Arduino: делаем самостоятельно датчик температуры

Содержание

Arduino и цифровой датчик температуры DS18B20

DS18B20 – это цифровой датчик температуры. Датчик очень прост в использовании.

Во-первых, он цифровой, а во вторых – у него всего лишь один контакт, с которого мы получаем полезный сигнал. То есть, вы можете подключить к одному Arduino одновременно огромное количество этих сенсоров. Пинов будет более чем достаточно. Мало того, вы даже можете подключить несколько сенсоров к одному пину на Arduino! Но обо всем по порядку.

Arduino датчик температуры DS18B20

DS18B20 имеет различные форм-факторы. Так что выбор, какой именно использовать, остается за вами. Доступно три варианта: 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92. Серфинг по eBay или Aliexpress показывает, что китайцы предлагают версию TO-92 во влагозащищенном корпусе. То есть, вы можете смело окунать подобное чудо в воду, использовать под дождем и т.д. и т.п. Эти сенсоры изготавливаются с тремя выходными контактами (черный – GND, красный – Vdd и белый – Data).

Различные форм-факторы датчиков DS18B20 приведены на рисунке ниже.

Модель DS18B20 во влагозащищенном корпусе:

DS18B20 удобен в использовании. Запитать его можно через контакт data (в таком случае вы используете всего два контакта из трех для подключения!). Сенсор работает в диапазоне напряжений от 3.0 В до 5.5 В и измеряет температуру в диапазоне от -55°C до +125°C (от -67°F до +257°F) с точностью ±0.5°C (от -10°C до +85°C).

Еще одна крутая фича: вы можете подключить параллельно вплоть до 127 датчиков! и считывать показания температуры с каждого отдельно. Не совсем понятно, в каком проекте подобное может понадобится, но подключить два сенсора и контролировать температуру в холодильнике и морозильной камере можно. При этом вы оставите свободными кучу пинов на Arduino. В общем, фича приятная.

Что вам понадобится для контроля температуры с помощью Arduino и DS18B20

  • Естественно, вам необходима Arduino IDE;
  • Библиотека OneWire library, которая значительно облегчает работу с Arduino и датчиком DS18B20;
  • Скетч.

Скачать Arduino IDE можно с официального сайта Arduino.

Библиотеку OneWire Library можно скачать на OneWire Project Page (желательно скачивать последнюю версию библиотеки).

  • Как минимум один цифровой датчик температуры DS18B20;
  • Контроллер Arduino (в данном примере используется Arduino Uno);
  • 3 коннектора;
  • Монтажная плата (Breadboard);
  • USB кабель для подключения Arduino к персональному компьютеру.

Ссылки для заказа необходимого оборудования из Китая

USB кабель необходим для программирования нашего Arduino. После того, как вы “зальете” скетч на плату, можно подключать ее к отдельному источнику питания.

Подключение DS18B20 к Arduino

Датчик подключается элементарно.

Контакт GND с DS18B20 подключается к GND на Arduino.

Контакт Vdd с DS18B20 подключается к +5V на Arduino.

Контакт Data с DS18B20 подключается к любому цифровому пину на Arduino. В данном примере используется пин 2.

Единственное, что необходимо добавить из внешней дополнительной обвязки – это подтягивающий резистор на 4.7 КОм.

Схема подключения DS18B20 к Arduino показана ниже (в скетче, который будет приведен ниже, проверьте строки 10 и 65. В них указаны пины, к которым вы подключали контакт сигнала с датчика и режим питания!):

На рисунке ниже приведена фотография нашей простой схемы “в жизни”.

Паразитное и обычное питание

Есть альтернативный вариант подключения – так называемое “паразитное” подключение. В этом случае мы не будем подключать пин +5V к пину Vdd на датчике DS18B20. Вместо этого мы подключим контакт Vdd с датчика DS18B20 к GND. Преимущества такого подключения очевидны: нам понадобится всего два коннектора!

Недостатком такого подключения является ограничение количества одновременно подключаемых сенсоров. Кабели для подключения должны быть максимально короткими!

В общем, с “паразитным” подключением надо быть аккуратнее и лучше его все-таки не использовать. Результаты (значения температур) могут оказаться самыми неожиданными.

