte Cls Do 1wreset Resettet die Bus Leitung 1wwrite &HCC Adressiert den Sensor Die Anweisungen  HCC , H44 , HBE sind  dem Datenblatt des Sensors zu entnehmen. Waitms 100 Pause 1wwrite &H44 Konvertierung des erfassten Sensor Wert Waitms 500 Pause 1wreset Resettet die Bus Leitung Waitms 100 Pause 1wwrite &HCC Adressiert den Sensor Waitms 100 Pause 1wwrite &HBE Temperatur Daten werden ausgelesen Sensorwert = 1wread(2) Locate 3 , 1 Lcd "Sensorw=" ; Sensorwert Wait 1 Toggle Portd.6 Loop Als Ergebnis wird bei einer ungefähren Umgebungstemeratur von ca. 18 ° der Wert 283 ausgegeben.

Das ist also der erfasste Wert als Dezimal und als Binärwert

Berechnung des Temperatur Werts

Der aktueller Temperaturwert also die Raumtemperatur wird als Binärwert mit 16 Bit angezeigt oder als Dezimalwert mit 283. Nun hat jedes Bit seine eigene Wertigkeit die wir dem Datenblatt des Sensor entnehmen müssen. Dazu werden die ausgelesenen 16 Bits unterteilt in  Low Byte und High Byte , die im  Datenblatt allerdings als LS und MS angegeben werden. Das Kleinste Bit, also BIT 0  befindet sich ganz rechts und wird zur linken Seite hin immer größer.

2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,0625 Wertigkeit Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 High Byte ( MS) Low Byte ( LS)

Nun kann ich jedes Bit einzeln auslesen und mit der jeweiligen Wertigkeit multiplizieren. Und anschließen alle Ergebnisse addieren um an die Temperatur zu kommen. Das brauche ich aber nur bei den Bits der Nach Komma Stellen machen, weil es für die Bits vor dem Komma eine einfacherer Möglichkeit gibt. 0,5 0,25 0,125 0,0625 Wertigkeit Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 1 0 1 1

Als erstes berechne ich also die Nach-Komma Stellen, das sind die Bits's 0 bis 3. Der direkt aus dem Sensor erfasste Wert ist in der Variable "Sensorwert" gespeichert . Also erstelle ich vier Variable denen  jeweils ein Bit zugeordnet werden. Die Anwesung "Halbe = Sensorwert.3 " liest aus dem Binären "Sensorwert" das dritte Bit von rechts aus gezählt aus und speichert es in der Variable "Halbe" Halbe = Sensorwert.3 Viertel = Sensorwert.2 Achtel = Sensorwert.1 Sechstel = Sensorwert.0 In der Variable "Sechstel" wird also das Bit "Null" kopiert, in der Variablen Achtel das Bit  "Eins", in der Variablen Viertel das  Bit "Zwei" , usw. Anschließend werden die Variablen abgefragt, und falls die jeweilige Variable einen Eins auf weist dann wird diese Eins mit der passenden Wertigkeit in der Tabelle multipliziert befindet sich etwas anderes als eine Eins in der Variable, dann wird der Wert mit Null angenommen und soweit ignoriert. fi Halbe = 1 Then Wert1 = 0.500 Else Wert1 = 0.000 If Viertel = 1 Then Wert2 = 0.250 Else Wert2 = 0.000 If Achtel = 1 Then Wert3 = 0.125 Else Wert3 = 0.00 If Sechsehtel = 1 Then Wert4 = 0.0625 Else Wert4 = 0.00 Nun werden die vier Werte addiert und in der Variable "Nachkomma" hinterlegt. Nachkomma = Wert1 Nachkomma = Nachkomma + Wert2 Nachkomma = Nachkomma + Wert3 Nachkomma = Nachkomma + Wert4 Betrachten wir das Ergebnis für die Nach Komma Stelle. 1 mal 0,00625 + 1 mal 0,125+ 1 mal 0,5  wären  0,63125 °C 2046 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,0625 Wertigkeit Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1

Das gleiche machen wir nun mit den Vor Komma Stellen. Im Datenblatt des Sensor ist angegeben das der eigentliche Temperatur-Wert in den Bits 0 bis 12 abgespeichert ist. Bit 0- 3 ist vergeben für die Nachkomma-Stelle und Bit 4 bis 12 für die Vor-Komma Stellen. Um nun die Vorkomma-Stellen zu berechen kann man es genau so machen , wie bei den Nach Komma stellen. Es gibt aber auch eine bessere Lösung mit weniger Aufwand. Nehme ich nun die 16 Bits und verschiebe sie um 4 Stellen nach rechts , Shift Sensorwert , Right , 4 dann fallen die 4 Stück Nachkomma Stellen zur rechten Seite heraus und die restlichen Bits haben ihre Normale Wertigkeit weil ja diese Bits normalerweise keine Kommstellen kennen. Das ganze sieht dann so aus:   1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 Wertigkeit Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Das Ergebnis wäre dann 1 mal 1 + 1 mal 16 wären 17 °C Addiere ich nun die Ganzen Werte mit der Nachkomma Stelle komme ich auf 17,63125°C

Nun kann man noch angeben ob es sich um einen positive oder negative Temperatur handelt. Diese Information ist gespeichert in den Bits  10 bis Bit 15. Bei 0 °C und darunter enthalten alle diese  Bits den Wert  "1"     1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 Wertigkeit Bit 15 Bit 14 Bit 13 Bit 12 Bit 11 Bit 10 Bit 9 Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Vorzeichen Bits Also werden alle diese Bits abgefragt ob sie alle eine "1" enthalten um den Temperaturwert dann eine Minus oder Pus Zeichen voran zu stellen. Bit10 = Sensorwert.10 Bit11 = Sensorwert.11 Bit12 = Sensorwert.12 Bit13 = Sensorwert.13 Bit14 = Sensorwert.14 Bit15 = Sensorwert.15 If Bit10 = 1 And Bit11 = 1 And Bit12 = 1 And Bit13 = 1 And Bit14 = 1 And Bit15 = 1 Then Minus = "-" Else Minus = "+"