Казалось бы, что может быть интересного и нового в измерении температуры при помощи Ардуино? Написаны сотни статей, объемом десятки мегабайт, может чуть меньше, а может и чуть больше скетчей… А вот еще и моя статья. Зачем? Честно говоря, я тоже думал, что вопрос этот «разжеван вдоль и поперек», пока сам не столкнулся с измерением температуры. А тут полезло. Что-то не работает, что-то работает не так, возникает масса вопросов, на которые ответы приходится «выцарапывать» перерывая половину интернета, причем не только русскоязычного. Данная статья, в отличие от моих прошлых статей на данном ресурсе гораздо более практичная, но начнем сначала. Зачем, собственно измерять температуру чем-то новым, когда термометров продается – на любой вкус и кошелек? А дело в том, что температуру, зачастую, приходится не только измерять, но потом, на основе полученных данных что-то делать, либо просто регистрировать с целью отслеживания изменений. Соединив, при помощи , термодатчик с релейным блоком получим простейший терморегулятор, а если данный терморегулятор сможет отслеживать температуру по нескольким точкам (зонам) и действовать по определенному алгоритму получим довольно серьезный прибор, промышленный аналог которого стоит сопоставимо со стоимостью неплохого ноутбука. Однако, целью данной статьи не является создание заумно-сложных устройств. Цель в другом - предложить новичку простое, проверенное на практике, решение для измерения температуры. Также, как и предыдущие статьи эта будет состоять из частей. В каждой из которых будет рассмотрен свой вопрос. Части будут идти по возрастанию сложности.
Часть первая. Простейшая, но тоже полезная
Итак, от слов к делу! Для реализации данного проекта на первом этапе нам понадобится цифровой термодатчик DS18B20, ARDUINO UNO, резистор на 4,7 кОм (мощность особого значения не имеет, от 0,125 до 2 Вт целиком подходит, но имеет значение точность, чем точнее – тем лучше), кусочек 3-жильного провода (и отдельные проводки на этапе эксперимента тоже подойдут), а еще - несколько штырьков для платы. Хотя и без них тоже можно, если аккуратно, конечно. Выбор данного датчика не случаен. Дело в том, что он может отслеживать температуру в диапазоне от -55оС до +125оС с точностью в основной части диапазона 0,5оС, что вполне хватает для управления, как бытовым отоплением, так и разнообразными морозильными и холодильными установками, а также банями, саунами, теплицами, инкубаторами, рассадниками и прочим. Напоминаю, что ARDUINO UNO можно свободно приобрести здесь:
или здесь:
, термодатчик DS18B20 -
, хотя лично у меня – такой:
достоинство моего - малые размеры, сопоставимые с размерами кабеля. Недостатки – отсутствие платы, что в некоторых условиях отрицательно сказывается на удобстве монтажа и жизнеспособности датчика. Также – у датчика
встроен резистор и больше никаких резисторов паять не нужно, зато исчезает возможность подключить несколько датчиков «цепочкой». Подключение датчика к Ардуино видно на Рис. 1 и указано в Таблице 1. На термодатчике определить контакты просто. Нужно взять его так, чтобы смотреть на срез с цифрами, а ножки были внизу. Крайняя левая ножка будет GND, средняя DQ, а крайняя правая VDD.
Таблица 1.
Пин Ардуино Уно |
Примечание |
|
5V, также подпаивается одна ножка резистора 4,7 кОм. |
||
Рисунок 1. Подключение одного термодатчика.
На рисунке видно, что было использовано два резистора. Это связано с тем, что найденный мной резистор с маркировкой «4К7», на самом деле имел довольно высокую погрешность, которую и пришлось компенсировать вторым резистором. Общее сопротивление данной сборки составило 4,695 кОм, что я считаю вполне приемлемым. Также на рисунке можно видеть, что датчик не подпаян непосредственно к проводам (обрезок шлейфа), а вставлен в разъем. Сделано это было из соображений развития эксперимента. Паять данные датчики настоятельно рекомендуется. Сам скетч также получился довольно компактным:
Всего 14 строчек кода с комментариями. Любому новичку будет по силам разобраться. В результате работы программа выдаст нечто подобное:
Рисунок 2. Результат работы с одним датчиком.
Часть вторая. Немного усложненная.
Усложним мы эту часть тем, что добавим еще один датчик. Предположим, что нам нужно измерять температуру на улице и в помещении. Для этого всего лишь допаиваем один датчик «в цепочку». Очень напоминает параллельное подключение. Знатоки электрики поймут, о чем я. Но отличие есть: в данном случае выводы от центрального провода должны быть как можно короче.