Скетч для Arduino и сенсора DS18B20

Установливаем библиотеку OneWire Library

После того как вы скачали архив с библиотекой, ее надо импортировать. Для этого в Arduino IDE выберите пункт “Sketch” – “Import Library” – “Add Library” и выберите архив, который вы скачали. Если у вас возникли проблемы, с установкой библиотеки, ознакомьтесь с инструкцией по установке библиотек в Arduino.

Загружаем скетч на Arduino

Скетч, который представлен ниже, есть в библиотеке OneWire, в категории examples. Перейдите в “File” – “Examples” – “OneWire” и выберите пример “DS18x20_Temperature”. Код программы представлен ниже.

Данный пример использует библиотеку OneWire Library, для того, чтобы собрать данные со всех подключенных датчиков температуры DS28B20 (как подключить несколько сенсоров описано в конце статьи) и отобразить их в окне серийного монитора Arduino IDE.

В окне серийного монитора вы увидите примерно следующее:

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1

Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit

No more addresses.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1

Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit

No more addresses.

ROM = 28 88 84 82 5 0 0 6A

Data = 1 56 1 4B 46 7F FF A 10 D1 CRC=D1

Temperature = 21.37 Celsius, 70.47 Fahrenheit

No more addresses.

Обычное или паразитное питание?

DS18B20 может работать в обычном или в так называемом “паразитном” режиме. В обычном режиме для подключения используется 3 коннектора, в “паразитном” режиме – в его лишь 2.

Вам надо настроить правильный режим в скетче, чтобы снять достоверные показания с датчика:

  • Для “паразитного” режима в строке 65 надо указать: ds.write(0x44, 1);
  • Для обычного режима в строке 65 указывается: ds.write(0x44);

Убедитесь, что вы указали корректные пины!

В строке 10, где указано “OneWire ds(2);” устанавливается пин, к которому подключен контакт data с сенсора.

В этом примере использован пин 2, но значения пина по умолчанию в примере OneWire стоит на 10. Можно использовать и его.

// пример использования библиотеки OneWire DS18S20, DS18B20, DS1822

OneWire ds(2); // на пине 10 (нужен резистор 4.7 КОм)

Урок 10 – Датчик температуры DS18B20, подключаем к Arduino.

В предыдущем уроке мы рассмотрели подключения датчика температуры и влажности DHT11 к Arduino. И выяснили что данный датчик не очень точный. Чем же его можно заменить? Одним из распространенных датчиков для измерения температуры являться DS18B20. Рассмотрим в данном уроке варианты подключения датчика, пару примеров программного решения.

Характеристики датчика DS18B20:

  • Погрешность измерения не больше 0,5 С (для температур от -10С до +85С). Не требуется дополнительная калибровка.
  • Диапазон измерений от -55 С до +125 С.
  • Напряжение питания от 3,3В до 5В.
  • Датчик обладает своим уникальным серийным кодом.
  • Не требуются дополнительные внешние элементы.
  • Можно подключить сразу до 127 датчиков к одной линии связи.
  • Информация передается по протоколу Wire.
  • Существует так называемый режим паразитного питания – в нем происходит питание напрямую от линии связи. Для подключения в этом случае нужны только 2 провода. Важно, что в этом режиме не гарантируется корректная работа при температурах выше 100С. Режим паразитного питания удобно обычно применяется для приложений с удаленным температурным датчиком.
Читайте также:  Двухканальное зарядно-разрядное устройство

Датчик выпускается в открытом корпусе в виде транзистора для измерения температуры воздуха.

Можно купить датчик в виде модуля DS18B20. Распаренный на плате.

Также датчик DS18B20 продеться в закрытом корпусе для измерения температуры жидкости.

Для урока нам понадобиться:

Подключаем датчик DS18B20 к Arduino NANO вот по такой схеме.

Подключение датчика DS18B20 к Arduino UNO будет вот таким.

Для написания программы нам понадобиться библиотека OneWire.

Данную библиотеку можно установить из менеджера библиотек или скачать отсюда.

Код ниже будет выводить показание температуры в монитор порта каждую секунду.

Но данный пример достаточно сложный для понимания. Для упрощения работы с датчиком лучше использовать библиотеку DallasTemperature. Данная библиотека ставиться поверх OneWire. Т.е. для ее роботы должна быть установлена библиотека OneWire.

С библиотекой DallasTemperature устанавливаются примеры. Вы можете воспользоваться любым из них.

Мы рассмотрим более простотой пример.

