حساس حرارة تضعه في الماء أو التربة أو أنبوب أو خزان تخمير أو مجمّدة، على بعد ثلاثة أمتار من لوحتك، وتقرأه عبر سلك واحد.

والحساس DS18B20 رقمي، وهذا هو المقصود كله. فالحساسات التناظرية تفقد دقتها عبر الكابلات الطويلة — إذ تضعف الإشارة ويدخلها الضجيج وتنحرف القراءة. أما هذا فيجري التحويل داخل مجس الفولاذ المقاوم للصدأ ويرسل رقماً رقمياً عبر الكابل. فعند ثلاثة أمتار أو ثلاثين، القراءة نفسها.

ويقع عنصر الاستشعار داخل أنبوب فولاذي محكم بقطر ٦ ملم وطول ٣٠ ملم، مع مدخل كابل مغلّف ومغطى بأنبوب حراري. وهو مصنّف من -٥٥ إلى +١٢٥ درجة مئوية بدقة ±٠٫٥ درجة في المدى الذي ستستخدمه فعلاً، وبتمييز من ٩ إلى ١٢ بت.

ولأن كل حساس DS18B20 يحمل معرّفاً فريداً بـ ٦٤ بت محروقاً فيه في المصنع، تستطيع تعليق اثني عشر منها على السلكين نفسيهما وقراءة كل واحد على حدة. منفذ واحد وعدة حساسات في أي موضع على طول الكابل.

المواصفات

الحساس                 : Maxim DS18B20
النوع                  : حساس حرارة رقمي بناقل سلك واحد
المجس                  : فولاذ مقاوم للصدأ، قطر ٦ ملم وطول ٣٠ ملم
طول الكابل             : ٣ أمتار (ويُباع أيضاً بـ ١ و٢ متر - تحقق قبل الطلب)
تفاوت الطول            : نحو ±٣٪
مدى القياس             : من -٥٥ إلى +١٢٥ درجة مئوية
الدقة                  : ±٠٫٥ درجة من -١٠ إلى +٨٥ درجة مئوية
التمييز                : من ٩ إلى ١٢ بت قابل للاختيار
زمن التحويل            : أقل من ٧٥٠ مللي ثانية عند ١٢ بت
جهد التغذية            : من ٣٫٠ إلى ٥٫٥ فولت
الواجهة                : ناقل سلك واحد، بمنفذ رقمي واحد
معرّف الجهاز            : رقم تسلسلي فريد بـ ٦٤ بت مبرمج في المصنع
التعدد                 : عدة حساسات على منفذ بيانات واحد
وظيفة الإنذار           : حدود حرارة عليا ودنيا قابلة للبرمجة
الإحكام                : مدخل كابل مغلّف وأنبوب حراري لكل موصّل،
                        مقاوم للماء والرطوبة

ألوان الأسلاك           : الأحمر  = التغذية
                        الأصفر أو الأبيض = البيانات
                        الأسود  = الأرضي

مطلوب خارجياً           : مقاومة سحب ٤٫٧ كيلو أوم بين البيانات والتغذية

أهم المزايا

• مجس فولاذي محكم تماماً — اغمره أو ادفنه أو ثبّته على أنبوب. فالأنبوب يقاوم الصدأ ومدخل الكابل محكم بمادة تغليف.

• خرج رقمي — بلا فقد للإشارة عبر المسافة ولا ضجيج تناظري ولا منحنى معايرة تلائمه. فالرقم الذي تقرأه هو درجة الحرارة.

• منفذ واحد وعدة حساسات — فلكل مجس عنوان فريد بـ ٦٤ بت، فيتقاسم اثنا عشر منها منفذاً واحداً. وهذه أفضل ميزة في هذا الحساس ولا يستخدمها معظم الناس.

• مدى واسع — من -٥٥ إلى +١٢٥ درجة يغطي المجمّدات والمراجل وحجرات المحركات وكل ما بينها.

• تمييز قابل للاختيار — ٩ بتات للقراءات السريعة و١٢ بت لخطوات ٠٫٠٦٢٥ درجة. فتوازن بين السرعة والدقة برمجياً.

• إنذارات قابلة للبرمجة — اضبط الحدود العليا والدنيا في الحساس نفسه وابحث في الناقل عن الأجهزة في حالة إنذار.

• يعمل بـ ٣٫٣ أو ٥ فولت — متوافق مباشرة مع أردوينو و ESP32 وراسبيري باي دون محوّل مستوى.

• دعم برمجي هائل — فهو أكثر حساسات الحرارة دعماً في إلكترونيات الهواة والصناعة. والمكتبات موجودة لكل منصة، ونواة لينكس تدعمه أصلاً.