Рисунок 3. Плата с двумя датчиками.
Скетч вырос всего на 3 строчки. Теперь в нем 17 строк:
Результаты работы этого скетча видно на Рисунке 4.
Рисунок 4. Работа с двумя датчиками.
Часть третья. Заключительная.
А теперь подключим к Ардуино светодиод, который будет загораться при достижении определенной температуры. Такой себе «пороговый сигнализатор». Для этого нужен обычный светодиод и токоограничивающий резистор. Мне под руку попался на 100 Ом, его я и использовал, подключив к 7-у контакту Ардуино. Длинную ножку светодиода (анод) подпаиваем к резистору, а короткую (катод) подключаем к контакту GND Ардуино. Должно получиться, примерно, как на рисунке 5.
Скетч также вырос совсем не на много:
Работа данной программы на компьютере отображается точно также, как показано на Рисунке 4. Естественно переменной sensors.getTempCByIndex(1) можно оперировать в очень широких пределах и управление светодиодиком лишь самый простой пример из всех возможных.
И в заключение данной статьи еще один шаг. Сейчас я расскажу, как к одной Ардуинке подключить несколько «гирлянд» данных устройств. Дело в том, что длина «гирлянды» не может быть бесконечной, более того – она очень сильно ограничена. В идеальных условиях – 300 метров, но создание «идеальных» условий – довольно дорогостоящее удовольствие. В реальных условиях – не рекомендуется превышать 10 метров. Для обычного «комнатного» термометра этого более чем достаточно, но если речь идет о каком-либо более серьезном оборудовании – этого катастрофически мало. Тем более, что для стабильной работы необходимо, чтобы датчики располагались как можно ближе к проводникам шины – «гирляндой». Отводить, конечно, тоже можно, но точность и помехозащищенность в этом случае будут крайне низкими. Итак, подключаем мы несколько «гирлянд» именно для того, чтобы собрать информацию с большого числа точек, при этом сохранив достаточную точность и помехозащищенность. Добавляем контакты согласно таблице 2:
Пин Ардуино Уно |
Примечание |
|
5V, также подпаивается одна ножка резисторов 4,7 кОм. |
||
Цифровой ввод, также подпаивается вторая ножка резистора 4,7 кОм. |
||
Цифровой ввод, также подпаивается вторая ножка резистора 4,7 кОм. |
Как видно из таблицы – ничего сложного нет, точно такая же шина, только на другой цифровой вод. Не стал паять на 9-й контакт только из соображений удобства и скорости пайки.
Скетч:
Вряд ли скетч нуждается в излишних комментариях.
Результат работы скетча выглядит так:
Рисунок 6. Работа одновременно двух линий датчиков.
А плата с подключенными двумя линиями выглядит так:
Рисунок 7. Плата с двумя шинами.
Из рисунка видно, что резистор 4,7кОм для повышения точности также выполнен составным.
Библиотеки, примененные для написания скетчей рассмотренных в статье находятся здесь:
Обзор подготовил Павел Сергеев
Сегодня мы рассмотрим проект на Arduino для студентов-инженеров. В этой статье расскажем вам, как сделать термометр на Arduino. Преимуществом строительства термометра на Arduino является простота конструкции. Мы уже и ее особенностями. Программирование Arduino намного проще, чем вы думаете.
Данный проект — цифровой термометр (цифровой датчик температуры Arduino), построенный на основе прецизионного интегрального датчика LM35.
Цифровые термометры широко используются во многих электронных устройствах, таких как кондиционеры, для информирования о температурном уровне и управления процессами системы охлаждения.
В данной схеме задействован датчик температуры LM35 для определения уровня температуры, который может измерять от -55 до 150°С. Измеренная температура отображается на ЖК-дисплее 16х2 с помощью Arduino.
Необходимые компоненты для проекта «Термометр на Arduino»
Цифровой термометр на Arduino использует легко доступные компоненты, которые каждый может приобрести в любом магазине электроники.
- Arduino
- Датчик температуры LM35
- ЖК-дисплей 16х2
- Потенциометр 1кОм
Работа термометра
Выходное напряжение датчика LM35 линейно пропорционально температуре (по Цельсию).
Выход LM35 имеет масштабный коэффициент 10 мВ/°C , что означает, что при каждом повышении температуры на 1°C произойдет соответствующее увеличение выходного напряжения на 10мВ, следовательно мы можем легко прочитать значение измеряемой температуры.
Arduino имеет аналоговый вывод (A0), способный считывать аналоговые сигналы от любого датчика. Как показано на принципиальной схеме, аналоговый вывод A0 Arduino подключается к выходу LM35.