В данном примере температура выводиться 1 раз в секунду. И при этом выводится температура в Цельсиях и фарингитах.

Как видите данный пример намного меньше и более понятен для новичка.


На одну шину можно подключить до 127 датчиков вот по такой схеме.

С библиотекой DallasTemperature идут примеры которые позволяют получать данные с датчиков при током подключении.

Подписывайтесь на мой канал на Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.

Спасибо за внимание!

Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:

Arduino: Делаем самостоятельно датчик температуры

Температура является едва ли не основным измеряемым параметром в промышленной и хозяйственной деятельности. Вместе с тем, мало просматривается экономически обоснованных реализации датчиков температуры даже в диапазоне -50 +50 Град С , столь обычном и привычным для многих применений. Известны на рынке датчики DS18B20 фирмы Dallas , заявленная точность которых около 0,5 Град. Эти датчики были рассчитаны на построение микросетей (MicroLAN) с осуществлением адресного опроса каждого датчика со стороны микроконтроллерного устройства по протоколу 1-Wire. Однако, реализаций таких сетевых решений, когда линию связи делили бы десяток и более таких устройств, практически не встречается. Аналогична ситуация и температурными датчиками протокола I 2 C фирмы Philips, например такими, как LM75. Все это вызывает определенное недоверие к проработанности схемотехники указанных датчиков температуры. Что же делать, если необходимо иметь несколько точек измерения температуры, опрашиваемых с помощью микроконтроллера?

В эпоху аналоговых электронных термометров нередко можно было встретить схемы с диодными датчиками температуры. Уместно, к примеру, привести схему из справочника радиолюбителя [1 ] . В ней, в качестве датчика температуры, используется обычный кремниевый диод, а точность измерения, при этом, составляет 0,3 Град.

Если посмотреть на эту схему внимательно, можно понять, что точность температурного измерения достигается здесь с помощь стабилизации напряжения питания схемы и стабилизацией тока отдельных ее узлов.

В качестве Ардуино устройства используем плату TE-MINI328 , от московской компании «Терраелектроника» , которая на проверку оказалась совместима с Ардуино серии Nano.https://www.terraelectronica.ru/catalog_info.php?CODE=1041000

Принципиальная схема платы:

Практически в каждой реализации платы Ардуино имеется вывод источника опорного напряжения встроенного АЦП. Этот источник имеет уровень напряжения 1,1В у ардуино нано. Для других плат он может быть другим , например 2,54В, что зависит в общем от типа используемого микроконтроллера. Этот источник стабильного напряжения можно использовать как раз для питания температурного датчика, хотя и следует иметь в виду его относительно небольшой выходной ток.

Платформа Ардуино удобна тем, что на ней легко реализуются базовые принципы структурного программирования: наследование, полиморфизм и инкапсуляция. В качестве прародителя целесообразно взять готовую работающую программу (Sketch) и , на ее основе, дополнить необходимым функционалом, который может присутствовать также во встроенном пакете библиотек. В качестве базы в данном примере была использована программа выложенная в открытый доступ коллегами из фирмы OLIMEX (Болгария) , которая реализует часы реального времени на базе микросхемы PCF8563, являющаяся наиболее дешевой из однокристальных часов реального времени (https://www.olimex.com/Products/Duino/AVR/OLIMEXINO-328/resources/OLIMEXINO_328_MOD_RTC_Demo.zip) [2]. Далее эта программа была дополнена функцией работы с LCD индикатором известной системы команд HD44780 c четырех проводной шиной команд/данных (имеется во встроенной библиотеке Ардуино). Имея в системе этот индикатор, нам легче будут в дальнейшем провести калибровку нашего температурного датчика, и наблюдать за температурой и временем даже не используя монитор последовательного порта, который встроен в среду Ардуино.

При работе с датчиками температуры на основе полупроводникового диода используется тот факт, что падение напряжения на прямо смещенном полупроводниковом диоде линейно зависит от температуры. Примерный вид такой зависимости для кремниевого диода показан на рис 2.


