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Sensoren für Temperatur und Feuchte mit 1-Wire®-Bus-Schnittstelle

Der 1-Wire-Bus ist eine serielle Schnittstelle der Firma Analog Devices, über die Messwerte zwischen einem Master (Steuerung) und einem oder mehreren Temperaturfühlern über eine gemeinsame Datenleitung übertragen werden. Die Besonderheit besteht darin, dass sowohl die Stromversorgung als auch die Datenkommunikation über diese einzige Leitung erfolgen.

sika digital communication 1 wire bus

Fairerweise muss an dieser Stelle erwähnt werden, dass für die Signalübertragung tatsächlich nicht nur eine Leitung, also 1-Wire, ausreicht. Es wird immer mindestens eine Masse-Verbindung (GND) benötigt. Das bedeutet, dass eine Leitung für das Signal und die Spannungsversorgung (DQ/VDD) sowie eine Leitung für die Masse-Verbindung (GND) vorhanden sein müssen.

Im sogenannten parasitären Betrieb wird der Temperatursensor über die Datenleitung DQ mit Betriebsspannung versorgt. Alternativ hierzu ist auch ein Betrieb mit 3-Leitungen möglich, bei dem Betriebsspannung und Datenleitung voneinander getrennt sind. Ein Vorteil dieses Betriebs ist eine geringere Störempfindlichkeit, die längere Leitungslängen ermöglicht.

Ein 1-Wire-Bus-Netzwerk besteht aus einem Master (Steuerung) und bis zu 100 Temperaturfühlern. Mit dem parasitären Betrieb sind Leitungslängen von bis zu 100 m und mit dem 3-Leiter-Betrieb sogar bis zu 300 m möglich. Die Temperatursensoren werden durch eine eindeutige Seriennummer identifiziert und adressiert, die ab Werk fest programmiert ist.

Temperaturfühler mit integrierter 1-Wire-Bus-Schnittstelle

Ein Temperatursensor mit integrierter 1-Wire-Bus-Schnittstelle bietet gegenüber einem klassischen Temperaturfühler eine Reihe von Vorteilen:

  1. Durch die Bustopologie sind alle Fühler an einer Leitung angeschlossen, was zu einem deutlich geringeren Verkabelungsaufwand und Platzbedarf führt.
  2. Die Zuordnung ist einfach, da jeder Temperatursensor ab Werk eine eindeutige Seriennummer hat. Zur leichteren Identifizierung der Temperaturfühler druckt SIKA die Seriennummer im Klartext auf den Temperatursensor.
  3. Es gibt keine Messwertverfälschungen durch lange Leitungslängen und Störungen, da die Messwertübertragung digital erfolgt.
  4. Die Integration ist vergleichsweise einfach und kostengünstig, da bis auf den benötigten 1-Wire-Bus-Master weitestgehend keine weitere Hardware benötigt wird.

Beispiele für SIKA Temperaturfühler mit integrierter 1-Wire-Bus-Schnittstelle sind die Typen WGF und WBA, die unter anderem erfolgreich in Schienenfahrzeugen zur Lufttemperaturmessung in Lüftungskanälen und zur Oberflächentemperaturmessung von Bodenheizungselementen eingesetzt werden.

Multisensor für Temperatur und Feuchte

Besonders interessant ist die Kombination mehrerer Messparameter. SIKA bietet mit dem Multisensor Typ WHS einen kombinierten Temperatur- und Feuchtefühler mit 1-Wire-Schnittstelle an, der neben der Temperatur auch die relative Luftfeuchte misst und digital überträgt. Dadurch entsteht nicht nur ein geringerer Verkabelungsaufwand, sondern es wird auch eine zusätzliche Messstelle eingespart, was sowohl technisch als auch in Bezug auf die Kosten einige Vorteile bietet.

Das Plus an Schutz und Zuverlässigkeit

Die SIKA 1-Wire-Bus-Produkte haben zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen und Spannungsspitzen immer eine zusätzliche Schutzbeschaltung integriert. Diese Schutzbeschaltung ermöglicht einen störungsfreien Betrieb auch bei Einwirkung von Störfeldern oder durch andere elektrische oder elektronische Geräte und Einrichtungen verursachten Störungen über die Leitung.

Um auch unter extremen Umwelteinflüssen einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, wurden die Temperatursensoren nach DIN EN 50155 typgeprüft. Diese Norm beschreibt die Anforderungen an die elektrische Ausrüstung in Schienenfahrzeugen und umfasst Testvorgaben zur Spannungsversorgung, EMV, Temperatur, Feuchtigkeit, Schock und Vibrationsbeständigkeit.

Der Prozessanschluss der Temperaturfühler WGF und WBA besteht zusätzlich aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, der über sehr gute Isolationseigenschaften verfügt. Dadurch wird die Wärmeableitung über den Temperatursensor deutlich reduziert und der Wärmeableitfehler erheblich verringert.