Распиновка датчика температуры LM35
Arduino имеет 10-битный встроенный АЦП, поэтому он может считывать значение от 0 до 1023 , то есть для нулевого напряжения он считывает 0000, а для VCC (5 В) он считывает 1023.
Таким образом, мы масштабируем значения 0 — 1023 в новый диапазон 0 — 500, потому что LM35 выдает значения с шагом 10мВ на каждый градус, так что максимально возможный прирост составляет 500 (5В/0,01В).
Используя это сопоставление, мы можем принимать каждое приращение в значении АЦП как шаг повышения по шкале. Если значение АЦП равно 27, то значение измеряемо температуры составляет 27°C.
Скетч термометра
#includeТеперь перейдем к логике программы. Сначала нам необходимо объявить переменную long «A», чтобы сохранить значение, считанное с LM35, которое имеет диапазон от 0 до 1023. Затем объявляем другую целочисленную переменную «B» для хранения отображаемого (преобразованного) значения.
Значение температуры считывается из вывода A0 и хранится в переменной «A». Затем переменная «A» преобразуется в диапазон от 0 до 500 и сохраняется в переменной «B». Значение «B» выводиться непосредственно на ЖК-экране 16х2.
Сейчас вы узнаете, как превратить обычный стрелочный (аналоговый) вольтметр в цифровой термометр, с помощью платформы Arduino и ds18b20 датчика температуры. В принципе эта технология подходит не только для отображения температуры — любые другие (физические и электрические) величины с разных датчиков можно вывести цифровым методом на стрелочный прибор по данному методу.
Модуль DS18B20
Всем известный готовый модуль ds18b20 — это цифровой термометр, который обеспечивает 9-битное измерение температуры и имеет функцию энергонезависимой программируемой верхней и нижней точки срабатывания. Кроме того, ds18b20 обменивается данными по 1-Wire шине и требует только одну линию данных для связи с микропроцессором. Кроме того, ds18b20 может получать питание непосредственно от линии данных, что исключает необходимость внешнего источника питания.
ds18b20 цоколёвка
На самом деле, каждый ds18b20 имеет уникальный 64-битный последовательный код, который позволяет даже нескольким DS18B20s функционировать на одной шине 1-Wire. Таким образом, с использованием всего одного микропроцессора можно контролировать много температурных датчиков, распределённых по большой площади.
Схема сборки термометра
Подключение элементов к плате
Сама схема настолько проста, что нет смысла её рисовать — все соединения видны на фотографии. Вначале подключите ds18b20 к контакту (-) для Arduino заземления, контакт (+) для 5 В и сигнальный выход к цифровому выводу 2, Для того, чтобы управлять вольтметром, связываем положительный его провод с контактом 9 (один из ШИМ) и минус подсоединяем к GND. После этого, чтобы изменить на вольтметре шкалу на термометр, просто распечатайте фото, что в приложении к статье. Вольтметр тут на 5 В, но вы можете взять любой другой индикатор, в том числе обычный микроамперметр, добавив к нему последовательно нужный резистор (примерно 10-100 кОм).
Стрелочный термометр и вольтметр
Список нужных деталей
- Ардуино Уно
- Датчик ds18b20
- Стрелочный вольтметр
- Несколько проводов
- Источник питания (можно АКБ)
Детали для термометра
Принцип работы
Широтно-импульсная модуляция, или ШИМ, это техника получения аналогового результаты с использованием цифровых средств.
Широтно-импульсная модуляция управления стрелочником
При прошивке микроконтроллера вы должны добавить “библиотеку DallasTemperature” в вашу среду разработки Arduino, так как это библиотека, которая поддерживает датчик температуры на микросхеме ds18b20.
Код состоит из трех основных частей:
- Чтение температуры с датчика
- Преобразование температуры в ШИМ
- Отображение значения на шкале
Настройка термометра
В настройках мы будем считывать температуру с датчика. Затем, мы преобразуем это значение в функцию PWM (ШИМ) в диапазоне от 0 до 255. Это может быть сделано внутри функции программы. Далее подадим сигнал на вывод 9, который подключен к стрелочному вольтметру.
При настройках температурного диапазона имейте ввиду — чем меньше разрыв между крайними значениями, тем больше разрешение термометра. Скачать даташит на датчик и код прошивки можно .