РИС 2

Для изготовления диодного температурного датчика возьмем популярный импортный диод 1N4148, хотя подойдут и аналогичные отечественные, например КД521 или Д220. По нашим наблюдениям хорошей линейностью вольт- температурной характеристикой обладают и многие германиевые диоды, например Д9, у которых падение напряжения при прямом смещении оказывается раза в 2 меньше, чем у кремниевых. Поскольку работать диодный датчик будет в области малых токов, примерно 100 МкА, следует тщательно изолировать проводные выводы с помощью виниловой трубки, торцы которой следует оплавить, например, с помощью промышленного фена или загермитизировать силиконовым герметиком или применив клеевый пистолет. Воспользоваться можно и термоусадочной трубкой соответствующего диаметра. Все это необходимо для того, чтобы вода ни в коем случае не могла попасть внутрь изоляции, что неизбежно привело бы к искажениям результатов измерений. Также в расчет следует взять и тот факт, что диоды со стеклянным корпусом могут реагировать на попадание света внутрь корпуса, отчего определенным преимуществом будут обладать экземпляры с корпусом, покрытым черной краской (например КД503 Д220 и т.п.) Как указывалось выше для Ардуино Nano уровень опорного напряжения составляет 1,1 В. Поскольку падение напряжения на кремниевом диоде при комнатной температуре и току смещения 100МкА составляет прмерно 500мВ диапазон использования встроенного АЦП микроконтроллера ATMega328 , перекрывает диапазон температур от -50 до +50 Град С, так как падение напряжения на диоде не выйдет за пределы 0—1,1 В. Правда точность измерений в этом случае лучше чем 1 град ожидать не приходится. Для указанной схемы питания датчика, вольт- температурная характеристика будет иметь вид рис2. Т.е. , с повышением температуры, падение напряжения уменьшается. Зависимость температуры Т от напряжения Ud очевидно описывается уравнением вида:

Для нахождения неизвестных коэффициента пропорциональности В и коэффициента смещения А необходимо произвести по крайней мере два калибровочных измерения температуры в точках этой характеристики, отстоящей как можно дальше друг от друга. Измерение Т получают отсчетом калибровочного термометра (в качестве которого можно взять ртутный, спиртовой или электронный)( В моем случае удобно было использовать для калибровки более современный , измеряющий одновременно комнатную и “уличную” температуру фото1 ) Фото 1


Фото 1

, а Ud –есть отсчет АЦП для этой температуры . Получим, в результате, два уравнения вида 1.1, для разных измеренных температур. Разрешая пару этих уравнений относительно неизвестных А и В – получаем нужные нам калибровочные значения, которые будем использовать в программе для перевода отсчета АЦП к значению реальной температуры. Вышесказанное закрепим теперь практическим примером:

1. Помещаем датчик в среду с температурой Т1 (19,9 ГрадС)и записываем значение цифрового отсчета Ud1 (450)

2. Помещаем датчик в среду с температурой Т2 (-2,8 ГрадС) и записываем значение цифрового отсчета Ud2 (503) для этой температуры

3. Получив систему линейных уравнений : Т1=A-B*Ud1 и T2=A-B*Ud2

Разрешая их относительно неизвестных A и B получаем А=0,46, а В=229,5

Теперь несложно вычислить реальную температуру при любом полученном цифровом значении Ud по формуле 1.1. Ниже приведен фрагмент скетча где этот момент явно виден в моменте перехода переменной gett от целочисленного значения к значению с плавающей точкой.

Возникает попутно интересный вопрос: Можно ли эту процедуру вычисления калибровочных коэффициентов А и В провести и без использования Ардуино? Если в распоряжении имеется лишь цифровой тестер, то наверное да. При этом следует учесть, максимальному цифровому отсчету Udmax равному 1024 (для десяти разрядного АЦП AVR микроконтроллера будет соответствовать уровень опорного напряжения (1,1V) . Откуда следует вычислить поправку к показаниям тестера для вычисления соответствующих значений Ud.

Читайте также:  Web-управление raspberry pi gpio

Аналогично следует поступить и с другими диодными датчиками температуры (Коэффициенты А и В для каждого экземпляра будут очевидно отличаться!) , если предполагается их использование, например, на соседних каналах аналогового ввода А1, А2, А3, А4, А5. При необходимости расширить группу температурных датчиков выше числа аналоговых каналов у Ардуино (обычно 6) возможно применение аналоговых мультиплексоров.

Ниже дается фрагмент кода настроечных параметров АЦП с уравнением перевода цифрового отсчета падения напряжения на диодном датчике в значение реальной температуры.