الاستخدامات

• حرارة خزانات المياه والأحواض

• أحواض السمك وتربية الأسماك

• حرارة التربة للزراعة والبيوت المحمية

• مراقبة سخانات المياه الشمسية

• أنظمة التكييف وحرارة المجاري

• مراقبة التخزين البارد والتبريد

• الحاضنات

• التخمير ومعالجة الأغذية

• مراقبة المراجل وأنظمة التدفئة

• حرارة المحركات والمكائن

• مراقبة غرف الخوادم والمعدات

• محطات الطقس

• حرارة منصة وحجرة الطابعات ثلاثية الأبعاد

• سخانات المياه وأنظمة السباكة

تحتاج مقاومة ٤٫٧ كيلو أوم — وهذا ليس اختيارياً

تفشل مشاريع هذا الحساس بسبب هذه النقطة أكثر من أي سبب آخر، فتأتي قرب البداية.

يحتاج ناقل السلك الواحد مقاومة سحب: ٤٫٧ كيلو أوم بين خط البيانات والتغذية. ولا يتضمنها الحساس ولن يعمل بدونها.

التغذية (أحمر) ──┬──── ٣٫٣ أو ٥ فولت
                 │
              ٤٫٧ كيلو
                 │
البيانات (أصفر) ──┴──── المنفذ الرقمي

الأرضي (أسود)  ─────── الأرضي

والأعراض بدون المقاومة: قراءات بقيمة -١٢٧ درجة، أو قراءات ٨٥ درجة، أو "لم يُعثر على حساسات"، أو قيم شديدة الاضطراب. وكلها تبدو كحساس تالف وغالباً ليست كذلك.

وملاحظتان مفيدتان:

• مقاومة واحدة لكل ناقل لا لكل حساس. فعشرة حساسات على منفذ واحد تحتاج مقاومة واحدة فقط.

• وعلى الكابلات الطويلة تساعد قيمة أقل أحياناً. فعلى امتدادات تتجاوز نحو ١٠ أمتار، جرّب ٢٫٢ أو ٣٫٣ كيلو أوم إن أصبحت القراءات غير موثوقة. أما كابل الثلاثة أمتار هنا فيعمل جيداً بـ ٤٫٧ كيلو.

وبعض الوحدات المباعة كـ"ألواح DS18B20" تحتوي المقاومة مركّبة. أما هذا المجس المجرد فلا — فهو ثلاثة أسلاك وأنبوب فولاذي.

الميزة التي يغفلها معظم الناس: عدة حساسات على منفذ واحد

لكل حساس DS18B20 عنوان فريد بـ ٦٤ بت محروق أثناء التصنيع. وهذا يعني أنك تستطيع توصيل عدة مجسات بمنفذ البيانات نفسه ومخاطبة كل منها على حدة.

وما يتيحه ذلك:

• حرارة خزان ماء على ثلاثة أعماق بمنفذ واحد

• حرارة الدخول والخروج في سخان شمسي بمنفذ واحد

• عدة مناطق في غرفة تبريد بمنفذ واحد

• حرارة التربة في عدة مواضع في بيت محمي

وكيف تفعل ذلك: وصّل كل المجسات على التوازي — كل الأحمر معاً وكل الأسود معاً وكل الأصفر معاً — بمقاومة سحب ٤٫٧ كيلو واحدة للناقل كله. ثم شغّل فحص العناوين في المكتبة لسرد المعرّفات الموجودة، وسجّل أي معرّف يخص أي مجس فيزيائي، واقرأها بالعنوان في كودك.

والحد العملي: تسمح مواصفة الناقل بأجهزة كثيرة، لكن طول الكابل وسعته وسحب الطاقة تحدد الحد الحقيقي. وحتى نحو ثمانية إلى عشرة مجسات على بضعة أمتار من الكابل مريح. وما بعد ذلك، أو على الامتدادات الطويلة، قد تحتاج قيم سحب أقل أو شريحة سيّد مخصصة أو نواقل منفصلة.

الدقة: ماذا تعني ±٠٫٥ درجة فعلاً

تنطبق ±٠٫٥ درجة من -١٠ إلى +٨٥ درجة مئوية. وهذا هو النطاق المحدد، وهو يغطي كل استخدام عملي تقريباً.

وخارج ذلك النطاق تتدهور الدقة — فنحو -٥٥ و+١٢٥ درجة يكبر الخطأ حتى نحو ±٢ درجة عند الأطراف. والحساس يبقى يعمل ويبلّغ بشكل مفيد، لكن لا تتوقع دقة نصف درجة داخل مجمّدة عند -٤٠ أو على أنبوب حار عند ١١٠.

والتمييز ليس الدقة. فعند ١٢ بت يبلّغ الحساس بخطوات ٠٫٠٦٢٥ درجة. وهذا تمييز — أي مدى دقة تقسيمه. أما الدقة فـ ±٠٫٥ درجة. فقراءة ٢٤٫٣١٢٥ تعني أن الحرارة الحقيقية بين نحو ٢٣٫٨ و٢٤٫٨. فلا تعرض خانات عشرية أكثر مما تبرره الدقة.