Видео работы устройства
При создании различных технических проектов частенько возникает необходимость в обустройстве температурных индикаторов. Данные компоненты позволяют лучше следить за работой устройств. В этом обзоре мы узнаем, как переделать аналоговый вольтметр в точный термометр. Для работы нам потребуется плата Arduino (специальная схема, оснащенная своей памятью, процессором, а также парой десятков функциональных контактов) и датчик температуры модели DS18B20.
Характеристика температурного модуля DS18B20
Нельзя не упомянуть о ещё одном преимуществе модулей DS18B20. Каждый датчик данного типа использует для работы уникальный последовательный 64-битный код. Это значит, что все подобные компоненты могут функционировать на одной шине типа 1 Wire, по которой, как отмечалось выше, передается вся информация. Таким образом, для управления несколькими модулями понадобится всего один микропроцессор, причем сами температурные датчики могут быть разбросаны по солидной площади.
Детали для работы над термометром с DS18B20 на основе Arduino
Чтобы собрать качественный аналоговый термометр, нужно подготовить:
- электросхему типа Arduino (желательно новую);
- температурный сенсор модели DS18B20;
- аналоговый вольтметр;
- 5 шнуров - два шнура понадобятся для создания цепи между платой Arduino и Вольтметром, 3 провода нужны для подключения к электросхеме температурного сенсора;
- внешний аккумулятор.
Создание электрической цепи для термометра с DS18B20 на основе Arduino
Здесь алгоритм работы довольно простой, так что соединить все компоненты в единую цепь сможет даже новичок. Для начала на модуле DS18B20 необходимо найти отрицательный контакт (если смотреть на сенсор сверху, данный контакт будет слева). Отрицательный штырек надо соединить с нижней точкой заземления на плате Arduino (она будет обозначаться аббревиатурой GND). Штырь с положительным зарядом (правый) надо подключить к контакту питания на 5 В (тоже располагается внизу платы). Далее делается сигнальный вывод на цифровой контакт 2 (находится вверху платы), чтобы стало возможным измерение температуры (в этом случае используется центральный штырек сенсора).
Чтобы при работе обеспечивалось управление вольтметром, нужно соединить его положительный контакт с цифровым выводом под номером 9. Отрицательный контакт вольтметра подключается к верхней точке заземления платы (она также обозначается сокращением GND). Чтобы поменять цифровую шкалу вольтметра, необходимо просто распечатать заранее подготовленную картинку с градусами Цельсия. Эта картинка либо приклеивается поверх старой шкалы, либо вставляется вместо неё.
Описание широтно-импульсной модуляции
Если коротко, широтно-импульсная модуляция является методом получения аналоговых результатов (таких, как температура) при помощи цифровых средств. Она хороша тем, что даже очень высокие либо очень низкие значения передаются по каналам связи одним импульсом. Весь процесс широтно-импульсной модуляции проходит так: датчик отправляет процессору сигнальный импульс, а сам процессор уже проводит его обработку, после чего выдает значение на термометр. Чтобы иметь возможность получать информацию таким образом, необходимо задействовать специальные контактные штыри на плате Arduino. Распознать эти контакты предельно просто - рядом с ними есть вот такой значок «~». Кстати, данный значок присутствует и возле контакта под номером 9, с которым мы соединяем положительный штырь вольтметра. 9-й вывод был задействован только в качестве примера; при желании можно использовать любой другой контакт, рядом с которым стоит значок «~».
Прописывание кода для работы термометра с DS18B20 на основе Arduino
Прежде всего, в программу разработки надо добавить библиотеку под названием DallasTemperature. Стоит отдавать предпочтение именно ей, ведь она содержит самые высокие температурные значения (а это важно при использовании модуля DS18B20).
При создании кода нужно будет прописать три основные команды:
- Чтение температурных значений, поступающих от датчика.
- Преобразование температуры методом широтно-импульсной модуляции.
- Вывод значений на термометр.
Следует учитывать, что минимальный и максимальный порог температуры может быть самым разным (здесь все зависит от предпочтений пользователя). Однако необходимо помнить одну деталь: чем больше разрыв между нижним и верхним пределом, тем меньше будут цифры на шкале.
Вот как выглядит весь код, необходимый для настройки работы термометра.
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 и отобразить данные температуры на ЖК-дисплее 16x2.
Датчик DS18B20 взаимодействует с Arduino через 1-проводную шину. По определению для связи с Arduino требуется только одна линия данных (и земля).
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:
- 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 ().
- Вторая библиотека называется - DallasTemperature ().
После скачивания обеих библиотек переместите файлы в папку библиотек Arduino по умолчанию. Затем скопируйте код в и загрузите его после двойной проверки правильности подключения вашего датчика.
//Code begins #includeПримерно 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.