При работе с другими видами Ардуино необходимо руководствоваться DataSheets применяемого микроконтроллера в части использования АЦП, где последний, необходимо настроить на работу с выбранным каналом аналогового ввода, с использованием встроенного источника опорного напряжении, к которому предполагается подключение блокировочного конденсатора. Кстати такой конденсатор, емкостью 0,1 МкФ необходимо установить также параллельно диодному датчику, т.к. при малых токах диоды имеют свойство формировать «белый шум» из-за которого показания будут искажаться и «прыгать».


РИС 4 (плата Ардуино на схеме не показана)

А как поступать если от от датчика потребуется точность выше одного градуса, например, для измерения температуры внутри инкубатора или в качестве медицинского термометра ?

В этих случаях неплохим решением может быть последовательное соединение подобных диодов, что неизбежно приведет к увеличению крутизны вольт –температурной характеристики температурного датчика, и , следовательно, разрешению по температуре. Не следует забывать, что в некоторых моделях микроконтроллеров предусмотрена настройка АЦП для работы с дифференциальным входом при одновременном увеличении коэффициента усиления входного усилителя, что может и должно привести передаточную характеристику схемы в желаемую область интереса. При отсутствии подобных опций можно применить внешний дифференциальный усилитель на отдельной специализированной микросхеме (например LM358 и т.п.), который, скорее всего, может быть общим для всех температурных каналов. Можно, наконец, настроить АЦП на работу с напряжением питания (+5В или + 3В) в качестве опорного , сделав датчик из нескольких, последовательно соединенных кремниевых диодов. Правда, подключать эту «гирлянду» лучше все же не напрямую к питающему напряжению, а лишь к той его части, что подводится к выводу для питания АЦП и развязана, как правило, индуктивно-емкостным фильтром.

Полностью скетч проекта приведен во вложении. Его реализация привела к идее изготовления универсального измерительного прибора на платформе Ардуино, что достигалось бы сменой датчиковых элементов (плат) с помощью встроенного разъема МРН22-2. См. Фото2,3. и рис4 Часы реального времени понадобятся при превращении такого прибора в логгер измеряемых данных с привязкой ко времени измерений и выгрузки, например, на ПК целью последующего анализа. Показание датчика температуры на индикаторе – в нижней строке справа, а уровня поля – на верхней строке справа. Получается весьма современный прибор, ведь входное сопротивление канала АЦП AVR микроконтроллеров составляет 100Мом, а это почти как у современных мультиметров!


ФОТО 2

Фото 3

1. Чистяков Н.И. Справочная книга радиолюбителя-конструктора М. «Радио и связь» (1990)

Делаем термометр на основе Arduino UNO и датчика DS18B20

В этом уроке мы будем использовать датчик температуры DS18B20 с Arduino UNO для создания термометра. Датчик DS18B20 является хорошим вариантом, когда в проекте с высокой точностью требуется хорошая реакция. Мы покажем как подключить DS18B20 к вашему Arduino UNO и отобразить данные температуры на ЖК-дисплее 16×2.

Обзор датчика DS18B20

Датчик DS18B20 взаимодействует с Arduino через 1-проводную шину. По определению для связи с Arduino требуется только одна линия данных (и земля).

Рабочая температура датчика колеблется от -55° C до + 125° C с точностью ± 0,5° C в диапазоне от -10° C до + 85° C. Кроме того, DS18B20 может получать питание непосредственно от линии передачи данных («паразитный источник питания») без необходимости внешнего источника питания.

Каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный последовательный код или адрес, который позволяет нескольким DS18B20s работать на той же однопроводной шине. Поэтому использование микропроцессора упрощает управление несколькими DS18B20, распределенными по большой площади. Приложения для этой функции включают в себя экологический контроль, системы контроля температуры в зданиях и механическом оборудовании.

Особенности DS18B20

  • Необходим только один однопроводный интерфейс для связи между микроконтроллером и датчиком.
  • Требуется только один внешний компонент: резистор 4,7 кОм.
  • Может питаться от линии передачи данных напрямую, требуя напряжения от 3,0 до 5,5 В.
  • Каждое устройство имеет уникальный 64-битный последовательный код, хранящийся на встроенном ПЗУ.
  • Может измерять температуру в диапазоне от -55° C до + 125° C (от -67° F до + 257° F).
  • Точность ± 0,5° C в диапазоне от -10° C до + 85° C.

