【Arduino進階教學】DS18B20 溫度感測器實作：1-Wire 原理、接線與程式碼範例

【Arduino進階教學】DS18B20 溫度感測器實作：1-Wire 協定原理、接線圖與程式碼解析

2026-09-04
發佈由管理員

在物聯網（IoT）與智慧農業專案中，「溫度監測」是最常見的應用之一。相比常見的 DHT11 溫濕度感測器，DS18B20 數位溫度感測器 具備更高的量測精準度與極佳的抗干擾能力。

本篇文章將帶你了解 DS18B20 的運作原理，並手把手教你如何使用 Arduino 搭配 1-Wire 協定進行環境溫度讀取！

什麼是 DS18B20 溫度感測器？

DS18B20 是由 Maxim（原 Dallas Semiconductor）生產的數位溫度感測元件。其最大的特色是採用專利的 1-Wire（單線）匯流排協定，僅需一根資料訊號線即可完成微控制器（如 Arduino）與感測器之間的雙向資料傳輸。

DS18B20 的核心優勢與規格特點：

量測範圍廣： 可測量 -55°C 至 +125°C，在 -10°C 至 +85°C 範圍內精度高達 $\pm 0.5^\circ\text{C}$ 。
接線簡潔： 僅需 3 根引腳（電源 VCC、資料 DQ、接地 GND）。
獨一無二的 64 位元 ROM 序號： 每顆 DS18B20 出廠時皆燒錄唯一序號，允許在同一條資料線上串接多顆感測器（多點測溫）而不會互相衝突。
解析度可調： 支援 9 到 12 位元的數位轉換解析度。

1-Wire（單線匯流排）運作原理

1-Wire 是一種主從式（Master/Slave）架構的雙向通訊協定：

時脈與資料合一： 僅用單一訊號線同時傳輸時脈（Clock）與資料（Data）。
外接上拉電阻（Pull-up Resistor）： 由於 1-Wire 匯流排為開漏極（Open-drain）結構，必須在 DQ 資料線與 5V 電源之間外接一個 4.7kΩ 的上拉電阻，以確保匯流排在空閒時維持高電位，並維持訊號傳輸的穩定性。

實驗所需硬體材料

進行本實作前，請先準備以下電子零件：

Arduino Uno R3 開發板 x 1
USB 數據傳輸線 x 1
DS18B20 溫度感測器（TO-92 封裝或防水探頭型） x 1
4.7kΩ 直插色碼電阻 x 1
麵包板與杜邦跳線若干

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硬體電路接線說明

DS18B20（TO-92 封裝）正面朝向自己時，引腳由左至右分別為：1-GND、2-DQ、3-VDD。

DS18B20 引腳	Arduino Uno 接線位置	備註說明
GND (Pin 1)	GND 引腳	接地
DQ (Pin 2)	Digital Pin 2	資料線（需並聯 4.7kΩ 電阻至 5V）
VDD (Pin 3)	5V 或 3.3V 引腳	工作電源

注意： 請務必將 4.7kΩ 電阻 跨接於 DQ (Pin 2) 與 VDD (Pin 3) 之間，否則 Arduino 將無法正確讀取感測器資料。

Arduino IDE 程式庫安裝步驟

使用 DS18B20 需要安裝兩個標準程式庫：OneWire 與 DallasTemperature。

步驟 1：安裝 OneWire 程式庫

開啟 Arduino IDE，點選上方選單 草稿碼 (Sketch) $\rightarrow$ 匯入程式庫 (Include Library) $\rightarrow$ 管理程式庫 (Manage Libraries…)。
搜尋關鍵字 OneWire，找到由 Paul Stoffregen 維護的版本並點擊安裝。
或者可以直接從GitHub下載OneWire程式庫https://github.com/PaulStoffregen/OneWire

步驟 2：安裝 DallasTemperature 程式庫

在相同的程式庫管理員中，搜尋關鍵字 DallasTemperature。
找到由 Miles Burton 開發的 DallasTemperature 程式庫並點擊安裝。

完整 Arduino 程式碼範例

本程式適用於單一 DS18B20 感測器的環境溫度讀取：

#include <OneWire.h> 
#include <DallasTemperature.h> 

// 定義 DS18B20 資料線連接至 Arduino 的腳位
#define DQ_PIN 2

// 建立 OneWire 實體以傳輸資料
OneWire oneWire(DQ_PIN);

// 將 OneWire 傳遞給 DallasTemperature 函式庫處理
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup(void) {
  // 初始化序列埠通訊，鮑率設定為 9600
  Serial.begin(9600);
  
  // 初始化 DS18B20 感測器
  sensors.begin();
  Serial.println("DS18B20 溫度感測器初始化完成！");
}

void loop(void) {
  // 向匯流排上的 DS18B20 發送溫度轉換請求
  sensors.requestTemperatures(); 
  
  // 取得第 0 個感測器的攝氏溫度值
  float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);

  // 檢查是否讀取成功
  if(tempC != DEVICE_DISCONNECTED_C) {
    Serial.print("目前環境溫度: ");
    Serial.print(tempC);
    Serial.println(" °C");
  } else {
    Serial.println("錯誤：無法讀取 DS18B20 感測器，請檢查接線！");
  }

  // 每 2 秒讀取一次溫度
  delay(2000);
}

程式碼重點剖析

#include <DallasTemperature.h>：包含高階的 DS18B20 控制函式庫，大幅簡化底層 1-Wire 通訊流程。
sensors.requestTemperatures()：向匯流排上的所有感測器發送命令，開始進行 AD 採樣與溫度轉換。
sensors.getTempCByIndex(0)：獲取匯流排上第 0 個（索引值從 0 開始）DS18B20 的攝氏溫度。

成果驗證與測試

上傳程式至 Arduino 開發板。
開啟 序列埠監控視窗（Serial Monitor），並將鮑率設定為 9600 baud。
視窗每隔 2 秒即會輸出當前攝氏溫度值。
測試方法： 可以用手捏住 DS18B20 或使用吹風機稍微加熱，即可觀察到序列埠視窗中的溫度數據持續上升。

常見問題與除錯（FAQ）

Q1：為什麼序列埠一直顯示 `-127.00 °C`？

-127.00 °C 是 DallasTemperature 函式庫的錯誤代碼，代表 微控制器無法與感測器建立通訊。請檢查：

DQ 資料線是否漏接 4.7kΩ 上拉電阻。
DS18B20 的 VCC、GND 引腳是否接反。
腳位設定（#define DQ_PIN）是否與實際電路一致。

Q2：如何在同一條線（同一腳位）上連接多個 DS18B20？

由於每個 DS18B20 都有獨一無二的 64 位元硬體位址，你可以將多個 DS18B20 的 VCC、GND、DQ 全部並聯至相同的 Arduino 引腳（只需共享一個 4.7kΩ 上拉電阻）。在程式中透過 sensors.getTempCByIndex(1)、sensors.getTempCByIndex(2) 即可分別獲取不同感測器的溫度數據。

【Arduino進階教學】DS18B20 溫度感測器實作：1-Wire 協定原理、接線圖與程式碼解析