本文提供18B20数字温度传感器在Arduino和树莓派平台的应用全流程。涵盖硬件连接原理、核心代码解析及调试技巧，帮助开发者快速实现高精度温度监测系统搭建。
一、 认识18B20传感器及其工作原理
DS18B20是一款广泛应用的数字温度传感器，采用独特的单总线协议(1-Wire)进行通信。其核心优势在于直接将模拟温度信号转换为数字量输出，显著减少外部电路干扰。
传感器内部包含温度传感元件和高精度Σ-Δ模数转换器，分辨率可达0.0625℃。独特的64位ROM编码支持多设备并联，单总线可挂载多个传感器实现组网监测。
关键技术特性
- 测温范围：-55℃至+125℃
- 典型精度：±0.5℃（-10℃至+85℃范围）(来源：芯片手册)
- 供电方式：支持3V-5.5V宽电压
- 输出接口：单线数字信号
二、 硬件连接与电路设计要点
正确连接电路是项目成功的基础。需特别注意上拉电阻和电源滤波设计。
Arduino连接方案
| 引脚 | Arduino连接点 | 备注 |
|---|---|---|
| VDD (红) | 5V/VCC | 电源正极 |
| GND (黑) | GND | 电源负极 |
| DQ (黄/蓝) | 数字引脚(如D2) | 需接4.7kΩ上拉电阻至VCC |
滤波电容（如0.1uF陶瓷电容）应就近并联在传感器VDD与GND引脚间，用于滤除电源噪声，提升信号稳定性。
树莓派连接方案
引脚 树莓派GPIO 备注
VDD (红) 3.3V (Pin 1) 严禁接5V防止损坏 GND (黑) GND (Pin 6/9) 接地引脚 DQ (黄/蓝) GPIO4 (Pin 7) 需接4.7kΩ上拉电阻至3.3V 树莓派GPIO工作电压为3.3V，直接连接5V设备可能损坏主板。使用电平转换模块或选择3.3V兼容传感器版本更安全。
三、 软件配置与代码实战
核心在于正确实现单总线协议通信和温度数据解析。
Arduino开发示例
-
安装OneWire和DallasTemperature库
-
初始化总线并设置传感器分辨率
#include
#include
#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void setup() {
Serial.begin(9600);
sensors.begin();
sensors.setResolution(12); // 设置12位分辨率
}
- 循环读取并输出温度
void loop() {
sensors.requestTemperatures();
float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(tempC);
Serial.println("°C");
delay(1000);
}
树莓派Python实现
- 启用1-Wire接口：
sudo raspi-config> Interface Options > I2C/1-Wire - 安装必要库：
sudo pip install w1thermsensor - 基础读取代码：
from w1thermsensor import W1ThermSensor
sensor = W1ThermSensor()
while True:
temperature = sensor.get_temperature()
print(f"当前温度: {temperature:.2f}°C")
time.sleep(1)
四、 常见问题与优化建议
项目实施中可能遇到以下典型问题：
* 读取值为85℃/-127℃：检查接线是否松动，确认上拉电阻已正确连接。总线过长可能导致信号衰减。
* 多传感器识别冲突：通过遍历ROM编码逐个读取设备，确保地址唯一性。
* 数据更新延迟：高分辨率模式（如12位）转换时间约750ms，根据需求调整sensors.setResolution()参数。
工业场景中，建议为传感器增加防水套管或金属护壳，并在长距离布线时使用屏蔽双绞线。复杂电磁环境可考虑增加磁珠滤波器。