В этом проекте используется DS18B20, который поставляется в форме температурного зонда, который является водонепроницаемым. Использование водонепроницаемого датчика расширяет возможности – датчик температуры сможет измерить температуру жидкостей, таких как вода, химикаты, чай и кофе.

Требования к комплектующим

Требования к оборудованию для вашего термометра достаточно стандартные, нам пригодятся:

  • Arduino UNO
  • ЖК-дисплей 16х2
  • Датчик температуры DS18B20
  • Провода для перемычек
  • Резистор 1K
  • Макетная плата

Схема соединения

Сделайте соединения согласно приведенной ниже схеме.

Соединяем датчик и Ардуино

  • VCC -> Arduino 5V, плюс резистор 4,7K, идущий от VCC к Data
  • Data -> Пин 7 Arduino
  • GND -> GND Arduino

Соединения для ЖК-дисплея и Arduino UNO

  • Пин 1 -> GND
  • Пин 2 -> VCC
  • Пин 3 -> Arduino Пин 3
  • Пин 4 -> Arduino Пин 33
  • Пин 5 -> GND
  • Пин 6 -> Arduino Пин 31
  • Пин 7-10 -> GND
  • Пин 11 -> Arduino Пин 22
  • Пин 12 -> Arduino Пин 24
  • Пин 13 -> Arduino Пин 26
  • Пин 14 -> Arduino Пин 28
  • Пин 15 -> VCC через резистор 220 Ом
  • Пин 16 -> GND

Подключите потенциометр, как показано выше, к контакту 3 на ЖК-дисплее, для управления контрастностью.

Этот проект работает на температурах до 125° C. В случае наличия некоторого диссонанса в значении показанной температуры дважды проверьте соединения с резистором, подключенным к DS18B20. После соединения всего, что описано выше, мы можем перейти к программированию.

Исходный код для термометра

Перед загрузкой исходного кода вам нужно настроить две библиотеки, необходимые для запуска этого кода в среде Arduino.

  • Первая библиотека называется – OneWire (скачать).
  • Вторая библиотека называется – DallasTemperature (перейти на GitHub).

После скачивания обеих библиотек переместите файлы в папку библиотек Arduino по умолчанию. Затем скопируйте код в IDE Arduino и загрузите его после двойной проверки правильности подключения вашего датчика.

Примерно это выглядит так:

Мы смогли измерить температуру до 100°C с помощью этого датчика! Он очень отзывчив.

После того, как вы создали проект, потестируйте устройство, погрузив датчик в горячую и холодную воду.

Термометр с помощью arduino и датчиков LM35 и DS18B20

Я писал недавно статью, где подключал к arduino 4-разрядный 7-сегментный индикатор hs420561k-32, тогда упоминал, что хочу сделать градусник с выводом температуры на этот индикатор, только проблема была в отсутствии датчиков. И вот наконец-то приехала посылка с недостающими запчастями и можно продолжить проект. Температурных датчиков у меня три штуки – dht11, LM35 и DS18B20. Но использовать буду только LM35 и DS18B20, поскольку dht11 очень неточный, в даташите написано, что отклонения от реальной температуры составляют плюс-минус два градуса, а так же он работает только с положительной температурой.

Температурный датчик LM35. Подключение к arduino

Первый датчик, который будем использовать – это LM35, использовать его очень просто, тут даже дополнительные библиотеки не требуются, достаточно подключить к нему питание и считать данные на выходе с помощью аналогового пина arduino. LM35 работает с температурами от -55 до 150 градусов Цельсия и если верить даташиту, то погрешность составляет всего плюс-минус 0,25 градуса. Хоть датчик и обрабатывает до +150 градусов, но считать ардуиной сможем только до +110, хотя и это более чем достаточно для домашнего градусника. Поскольку этот датчик имеет высокую точность, но находится в корпусе TO92, без какой-либо дополнительной защиты, использовать его будем для измерения температуры в помещении.
Официальный мануал arduino рекомендует использовать для снятия показаний этого датчика опорное напряжение 1,1 В. Чтобы настроить arduino подобным образом достаточно использовать команду analogReference(INTERNAL) в функции setup. Далее достаточно просто, с нужным интервалом, считывать напряжение с выходной ножки(OUT) датчика. LM35 формирует напряжение 10 милливольт на один градус, таким образом имея опорное напряжение в 1,1 В легко обработать, довольно точно, данные.

