Несколько DS18B20 на одном проводе

Мой погреб, инкубатор и уличный термометр жили на трёх разных пинах Arduino — по одному DS18B20 на пин, и всё было хорошо, пока я не захотел четвёртую точку и не обнаружил, что пины кончились, а расширять плату ради пары градусов как-то неловко. Между тем весь этот зоопарк можно посадить на один провод: 1-Wire для того и придуман. Я пересобрал всё на пин 2 — и наступил во вторые грабли: привязал к индексам «датчик 0 — улица, датчик 1 — погреб», а через неделю перекинул контакты на макетке, индексы перемешались, и термореле неделю грело улицу вместо погреба. Показания были настоящие, просто ярлыки повисли в воздухе.

В этом уроке повесим несколько DS18B20 на одну линию, узнаем адрес каждого и построим опрос так, чтобы после любой перестановки проводов «улица» оставалась улицей. Заодно поговорим о физике длинных шин — там, где один датчик прощает почти всё, три уже требуют планировки. А если вы ещё не держали в руках одиночного DS18B20 — начните с предыдущего урока про подключение и подтяжку: без неё шина молчит даже с одним датчиком.

Каждый DS18B20 несёт уникальный 64-битный адрес, зашитый на заводе: первый байт — семейный код 0x28 (визитная карточка семейства термометров Dallas), следующие шесть — серийный номер, последний — контрольная сумма CRC. Двух одинаковых адресов не бывает, поэтому шина и работает: контроллер называет адрес — откликается ровно один датчик. Сколько их там, десять или двадцать, линии всё равно: у шины I2C та же идея, только там адреса вы выставляете ножками, а здесь они уже вшиты в кремний.

Адреса нужно сначала узнать. Помогает короткий скетч-адресоскан: библиотека OneWire умеет перебирать устройства на шине командой search() и выдавать их адреса по очереди. Запускаете с одним подключённым датчиком — записываете восемь байт, подключаете следующий — и так, пока не соберёте весь список. Я вешаю на каждый зонд бумажную бирку с его адресом, и через полгода это выглядит как избыточная педантичность ровно до первой перестановки макетки.

Сколько датчиков — это много? Теоретический потолок шины — десятки устройств: адресов хватает, а ток каждый датчик берёт микроамперный. Практический предел ставит ёмкость кабеля и качество скруток: для бытовых задач — аквариум, погреб, улица, теплица — четыре-шесть точек на одном пине чувствуют себя свободно, конверсия у всех идёт параллельно, и задержка шины от их числа не растёт. Цена у простоты одна: каждому зонду нужны свои провода питания, и на длинной трассе три жилы вместо двух — лишний моток кабеля, честная плата за стабильность.

Библиотека DallasTemperature предлагает два пути. Первый — по индексам: getTempCByIndex(0), getTempCByIndex(1) и далее; быстро начать, ничего не записывать. Второй — по адресам: getTempCByAddress(addr) с восемью байтами, выловленными адресосканом. Разница не в коде, а в обещаниях. Порядок индексов — это порядок обнаружения устройств, и библиотека его не гарантирует: он может измениться после пересборки схемы, замены датчика, а иногда и просто между включениями. Усугубляет всё то, что два зонда из одной партии не отличаются ни внешне, ни показаниями в одной комнате — перепутаешь и не заметишь. История из начала урока — прямое следствие: индекс честно вернул температуру, просто это была температура не того места.

Адрес не зависит ни от порядка, ни от перестановок: байт 0x28, серийник, CRC — паспорт конкретного куска кремния. Мой вывод после той недели с грющей погребом: индексы годятся для эксперимента на столе, для всего, что работает дольше вечера, — только адреса. Компромисс для ленивых: один раз в setup() скормить библиотеке адреса методом getAddress() и дальше жить спокойно.

Практический пример, где адреса окупаются мгновенно: термостат с гистерезисом из урока про термореле. Его пороговую логику можно повесить на конкретный адрес погреба — и никакая перестановка проводов её не сдвинет. А показания всех точек шины удобно сводить в таблицу в мониторе порта — как строить такие таблицы, мы разбирали на данных Serial.

Конверсия при этом устроена выгодно: requestTemperatures() шлёт команду «меряй!» всем датчикам разом — broadcast по шине, без перечисления. Потом вы неспешно читаете каждого по его адресу. Именно поэтому таймер на всю шину остаётся тем же: 750 миллисекунд на 12 битах независимо от того, один на линии датчик или шесть. Читаете вы их по очереди, в кооперативном цикле без delay — и шина не станет узким местом.

Физика длинной линии — вторая часть взрослой жизни 1-Wire. Подтяжка ставится одна на всю шину, а не на каждый датчик: резистор 4,7 кОм между DATA и 5 В в одной точке у контроллера. До пары метров обычные макетные провода живут беззаботно. Дальше начинаются наводки и отражения: провода скручивают в витую пару (данные с землёй), подтяжку пробуют ужимать до 2,2 кОм, а то и ставят резистор порядка 100 Ом последовательно в линию данных у каждого датчика — он гасит звон и делает фронты честнее. Мы разбирали, откуда берутся эти помехи, в уроке про наводки на датчиках. Мнение с границей: до пяти-шести датчиков и десятка метров 1-Wire — приятная прогулка; если хочется больше — это уже проект с планом трассы, а не «прикручу по ходу».

Симулятор в этой паре честен до упрямства: он держит один датчик, и оба адреса в скетче ниже читают одну и ту же микросхему — значения в мониторе совпадут с точностью до шума. Множественность видно только на живой плате, зато структуру кода — конверсия всем разом, чтение по адресам — можно отработать прямо в браузере, и она в точности переносится на реальное железо.

Есть у сима с одним датчиком и своя польза: он отлично отлаживает саму логику опроса. Если скетч печатает n=, потом оба адреса и не падает — половина работы сделана. На живой плате вам останется только подставить свои адреса и убедиться, что значения по ним разъехались: инкубатор теплее улицы на двадцать градусов, и перепутать их станет невозможно.