وزمن الاستجابة يعتمد على ما تقيسه. فلمجس الفولاذ كتلة حرارية. وفي ماء مُحرّك يستجيب خلال ثوانٍ، وفي هواء ساكن يأخذ وقتاً أطول بكثير. ولقياس الهواء السريع، الحساس المجرد أفضل من المجس المغلّف.

مقاوم للماء — بحدود صريحة

جسم المجس محكم فعلاً — أنبوب فولاذي ومادة تغليف عند مدخل الكابل وأنبوب حراري على كل موصّل بالداخل. وهو يتحمل الغمر في الماء والدفن في التربة والبيئات الرطبة.

وثلاثة حدود تستحق المعرفة:

طرف الكابل غير محكم. فالأسلاك الثلاثة المكشوفة في الطرف البعيد يجب أن تبقى جافة أو تُنهى في علبة وصل أو غلاف. فانتقال الماء على طول الكابل إلى وصلة عطل شائع ويمكن تجنبه.

وغير مصنّف للضغط. فالغمر السطحي مقبول، أما المياه العميقة أو الأنابيب المضغوطة أو أوعية الضغط فخارج ما يتحمله التغليف.

والمواد الكيميائية والماء المالح علامة استفهام. فالفولاذ المقاوم للصدأ يقاوم الصدأ لكنه ليس محصناً — ودرجة الفولاذ المستخدمة في هذه المجسات غير محددة وتختلف. فللماء المالح أو المسابح المكلورة أو خزانات المواد الكيميائية، توقع عمراً محدوداً وخطط لاستبدال المجس دورياً. أما للماء العذب والتربة والأغذية فهو مناسب.

وللتركيب في أنبوب أو خزان: ركّب المجس في جيب حراري أو وصلة ملولبة بدل الاعتماد على إحكام المجس نفسه لحجز الضغط. ويبيع كثير من المورّدين جيوباً حرارية مقاسة لمجس ٦ ملم.

التوصيل والألوان

الأحمر            التغذية   ٣٫٣ أو ٥ فولت
الأصفر أو الأبيض   البيانات  إلى منفذ رقمي مع مقاومة السحب
الأسود            الأرضي    الأرضي

تحقق من ألوان مجسك قبل التوصيل. فالقياسي أحمر وأصفر وأسود، لكن بعض المجسات تستخدم الأبيض بدل الأصفر للبيانات، وبعض المجسات الرخيصة تستخدم ألواناً مختلفة تماماً أو يكون الأحمر والأسود معكوسين فيها.

وإن لم تكن واثقاً: مع فصل المجس عن كل شيء، قس المقاومة بين الأسلاك. أو وصّل التغذية والأرضي أولاً وتأكد ألا شيء يسخن، ثم أضف خط البيانات. فعكس التغذية قد يتلف الحساس فوراً.

البدء بالاستخدام

أردوينو و ESP32: ثبّت مكتبتي OneWire وDallasTemperature. وأمثلة المكتبة تقرأ حساساً في أسطر قليلة وتتضمن مثالاً لفحص العناوين للتركيبات متعددة الحساسات.

راسبيري باي: دعم ناقل السلك الواحد مدمج في نواة لينكس. فعّله من raspi-config تحت خيارات الواجهات، وتظهر الحساسات كملفات تحت /sys/bus/w1/devices/. اقرأ الملف دون حاجة لمكتبة.

أنظمة التحكم المنزلي: تدعم منصة dallas في ESPHome هذا الحساس أصلاً. عرّف المنفذ وافحص العناوين فتظهر الحساسات دون كتابة كود.

مايكروبايثون: وحدتا onewire وds18x20 مضمّنتان في البناءات القياسية.

ملاحظات عملية للظروف العراقية

• الحد الأعلى ١٢٥ درجة يغطي معظم الأشياء — مخارج السخانات الشمسية وأنابيب المراجل وسائل تبريد المحركات. ولا يغطي عوادم المحركات أو داخل الأفران.

• وسخانات المياه الشمسية تطبيق بديهي. فمجسان على الدخول والخروج بمنفذ واحد يعطيانك الأداء الفعلي لنظام بدل التخمين.

• ومراقبة التخزين البارد حاجة تجارية حقيقية، وهذا مع متحكم يكلّف جزءاً بسيطاً من كلفة مسجّل تجاري.

• أبعد الكابل عن أسلاك الشبكة والمحركات. فناقل السلك الواحد متين نسبياً لكنه ليس محصناً من ضجيج يستحثه كونتاكتور أو مغيّر تردد قريب.

• وللتركيب الخارجي الدائم، احمِ الكابل من الأشعة فوق البنفسجية والحرارة. فغلاف هذه المجسات يتدهور تحت الشمس المباشرة خلال صيفين عراقيين. مرّره في مجرى.

• والمجسات المدفونة في التربة تعمل جيداً لكن علّم موضعها — فالمجس المدفون المنسي يقطعه أول من يحمل مجرفة.