Читайте также:  Корректор биологических потенциалов

Ниже на картинке показано, какая нога датчика LM35 за что отвечает.

Температурный датчик DS18B20. Подключение к arduino

Второй датчик, который будет использован – это цифровой DS18B20. Точность в этом случае не на много ниже — плюс-минус 0,5 градуса, а диапазон измерения температуры практически такой же: от -55 до +125 градусов Цельсия. Большим преимуществом является то, что датчик находится внутри влагозащитного корпуса, а так же имеется кабель длиной 1 метр, что позволяет вынести его на улицу, когда само устройство будет находиться в помещении. Еще из плюсов сюда можно добавить возможность подключение одновременно до 127 датчиков на один пин ардуино, только я даже предположить не могу, где это может пригодиться :).
Считывать данные с DS18B20 немного сложнее, чем с LM35, для удобства можно воспользоваться библиотекой OneWire. В комплекте с библиотекой идет уже готовый пример считывания данных с датчика. Информация о температуре передаются в байтах, которые необходимо сначала запросить, получить и перевести к человеческому виду. В коде примера это подробно прокомментировано, а так же в полном скетче проекта я добавил комментарии.
На картинке ниже показано, как подключать датчик DS18B20. Основным моментом является то, что необходимо использовать резистор сопротивлением 4.7 кОм для соединения провода, передающего данные и плюсовым.

Проблема вывода температуры на индикаторе hs420561k-32

Пока я разбирался с каждым датчиком по отдельности, а также когда подключал к arduino 4-х разрядный 7-сегментнтый индикатор, проблем ни каких не было, все прекрасно работало. Но стоило мне собрать все в кучу, на одну макетную плату и собрать код воедино, как сразу появилась серьезная проблема. Я писал в прошлой статье, что для одновременного вывода данных сразу на 4-х разрядах hs420561k-32 необходимо очень быстро по очереди выводить по одному разряду, тогда создается впечатление одновременного вывода четырех цифр, глаз не успевает уловить смену разрядов. В связи с таким способом вывода возникла сложность с одновременной работой датчика DS18B20, для его опроса требуется чуть больше секунды времени – в двух участках кода используется delay, который заставляет микроконтроллер ждать, 250 и 1000 миллисекунд. Сначала я сделал запрос к датчику раз в 30 секунд, но это не решило проблему – два раза в минуту датчик по секунде показывал непонятно что. Поэтому пришлось отказаться от delay и добавить другую аналогичную конструкцию в код, которая будет выполнять определенные куски кода с задержкой, а остальной код будет выполняться без задержек. Многопоточности в arduino, как оказалось, нет, но есть псевдомногопоточность, добиться ее можно используя не хитрую конструкцию с таймером, который отмеряет время в миллисекундах от старта работы микроконтроллера. Пример такого кода я приведу ниже:

Что использовалось в проекте:

  • Arduino (я использовал arduino nano, но можно любую другую). Покупал тут: arduino nano
  • Температурный датчик LM35. Покупал тут: Температурный датчик LM35 5 шт
  • Температурный датчик DS18B20. Покупал тут: Температурный датчик DS18B20
  • Дисплей hs420561k-32. Покупал тут: аналог дисплея hs420561k-32
  • 1 резистор сопротивлением 4.7 кОм. Покупал тут:набор резисторов 700 шт. От 10 Ом до 1 МОм
  • 8 резисторов сопротивлением 300 Ом. Покупал тут:набор резисторов 700 шт. От 10 Ом до 1 МОм
  • 1 Сдвиговый регистр 74HC595. Покупал тут: сдвиговые регистры 10 штук
  • Макетная плата. Я использовал с 830 отверстиями. Покупал тут: макетная плата
  • Несколько соединительных проводов. Покупал тут: соединительные провода

Скетч уличного и комнатного термометра на arduino

Все сложные моменты, с которыми возникали сложности, в процессе создания термометра я описал, теперь остается только написать скетч, его код приведен ниже, а также доступен для скачивания тут: скачать.

