CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ
2.3. Cảm biến nhiệt độ
2.3.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến DS18B20 2.3.1.1. Chuẩn giao tiếp một dây [16]
Trong chuẩn giao tiếp 1 wire chỉ cần 1 dây để truyền tín hiệu và làm nguồn nuôi. Đây là chuẩn giao tiếp không đồng bộ và bán song công (half-duplex). Trong giao tiếp này tuân theo mối liên hệ chủ tớ một cách chặt chẽ. Trên một bus có thể gắn 1 hoặc nhiều thiết bị slave (tớ). Nhƣng chỉ có một master (chủ) có thể kết nối đến bus này.
Bus dữ liệu khi ở trạng thái rãnh (khi không có dữ liệu trên đường truyền) phải ở mức cao do vậy bus dữ liệu phải đƣợc kéo lên nguồn thông qua một điện trở.
Giá trị điện trở này có thể tham khảo trong datasheet của thiết bị / các thiết bị slave.
Hình 31: Bộ ghép nối nhiều cảm biến DS18B20
Các thiết bị tớ (slave) kết nối với cùng một bus đƣợc phân biệt với nhau nhờ 64 bit địa chỉ duy nhất (64-bit serial number). 8 byte (64 bit) này và đƣợc chia làm ba phần chính.
28
Bắt đầu với LSB, là byte đầu tiên là mã họ thiết bị có độ lớn 8 bit (8-bit family codes) xác định kiểu thiết bị. 6 byte tiếp theo lưu trữ địa chỉ riêng của thiết bị. Byte cuối cùng (MSB) là byte kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu cyclic redundancy check (CRC) có giá trị tương ứng với giá trị của 7 byte đầu tiên. Nhờ byte CRC giúp cho master xác định có địa chỉ đƣợc đọc có bị lỗi hay không. Với 224địa chỉ khác nhau tạo ra một số lƣợng rất lớn các địa chỉ. Do vậy, vấn đề về địa chỉ không phải là vấn đề chính trong chuẩn giao tiếp này.
2.3.1.2. Nguyên lý hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây
Tín hiệu trên bus 1 wire chia thành các khe thời gian 60s. 1 bit dữ liệu đƣợc truyền trên bus dựa trên khe thời gian (time slots). Các thiết bị slave cho phép có thời gian nền có một sự khác biệt. Tuy nhiên đối với thiết bị master cần có bộ định thời với độ chính xác cao, để đảm bảo giao tiếp đúng với các thiết bị salve có thời gian nền khác biệt. Do đó các hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây phải tuân theo giới hạn thời gian trong các phần sau đây.
Dạng sóng của chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire waveforms):
Hình 32: Nguyên lý hoạt động của chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire)
Bốn thao tác hoạt động cơ bản của bus 1 wire là Reset/Presence, gửi bit 1, gửi bit 0, và đọc bit .Thao tác byte nhƣ gửi byte và đọc byte dựa trên thao tác từng bít.
29 Gửi bit 1 (“Write 1” signal)
Thiết bị master kéo bus xuống mức thấp trong khoảng 1 đến 15s. Sau đó nhả bus (releases the bus) cho đến hết phần còn lại của khe thời gian.
Gửi bit 0 ("Write 0" signal)
Kộo bus xuống mức thấp trong ớt nhất 60às, với chiều dài tối đa là 120 às.
Trong đó, giữa các lần gửi bit (0 hoặc 1), phải có khoảng thời gian phục hồi bus (recovery time) tối thiểu 1 às
Đọc bit (“Read” signal)
Thiết bị master kộo bus xuống mức thấp từ 0 -15às. Khi đú thiết bị tớ khi đú sẽ giữ bus ở mức thấp nếu muốn gửi bit 0, Nếu muốn gửi bit 1 đơn giản là nhả bus.
Bus nờn lấy mẫu 15 às sau khi bus kộo xuống mức thấp.
Thiết lập lại/Báo hiện diện ("Reset/Presence")
Tín hiệu reset và Presence (Báo hiện diện) đƣợc trình bày nhƣ hình 32. Thiết bị master kộo bus xuống thấp ớt nhất 8 khe thời gian (tức là 480 às) và sau đú nhả bus. Khoảng thời gian bus ở mức thấp đó gọi là tín hiệu reset.
Nếu có thiết bị slave gắn trên bus nó sẽ trả lời bằng tín hiệu Presence tức là thiết bị tớ sẽ kộo bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian 60às.
Nếu không có tín hiệu Presence, thiết bị master sẽ hiểu rằng không có thiết bị slave nào trên bus, và các giao tiếp tiếp theo sẽ không thể diễn ra.
30
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đo nhiệt độ dựa trên nguyên tắc giao tiếp một dây của cảm biến nhiệt DS18B20.