Послесловие

Термометр работает, показывает температуры дома и на улице, только вся конструкция собрана на макетной плате, и использовать прибор в таком виде довольно неудобно. Поэтому в планах на будущее будет разработка удобного в эксплуатации устройства – напечатаю на 3D принтере корпус, а все провода нужно будет перенести на печатную плату, так же хочется убрать arduino и использовать atmega8. Это что касается планов на будущее, а пока в завершение статьи приложу видео работы термометра:

Ардуино: датчик температуры LM35

Еще один полезный прибор, который часто используется в современных устройствах — это датчик температуры. Даже в вашем компьютере есть сразу несколько датчиков температуры, с помощью которых система следит за перегревом ключевых компонентов — процессора, видеокарты, блока питания, и прочих узлов. Самый же популярный пример использования датчика температуры дома — термостат. Это устройство, которое постоянно следит за температурой воздуха, и регулирует подачу энергии в систему отопления. Смежный пример — котел для нагрева воды.

В нашем уроке мы используем датчик TMP35. Вместо него можно использовать любой другой похожий датчик: TMP35, TMP37, LM35, LM335 и подобные. Выглядит датчик как обычный транзистор:

Можно легко спутать, так что рекомендую всегда внимательно читать маркировку на таких устройствах (да и вообще сначала всегда читайте, потом подключайте :). Конкретно этот датчик имеет следующие характеристики:

  • напряжение питания: от 2,7 до 5,5 В;
  • погрешность: 2 градуса;
  • измеряемая температура: от 10°C до 125°C
  • потребляемый ток: 50 мкА.

Подключение

Датчик TMP35 имеет три вывода (три ноги). Если посмотреть на датчик со стороны этих выводов и срезом вверх, как показано на рисунке,

то слева будет — положительный контакт питания (+2.7 — 5.5В),
по центру — выход на контроллер,
и справа — отрицательный контакт питания (земля).

Датчик аналоговый, а значит на его выходе мы имеем не 0 или 1, а напряжение в диапазоне от 0 до 5 вольт. Следовательно, мы должны вспомнить раздел про аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов в Arduino. Держа в уме, что у Ардуино Уно есть шесть аналоговых входов (A0-A5), подключаем наш датчик по следующей схеме:

Внешний вид макета

Принципиальная схема

Вот так должна выглядеть собранная схема.

Программа

Подключив датчик температуры к Ардуино, начинаем писать программу. Первое что мы сделаем, это выведем необработанный сигнал с аналогового входа в последовательный порт, для того чтобы просто понять, как меняется значение на входе A0. Нам понадобится простая программа:

Внимание, математика! В программе можно заметить выражение:

Оно необходимо для того, чтобы преобразовать аналоговый сигнал датчика в градусы Цельсия. Дело тут вот в чем. Все аналоговые датчики имеют важную характеристику — отношение количества вольт к единице измеряемой величины. Например, в спецификации к нашему датчику tmp35 написано, что каждый градус измеряемой температуры, соответствует 10 милливольтам напряжения на выходе. Исходя из этих рассуждений, прочитанное с помощью analogRead значение мы сначала преобразуем к количеству Вольт:

Такая процедура называется нормировкой. Здесь 1023 — максимальное значение, которое может вернуть нам 10-битный АЦП, встроенный в Ардуино Уно.
5 — рабочее напряжение АЦП.

Затем преобразуем эти вольты в градусы Цельсия:

Превращаем вольты в милливольты (*1000), и делим на 10 ( то самое число из спецификации! ).

В общем, даже если ничего не понятно, загружаем программу на Ардуино и наблюдаем за температурой окружающего воздуха. Например, у нас в лаборатории датчик оценил температуру следующим образом:

Вполне себе правдивое значение. А теперь поднесем прибор к открытому окну (на улице зима -10°C):

Работает! Датчик незамедлительно регистрирует снижение температуры.

Делаем термостат

Теперь добавим в программу некое действие, которое будет совершаться если температура упадет ниже заданного нами порога. Пусть этот порог будет равен 15°C. Самое простое, что мы можем сделать — это зажигать на Ардуино штатный светодиод #13. Получается такая вот программа:

Кто-то забыл закрыть окно — температура резко опустилась ниже 15 — светодиод зажигается. Закрываем окно, активно дышим — светодиод гаснет. А теперь представьте, что вы зажигаете не светодиод, а подаете сигнал на реле, которое включает обогреватель в комнате. Получается готовый термостат!

Немного изменив программу можно отслеживать не понижение, а превышение заданного уровня. Например, удобно будет следить за температурой внутри, скажем, серверной, и при увеличении температуры до 40 градусов, включать вытяжку!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector