المصطلح: مستشعر ترمومتر المقاومة 4 أسلاك

في هذه المقالة ، سنناقش الأنواع المختلفة لأجهزة استشعار درجة الحرارة وكيف يمكن استخدامها على أساس كل حالة على حدة. درجة الحرارة هي معلمة فيزيائية تُقاس بالدرجات. إنه جزء أساسي من أي عملية قياس. تشمل المجالات التي تتطلب قياسات دقيقة لدرجة الحرارة الطب ، والبحوث البيولوجية ، والإلكترونيات ، وبحوث المواد ، والأداء الحراري للمنتجات الكهربائية. يُعرف الجهاز المستخدم لقياس كمية الطاقة الحرارية التي تسمح لنا باكتشاف التغيرات الفيزيائية في درجة الحرارة باسم مستشعر درجة الحرارة. إنها رقمية وتناظرية.

الأنواع الرئيسية لأجهزة الاستشعار

بشكل عام ، هناك طريقتان للحصول على البيانات:

1. الاتصال... تكون مستشعرات درجة الحرارة الملامسة على اتصال جسدي بجسم أو مادة. يمكن استخدامها لقياس درجة حرارة المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات.

2. تلامس... تكتشف مستشعرات درجة الحرارة غير المتلامسة درجة الحرارة عن طريق اعتراض بعض طاقة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جسم أو مادة واستشعار شدتها. يمكن استخدامها فقط لقياس درجة الحرارة في المواد الصلبة والسوائل. لا يمكنهم قياس درجة حرارة الغازات بسبب عديم اللون (الشفافية).

أنواع مجسات درجة الحرارة

هناك أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة. من التحكم البسيط في التشغيل / الإيقاف لجهاز ترموستاتي إلى أنظمة التحكم المعقدة لإمدادات المياه ، مع وظيفة تسخينها ، المستخدمة في عمليات زراعة النباتات. يتم تقسيم النوعين الرئيسيين من المستشعرات ، الاتصال وعدم الاتصال ، إلى مستشعرات مقاومة ، جهد كهربائي ، ومستشعرات كهروميكانيكية. أجهزة استشعار درجة الحرارة الثلاثة الأكثر استخدامًا هي:

• الثرمستورات
• المزدوجات الحرارية المقاومة
• الحرارية

تختلف مستشعرات درجة الحرارة هذه عن بعضها البعض من حيث المعلمات التشغيلية.

تقنيات تطوير المعدات

درس حول توصيل مستشعرات درجة حرارة متكاملة مع خرج تناظري بوحدة تحكم Arduino. يتم تقديم مسودة عمل لميزان الحرارة ، ويتم وصف المعالجة المبرمجة للمعلومات من مستشعرات درجة الحرارة.

الدرس السابق قائمة الدروس الدرس التالي

مع هذا المنشور ، أبدأ سلسلة من الدروس حول قياس درجة الحرارة في نظام Arduino. في المجموع ، تم التخطيط لأربعة دروس على أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة:

• مستشعرات درجة حرارة متكاملة مع خرج تناظري - LM35 ، TMP35 ، TMP36 ، TMP37 ؛
• مستشعرات درجة حرارة السيليكون من سلسلة KTY81 ؛
• مستشعرات مدمجة بواجهة رقمية بسلك واحد - DS18B20 ؛
• المزدوجات الحرارية (المحولات الحرارية).

سأخبرك في كل درس:

• باختصار حول مبدأ التشغيل ومعلمات أجهزة استشعار درجة الحرارة ؛
• على مخططات توصيل مجسات درجة الحرارة بالميكروكونترولر ؛
• سأخبرك عن معالجة البرامج للمعلومات من مستشعرات درجة الحرارة ؛
• سأقدم رسمًا تخطيطيًا لميزان حرارة يعتمد على لوحة Arduino والبرامج الخاصة به.

سينظر كل درس في مشروع مقياس حرارة يعتمد على عمل وحدة تحكم Arduino:

• في الوضع المستقل مع إخراج المعلومات على مؤشر LED ؛
• في وضع الاتصال بالكمبيوتر ، والذي لا يسمح فقط بعرض درجة الحرارة الحالية ، ولكن أيضًا بتسجيل التغيرات في درجات الحرارة مع إخراج البيانات في شكل رسومي.

مستشعرات درجة حرارة متكاملة مع خرج جهد تناظري.

مع كل هذه الأجهزة المتنوعة ، فإن الصفات العامة التالية متأصلة فيها:

• الجهد الناتج يتناسب خطيًا مع درجة الحرارة ؛
• تحتوي المستشعرات على عامل مقياس معاير لاعتماد جهد الخرج على درجة الحرارة ؛ المعايرة الإضافية غير مطلوبة.

ببساطة ، لقياس درجة الحرارة باستخدام مستشعرات من هذا النوع ، من الضروري قياس الجهد عند الخرج ، ومن خلال عامل القياس ، تحويله إلى درجة حرارة.

هناك العديد من أجهزة الاستشعار الحرارية التي تندرج ضمن هذه الفئة. أود أن أبرز الأنواع التالية من أجهزة استشعار درجة الحرارة:

• LM35 ؛
• TMP35 ؛
• TMP36 ؛
• TMP37.

هذه هي الأجهزة الأكثر شيوعًا ودقة إلى حد ما وغير مكلفة. لقد كتبت مقالات حول هذه المستشعرات. يمكنك إلقاء نظرة على الروابط LM35 و TMP35 و TMP36 و TMP37. يتم وصف جميع المعلمات والخصائص التقنية للأجهزة وأنظمة الاتصال النموذجية بالتفصيل هناك.

توصيل مستشعرات درجة الحرارة بجهاز تحكم دقيق.

الأكثر ملاءمة لاستخدام أجهزة الاستشعار في حزمة TO-92.

يبدو مخطط الأسلاك للأجهزة في حزمة TO-92 على هذا النحو.

ستعمل جميع المستشعرات المدرجة وفقًا لهذا المخطط. يمكن العثور على معلومات حول المخططات الأخرى لتشغيل مستشعرات درجة الحرارة على الروابط LM35 و TMP35 و TMP36 و TMP37.

المعلمات الأساسية ، اختلافات أجهزة الاستشعار.

الاختلافات الأساسية بين أجهزة الاستشعار المدرجة عن بعضها البعض هي:

• TMP36 هو الوحيد من مستشعرات درجة الحرارة المدرجة القادرة على قياس درجات الحرارة السلبية.
• أجهزة الاستشعار لها نطاقات مختلفة لقياس درجة الحرارة.

نحن نتحدث عن أجهزة استشعار درجة الحرارة متصلة وفقًا للرسم البياني أعلاه. على سبيل المثال ، هناك دائرة تبديل LM35 تسمح لك بقياس درجات الحرارة السالبة. لكن تنفيذه أكثر صعوبة ويتطلب طاقة إضافية. من الأفضل استخدام TMP36 لدرجات الحرارة السلبية.

لقد لخصت المعلمات الرئيسية لأجهزة استشعار درجة الحرارة LM35 و TMP35 و TMP36 و TMP37 لهذه الدائرة في جدول.

نوع	نطاق قياس درجة الحرارة ، درجة مئوية	جهد الإخراج ، بالسيارات	عامل النطاق ، بالسيارات / درجة مئوية	جهد الإخراج عند +25 درجة مئوية ، بالسيارات
LM35 ، LM35A	0 … + 150	0	10	250
LM35C ، LM35CA	0 … + 110	0	10	250
LM35D	0 … + 100	0	10	250
TMP35	+ 10 … + 125	0	10	250
تمب 36	— 40 … + 125	500	10	750
TMP37	+ 5 … + 100	0	20	500

بالنسبة لجميع مستشعرات درجة الحرارة ، يمكن أن يكون جهد الخرج موجبًا فقط ، ولكن نظرًا للتحيز ، فإن TMP36 قادر على قياس درجات الحرارة السلبية. يتوافق الجهد الصفري عند خرجه مع درجة حرارة -40 درجة مئوية ، وبجهد خرج 0.5 فولت ، ستكون درجة الحرارة 0 درجة مئوية. أجد أن TMP36 هو مستشعر درجة الحرارة التناظري الأكثر سهولة في الاستخدام وأنا أستخدمه على نطاق واسع.

مشروع اردوينو لميزان الحرارة على مستشعرات درجة الحرارة LM35 ، TMP35 ، TMP36 ، TMP37.

سنطور مقياس حرارة من شأنه:

• في الوضع المستقل ، اعرض قيمة درجة الحرارة على مؤشر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) المكون من أربعة أرقام.
• أرسل قيمة درجة الحرارة الحالية إلى الكمبيوتر. يمكنك مراقبته باستخدام شاشة المنفذ التسلسلي Arduino IDE.
• بمساعدة برنامج خاص عالي المستوى (كتبته): اعرض درجة الحرارة المقاسة على شاشة الكمبيوتر.
• تسجيل التغيرات في درجات الحرارة وعرضها بيانيا.

دائرة ميزان الحرارة على أساس لوحة Arduino UNO R3.

من الضروري الاتصال بلوحة Arduino:

• مؤشر LED مكون من أربعة أرقام من سبعة أجزاء في وضع تعدد الإرسال ؛
• مستشعر درجة الحرارة TMP36 أو ما شابه.

اخترت نوع مؤشر LED GNQ-3641BUE-21. إنه مشرق ، الحجم الأمثل لهذه المهمة. لقد قمنا بتوصيله بلوحة Arduino في الدرس 20. في هذا الدرس ، يمكنك رؤية الوثائق الخاصة بالمؤشر ومخططات الاتصال. يوجد أيضًا وصف للمكتبة للتحكم في مؤشرات LED المكونة من سبعة أجزاء.

تبدو دائرة مقياس الحرارة القائمة على لوحة Arduino UNO R3 هكذا.

مؤشر LED متصل بوحدة التحكم في وضع تعدد الإرسال (الدرس 19 ، الدرس 20).

مستشعر درجة الحرارة متصل بمدخل تناظري A0. مكثف C1 - منع إمداد الطاقة للمستشعر ، R1 و C2 - أبسط مرشح تناظري. إذا تم تثبيت مستشعر درجة الحرارة بالقرب من المتحكم الدقيق ، فيمكن استبعاد الفلتر من الدائرة.

تسمح TMP35 و TMP36 و TMP37 بالعمل على حمولة بسعة تصل إلى 10 nF و LM35 - لا تزيد عن 50 pF.لذلك ، إذا كان المستشعر متصلاً بوحدة التحكم بخط طويل ذو سعة كبيرة ، فيجب تثبيت المقاوم R1 على جانب المستشعر ، والمكثف C2 على جانب وحدة التحكم. يتم دائمًا تثبيت مكثف الحجب C1 بجوار مستشعر درجة الحرارة.

في أي حال ، سيتم تنفيذ التصفية الرقمية للإشارة من المستشعر في برنامج التحكم.

لاختباره ، قمت بتجميع الجهاز على لوح التجارب.

حساب درجة الحرارة.

المبدأ بسيط. لحساب درجة حرارة أجهزة الاستشعار LM35 و TMP35 و TMP37 ، يجب عليك:

• اقرأ كود ADC.
• احسب الجهد عند خرج المستشعر مثل Uout = N * Uion / 1024 ، أين
• Uout - الجهد عند إخراج مستشعر درجة الحرارة ؛
• N - كود ADC ؛
• Uion - جهد مصدر الجهد المرجعي (لدائرتنا 5 فولت) ؛
• 1024 - الحد الأقصى لعدد تدرجات ADC (10 بت).

اقسم الجهد عند خرج المستشعر على عامل المقياس.

بالنسبة لمستشعر TMP36 ، اطرح جهد التحيز (0.5 فولت) قبل القسمة على عامل المقياس.

تبدو معادلات حساب درجة الحرارة لأجهزة الاستشعار المختلفة ذات الجهد المرجعي 5 فولت على هذا النحو.

نوع الاستشعار	صيغة حساب درجة الحرارة T (° C) ، بجهد مرجعي 5 فولت ، من كود ADC - N.
LM35 ، TMP35	T = (N * 5/1024) / 0.01
تمب 36	T = (N * 5/1024 - 0.5) / 0.01
TMP37	T = (N * 5/1024) / 0.02

إذا تم استخدام التصفية الرقمية ، فمن الضروري أيضًا مراعاة معاملها. تحتاج أيضًا إلى فهم أن الصيغ مكتوبة بصيغة سهلة الفهم. في برنامج حقيقي ، من الأفضل حساب الجزء الثابت من الصيغة مقدمًا واستخدامه كمعامل. هذا موضح بالتفصيل في الدرس 13. توجد أيضًا معلومات حول القراءة والتصفية الرقمية للإشارة التناظرية.

برنامج ميزان الحرارة اردوينو.

يجب أن يؤدي البرنامج الوظائف التالية:

• قراءة قيم رموز ADC ؛
• متوسطها (الترشيح الرقمي) لزيادة مناعة الضوضاء ؛
• احسب درجة الحرارة من كود ADC ؛
• عرض قيمة درجة الحرارة على مؤشر LED من أربعة أرقام بالتنسيق: تسجيل ؛
• عشرات؛
• الوحدات.
• أعشار درجة مئوية.

نقل قيمة درجة الحرارة إلى الكمبيوتر بتنسيق الأحرف مرة واحدة في الثانية.

يعتمد تطوير البرنامج على المبدأ المعتاد:

• تم تنفيذ مقاطعة مؤقت بفترة 2 مللي ثانية ؛
• في ذلك ، تحدث عملية موازية: تجديد مؤشر LED ؛
• قراءة رموز ADC ومتوسط ​​قيمها ؛
• مؤقتات البرامج.

تحدث عملية غير متزامنة بشكل أساسي:

التزامن من مؤقت البرنامج 1 ثانية ؛

حساب درجة الحرارة

نقل قيمة درجة الحرارة إلى الكمبيوتر.

إذا قرأت الدروس السابقة ، فسيكون كل شيء واضحًا.

يجب توصيل المكتبتين MsTimer2.h و Led4Digits.h. يمكنك تنزيل المكتبات من الدرس 10 والدرس 20. وهناك أيضًا وصف تفصيلي وأمثلة. شاهد الدرس 13 لقياس جهد المدخلات التناظرية.

سأقدم على الفور رسمًا تخطيطيًا للبرنامج.

// مقياس الحرارة ، أجهزة الاستشعار LM35 ، TMP35 ، TMP36 ، TMP37 # تتضمن # تضمين

#define MEASURE_PERIOD 500 // وقت القياس ، * 2 مللي ثانية # تعريف ADC_RESOLUTION 4.8828125 // دقة ADC ، mV (5000 مللي فولت / 1024) # تعريف OFFSET 500. // إزاحة جهد الخرج ، mV (لـ TMP36) # تعريف SCALE_FACTOR 10. / / عامل المقياس ، بالسيارات (لـ TMP36)

وقت int // عداد وقت القياس طويل sumA0 ؛ // متغير لتجميع رموز ADC طويلة avarageTemp ؛ // متوسط ​​قيمة درجة الحرارة (مجموع أكواد ADC ، متوسط ​​القيمة * 500) علم منطقيTempReady ؛ // علامة الاستعداد لدرجة حرارة تعويم قياس درجة الحرارة ؛ // درجة الحرارة المحسوبة ، درجة مئوية

// نوع المؤشر 1 ؛ مخرجات الفئات 5،4،3،2 ؛ دبابيس المقطع 6،7،8،9،10،11،12،13 Led4Digits disp (1، 5،4،3،2، 6،7،8،9،10،11،12،13) ؛

إعداد باطل () {MsTimer2 :: set (2، timerInterrupt) ؛ // قم بتعيين فترة مقاطعة المؤقت على 2 مللي ثانية MsTimer2 :: start () ؛ // تمكين مقاطعة المؤقت Serial.begin (9600) ؛ // تهيئة المنفذ ، السرعة 9600}

حلقة فارغة () {

إذا (flagTempReady == true) {flagTempReady = false ؛ // البيانات جاهزة

// حساب درجة الحرارة = (avarageTemp * ADC_RESOLUTION / 500. - OFFSET) / SCALE_FACTOR ؛

// عرض درجة الحرارة على المؤشر إذا (درجة الحرارة> = 0) {// طباعة درجة الحرارة الإيجابية ((int) (درجة الحرارة * 10.) ، 4 ، 1) ؛ } else {// درجة حرارة سالبة disp.digit [3] = 0x40 ؛ // يتم عرض ناقص طباعة ((int) (درجة الحرارة * -1 * 10.) ، 3 ، 1) ؛ } disp.digit [1] | = 0x80 ؛ // قم بإضاءة نقطة الرقم الثاني // انقل درجة الحرارة إلى الكمبيوتر Serial.println (درجة الحرارة) ؛ }}

// ————————————— معالج المقاطعة 2 مللي ثانية void timerInterrupt () {disp.regen ()؛ // تجديد مؤشر LED

// قياس متوسط ​​وقت درجة الحرارة Count ++ ؛ // +1 عداد متوسط ​​العينات sumA0 + = analogRead (A0) ؛ // مجموع رموز قناة ADC A0

// تحقق من عدد عينات المتوسط ​​إذا (timeCount> = MEASURE_PERIOD) {timeCount = 0 ؛ avarageTemp = sumA0 ؛ // الزائد متوسط ​​القيمة sumA0 = 0 ؛ flagTempReady = صحيح ، // علامة أن النتيجة جاهزة}}

يمكنك تنزيل الرسم من هذا الرابط:

سجل وادفع. فقط 40 روبل. شهريًا للوصول إلى جميع موارد الموقع!

التحميل والتحقق. نبدأ مراقبة المنفذ التسلسلي ونتحقق من البيانات الموجودة على الكمبيوتر.

تم تصميم البرنامج لأجهزة استشعار TMP36 ، ولكن من السهل التكيف مع أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار. للقيام بذلك ، يكفي تغيير قيم عامل المقياس والإزاحة المحددة في بداية البرنامج باستخدام العبارات #define.

نوع الاستشعار	العامل والتحيز
LM35 ، TMP35	# تعريف OFFSET 0. # تعريف SCALE_FACTOR 10.
تمب 36	# تعريف OFFSET 500. # تعريف SCALE_FACTOR 10.
TMP37	# تعريف OFFSET 0. # تعريف SCALE_FACTOR 20.

دقة ودقة ميزان الحرارة.

دقة ADC في دائرتنا هي 5 V / 1024 = 4.88 mV.

دقة ميزان الحرارة:

• عند عامل مقياس 10 مللي فولت / درجة مئوية (مستشعرات LM35 و TMP35 و TMP36) أقل من 0.5 درجة مئوية ؛
• عند معامل تحجيم 20 مللي فولت / درجة مئوية (مسبار TMP37) أقل من 0.25 درجة مئوية.

معلمات لائقة جدا.

أما بالنسبة لخطأ القياس ، فهو أسوأ إلى حد ما.

خطأ القياس لأجهزة الاستشعار نفسها هو:

• لا تزيد عن 0.5 درجة مئوية لـ LM35 ؛
• لا تزيد عن 1 درجة مئوية لـ TMP35 ، TMP36 ، TMP37.

خطأ قياس ADC للوحة Arduino.

في أجهزتنا ، استخدمنا جهدًا مرجعيًا 5 فولت ، أي جهد إمداد الطاقة. في لوحات Arduino UNO R3 ، يتم تشكيل جهد 5 فولت على منظم خطي NCP1117ST50. يمكن الاطلاع على المواصفات بتنسيق PDF على هذا الرابط NCP117.pdf. إن استقرار جهد الخرج لهذه الدائرة المصغرة مرتفع جدًا - 1 ٪.

أولئك. لا يزيد خطأ القياس الكلي لميزان الحرارة عن 2٪.

يمكن زيادتها قليلاً عن طريق قياس الجهد 5 فولت على اللوحة وتعيين دقة ADC في المعلمة ليس على 5 فولت ، ولكن إلى قيمة أكثر دقة. على لوحي ، تبين أن الجهد هو 5.01 فولت. في برنامجي ، تحتاج إلى الإصلاح:

#define ADC_RESOLUTION 4.892578 // دقة ADC ، mV (5010 mV / 1024)

باستخدام مرجع جهد خارجي للوحة Arduino.

ولكن هناك طريقة جذرية لتحسين دقة ودقة قياس ADC. هذا هو استخدام مرجع خارجي للجهد.

المصدر الأكثر شيوعًا للجهد المستقر هو LM431 ، TL431 ، إلخ. سأكتب مقالاً عن هذه الدائرة المصغرة. في الوقت الحالي ، سأقدم رابطًا للمعلومات - LM431.pdf.

سأقدم دائرة التبديل LM431 كجهد مرجعي 2.5 فولت للوحة Arduino.

في البرنامج ، تحتاج إلى تغيير الخط الذي يحدد دقة ADC:

#define ADC_RESOLUTION 2.44140625 // دقة ADC ، mV (2500 mV / 1024)

وفي الإعداد () قم بتوصيل مرجع جهد خارجي:

analogReference (خارجي) ؛ // الجهد المرجعي الخارجي

نتيجة لذلك ، ستنخفض الدقة بمقدار مرتين ، والثبات - بترتيب من حيث الحجم. على الرغم من ذلك ، من أجل تحسين الدقة ، من الضروري قياس الجهد الحقيقي لـ LM431 باستخدام مقياس الفولتميتر وتصحيحه في البرنامج.

يعد هذا التعديل في مقياس الحرارة ضروريًا للغاية إذا تم تشغيل الجهاز من مصدر طاقة غير مستقر بجهد قريب من 5 فولت ، على سبيل المثال ، من البطاريات الجلفانية أو بطارية قابلة لإعادة الشحن. في هذه الحالة ، ليست هناك حاجة للحديث عن استقرار مصدر الطاقة ، وبدون تثبيت مصدر الجهد المرجعي ، سيكون القياس تعسفيًا للغاية.

برنامج ترمومتر عالي المستوى.

إن النظر إلى خطوط الأرقام الجارية في نافذة مراقبة Arduino IDE سرعان ما يصبح مملاً. أريد فقط أن أرى قيمة درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل الاستخدام العملي لمقياس الحرارة مع جهاز كمبيوتر ، يجب تثبيت برنامج Arduino IDE. ليس كل أجهزة الكمبيوتر بها. أيضًا ، غالبًا ما يهتم الأشخاص بتغيرات درجة الحرارة ، وعملية التسخين أو التبريد بمرور الوقت. أود أن أكون قادرًا على تسجيل التغيرات في درجات الحرارة وعرضها بيانياً.

للقيام بذلك ، كتبت برنامجًا بسيطًا من المستوى الأعلى:

• يعرض قيمة درجة الحرارة الحالية ؛
• يسجل تغير درجة الحرارة بتقدير قدره ثانية واحدة ؛
• يعرض معلومات حول التغيرات في درجات الحرارة في شكل رسومي.

يمكن استخدام هذا البرنامج مع كل من مقياس الحرارة من هذه المقالة ومقاييس الحرارة للدروس اللاحقة مع أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار.

البرنامج يعمل تحت أنظمة التشغيل Windows 95، 98، XP، 7. لم أجرب الباقي.

تثبيت التطبيق.

• قم بتنزيل ملف الأرشيف Thermometer.zip:

سجل وادفع. فقط 40 روبل. شهريًا للوصول إلى جميع موارد الموقع!

• قم بفك ضغطه إلى مجلد العمل الخاص بك. يمكنك ترك المجلد من أرشيف Thermometer.

يتكون التطبيق من ملفين:

• Thermometer.exe - ملف قابل للتنفيذ ؛
• Conf.txt - ملف التكوين.

ليست هناك حاجة لتثبيت البرنامج ، فقط قم بتشغيل ملف Thermometer.exe.

توصيل الترمومتر بالكمبيوتر.

يتم تبادل البيانات بين الكمبيوتر وجهاز التحكم من خلال منفذ COM. يمكن أن يكون المنفذ حقيقيًا أو افتراضيًا.

الطريقة الأكثر ملاءمة هي استخدام المنفذ الافتراضي ، الذي تم إنشاؤه بواسطة سائق لوحة Arduino. يظهر المنفذ عندما تكون اللوحة متصلة بالكمبيوتر. لا تحتاج إلى تشغيل Arduino IDE. يمكن الاطلاع على رقم المنفذ: لوحة التحكم -> النظام -> إدارة الأجهزة -> المنافذ (COM و LPT)

لدي COM5.

يمكنك توصيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك عبر نوع من جسر USB-UART. أنا أستخدم وحدات PL2303 USB UART Board. كيفية التوصيل مكتوبة في مقال عن برنامج مراقبة الثلاجة على عنصر بلتيير.

إذا كان الكمبيوتر يحتوي على منفذ COM قياسي (واجهة RS232) ، فلن تحتاج إلى تثبيت أي برامج تشغيل. لتوصيل وحدة التحكم في هذه الحالة ، من الضروري استخدام محول مستوى RS232 - TTL و ADM232 و SP232 و MAX232 وما شابه ذلك.

هناك العديد من خيارات الاتصال. الشيء الرئيسي هو أن منفذ COM ، الظاهري أو الحقيقي ، يتكون على الكمبيوتر.

أول إطلاق للبرنامج.

قبل بدء البرنامج ، يجب أن يكون منفذ COM الظاهري قد تم إنشاؤه بالفعل على الكمبيوتر. ونظرًا لأن المنفذ تم إنشاؤه عند الاتصال بموصل لوحة Arduino ، فهذا يعني أنك تحتاج أولاً إلى توصيل اللوحة بالكمبيوتر.

ثم قم بتشغيل برنامج Thermometer.exe. تتم كتابة بعض منفذ COM في ملف تكوين البرنامج. سيحاول البرنامج فتحه عند بدء التشغيل. إذا لم يعمل ، فسيتم عرض رسالة برقم المنفذ الخاطئ.

انقر فوق "موافق" وسيتم فتح نافذة البرنامج. سيكون هناك شرطات بدلا من درجة الحرارة. ليس هنالك معلومات.

حدد وضع اختيار المنفذ من القائمة (أعلى). سيتم فتح نافذة اختيار.

تعيين رقم المنفذ للوحة الخاصة بك. كل ميناء له حالته المكتوبة. بطبيعة الحال ، تحتاج إلى الاختيار من بين المنافذ التي تحمل علامة "مجانية".

أغلق النافذة. سيتم حفظ منفذ COM المحدد في ملف التكوين وسيتم الاتصال به دائمًا عند بدء تشغيل البرنامج. لا تحتاج إلى ضبط المنفذ في كل مرة تبدأ فيها تشغيل البرنامج.

إذا تم تشغيل اللوحة ، يتم تحميل البرنامج ، كل شيء يعمل بشكل صحيح ، ثم مرة واحدة في الثانية يجب أن يومض مؤشر LED أمام قيمة درجة الحرارة. يومض عند وصول بيانات جديدة.

المسجل.

يوجد مسجل في البرنامج يسمح لك بمراقبة ديناميات التغيرات في درجات الحرارة. يتم تشغيل المُسجل تلقائيًا عند بدء تشغيل البرنامج. يسجل قيم درجة الحرارة بزيادات زمنية قدرها ثانية واحدة. الحد الأقصى لوقت التسجيل هو 30000 ثانية أو 8.3 ساعة.

لعرض نتائج التسجيل ، اضغط على علامة تبويب القائمة "المسجل".

كنت أنا من سخن المستشعر بمكواة لحام.

يمكنك تكبير الجزء عن طريق تحديد منطقة مستطيلة بالضغط على زر الفأرة الأيمن. يجب تحديد المنطقة من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل.

تحديد منطقة بالماوس من اليسار إلى اليمين ، من الأسفل إلى الأعلى سيعيد عرض جميع المعلومات الرسومية. انه سهل.

سيتم استخدام هذا البرنامج في الدروس الثلاثة القادمة مع أنواع أخرى من مشاريع قياس درجة الحرارة.

في الدرس التالي ، سنقوم بقياس درجة الحرارة باستخدام مستشعرات السيليكون من سلسلة KTY81.

الدرس السابق قائمة الدروس الدرس التالي

دعم المشروع

2

مؤلف المنشور

حاليا 5 أيام

إدوارد

139

التعليقات: 1584 المنشورات: 161 تسجيل: 13-12-2015

الثرمستور

الثرمستور هو مقاوم حساس يغير مقاومته الفيزيائية مع درجة الحرارة. عادة ، الثرمستورات مصنوعة من مادة السيراميك شبه الموصلة مثل الكوبالت أو المنغنيز أو أكسيد النيكل ومغطاة بالزجاج. وهي عبارة عن أقراص صغيرة مسطحة ومختومة تتفاعل بسرعة نسبيًا مع أي تغير في درجة الحرارة.

نظرًا لخصائص أشباه الموصلات للمادة ، فإن الثرمستورات لها معامل درجة حرارة سالب (NTC) ، أي تقل المقاومة مع زيادة درجة الحرارة. ومع ذلك ، هناك أيضًا ثرمستورات PTC تزداد مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة.

جدول الثرمستور

مزايا الثرمستورات

• سرعة عالية في الاستجابة للتغيرات في درجات الحرارة والدقة.
• منخفض الكلفة.
• مقاومة أعلى في حدود 2000 إلى 10000 أوم.
• حساسية أعلى بكثير (~ 200 أوم / درجة مئوية) ضمن نطاق درجة حرارة محدود يصل إلى 300 درجة مئوية.

تبعيات درجة الحرارة للمقاومة

يتم التعبير عن اعتماد المقاومة على درجة الحرارة بالمعادلة التالية:

أين أ ، ب ، ج - هذه ثوابت (بشرط الحساب) ، ر - المقاومة في أوم ، تي - درجة الحرارة في كلفن. يمكنك بسهولة حساب التغير في درجة الحرارة من التغير في المقاومة أو العكس.

كيفية استخدام الثرمستور؟

يتم تصنيف الثرمستورات لقيمتها المقاومة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية). الثرمستور هو جهاز مقاوم سلبي ، لذلك فهو يتطلب إنتاج مراقبة جهد الخرج الحالي. كقاعدة عامة ، يتم توصيلها في سلسلة مع مثبتات مناسبة تشكل مقسم جهد رئيسي.

مثال: النظر في الثرمستور بقيمة مقاومة 2.2K عند 25 درجة مئوية و 50 أوم عند 80 درجة مئوية. يتم توصيل الثرمستور في سلسلة بمقاوم 1 كيلو أوم من خلال مصدر 5 فولت.

لذلك ، يمكن حساب جهد الخرج على النحو التالي:

عند 25 درجة مئوية ، RNTC = 2200 أوم ؛

عند 80 درجة مئوية ، RNTC = 50 أوم ؛

ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أنه عند درجة حرارة الغرفة ، تختلف قيم المقاومة القياسية باختلاف الثرمستورات ، لأنها غير خطية. يحتوي الثرمستور على تغير أسي في درجة الحرارة ، وبالتالي ثابت بيتا ، والذي يستخدم لحساب مقاومته لدرجة حرارة معينة. يرتبط جهد خرج المقاوم ودرجة الحرارة ارتباطًا خطيًا.

التوصيل بلوحة اردوينو

كما ذكرنا أعلاه ، يمكن توصيل مستشعر درجة الحرارة DS18B20 بلوحة Arduino بطريقتين (مباشرة وطفيلية). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعليق واحد أو مجموعة كاملة من أجهزة الاستشعار على مدخل واحد من Arduino. لنبدأ بأبسط خيار. يوضح الشكل أدناه الدائرة لتوصيل مستشعر واحد مباشرة بـ Arduino Nano.

الشكل №3 - مخطط التوصيل المباشر لمستشعر واحد

كل شيء بسيط هنا. نقوم بتشغيل DS18B20 من لوحة Arduino نفسها ، ونوفر 5 فولت إلى دبوس Vdd الخاص بالمستشعر. بنفس الطريقة ، نقوم بتوصيل دبابيس GND ببعضها البعض. قم بتوصيل الطرف الأوسط من المستشعر الحراري ، على سبيل المثال ، بدبوس D2 في Arduino Nano. يمكنك توصيل إخراج البيانات (DQ) بأي إدخال اردوينو تقريبًا ، بعد كتابة رقمه مسبقًا في الرسم التخطيطي. النقطة الوحيدة والأكثر أهمية التي يجب الانتباه إليها هي وجود مقاوم 4.7 كيلو بين زائد مصدر الطاقة وخط بيانات مستشعر درجة الحرارة. يعمل هذا المقاوم على سحب خط البيانات إلى وحدة منطقية وسيؤدي غيابه إلى حدوث خلل في خوارزمية تبادل المعلومات. قيمة 4.7k ليست حرجة للغاية ويمكن تغييرها في حدود معينة ، والشيء الرئيسي هو عدم الانجراف.

من خلال الاتصال المباشر بمستشعر واحد ، أصبح كل شيء واضحًا ، والآن سننظر في الاتصال المباشر لمجموعة من المستشعرات بدبوس واحد من Arduino. يوضح الشكل 4 مثالاً لتوصيل 5 مستشعرات DS18B20. يمكن أن يكون هذا الرقم موجودًا ويقتصر فقط على الإطار الزمني لاستقصاء كل منهم (750 مللي ثانية)

الشكل 4 - توصيل مجموعة من مجسات DS18B20

كما ترون من الشكل أعلاه ، فإن جميع المستشعرات الموجودة في الحافلة متصلة بالتوازي ويوجد مقاوم سحب واحد للمجموعة بأكملها. على الرغم من أن التغييرات في الدائرة منطقية وضئيلة ، إلا أن العمل مع العديد من مستشعرات درجة الحرارة يكون أكثر صعوبة من حيث تجميع البرنامج. في هذه الحالة ، من الضروري معالجة كل واحدة على حدة باستخدام عناوين فريدة.سيتم مناقشة برمجة كل وضع لاحقًا.

يختلف وضع إمداد الطاقة الطفيلية عن الوضع المباشر في أن المستشعرات تتلقى الطاقة مباشرة من خط البيانات ، دون استخدام 5 فولت مباشر. في هذه الحالة ، يتم توصيل دبابيس Vdd و GNG لكل مستشعر درجة حرارة ببعضهما البعض. تظهر هذه العملية بشكل أكثر وضوحًا في الشكل 5.

الشكل 5 - توصيل مستشعر واحد ومجموعة من المستشعرات في وضع إمداد الطاقة الطفيلية من خط البيانات.

كما في المخططات السابقة ، يوجد هنا مقاوم 4.7 كيلو ، والذي يلعب في هذه الحالة دورًا مزدوجًا ، أي: سحب خط البيانات إلى المنطق "1" وتشغيل المستشعر نفسه. يتم توفير إمكانية هذا التضمين من خلال دائرة خاصة مدمجة في DS18B20 ومكثف عازلة Cpp (الشكل 2). يسمح لك هذا أحيانًا بحفظ سلك واحد في الحلقة المشتركة لتوصيل مجموعة من مستشعرات درجة الحرارة ، والتي تلعب دورًا مهمًا في بعض المشاريع.

بعد التفكير في دوائر التبديل ، حان الوقت للانتقال إلى البرمجة وهنا يمكنك الذهاب بثلاث طرق:

• استخدام المكتبات الجاهزة والمثبتة للعمل مع DS18B20 ؛
• التواصل مع المستشعر مباشرة من خلال قائمة الأوامر المثبتة ؛
• اكتب مكتبتك ذات المستوى المنخفض ، بما في ذلك وظائف لنقل بتات البيانات حسب الفترات الزمنية ، الواردة في الوثائق الفنية.

الخيار الثالث هو الأصعب ويتطلب دراسة كمية كبيرة من المعلومات. في إطار هذه المقالة ، سيتم النظر في الخيارين الأولين.

أجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومة

أجهزة استشعار مقاومة درجات الحرارة (RTDs) مصنوعة من معادن نادرة ، مثل البلاتين ، والتي تختلف مقاومتها الكهربائية باختلاف درجة الحرارة.

كاشفات درجة الحرارة المقاومة لها معامل درجة حرارة موجب ، وعلى عكس الثرمستورات ، توفر دقة قياس درجة حرارة عالية. ومع ذلك ، لديهم حساسية ضعيفة. Pt100 هو أكثر المستشعرات المتاحة على نطاق واسع بقيمة مقاومة قياسية تبلغ 100 أوم عند 0 درجة مئوية. العيب الرئيسي هو التكلفة العالية.

مزايا أجهزة الاستشعار هذه

• نطاق درجة حرارة واسع من -200 إلى 650 درجة مئوية
• توفير ناتج تيار مرتفع
• أكثر خطية مقارنة بالمزدوجات الحرارية و RTDs

الآراء

يتم تصنيف أجهزة استشعار الحرارة وفقًا لمعايير مختلفة. اعتمادًا على التثبيت ، فهي مدمجة وخارجية.

للأرضيات الكهربائية

من السهل تصميم وصيانة المنظمين الميكانيكيين. إنها مناسبة للمساحات الصغيرة. يتم التعديل باستخدام عجلة أو مفتاح. بعض الموديلات مجهزة بوظيفة قفل الأطفال.

العيب الوحيد هو عدم وجود تحكم دقيق في درجة الحرارة.

لأرضيات المياه

النماذج الإلكترونية مثالية لتنظيم حرارة قاع الماء. يمكنهم التحكم في درجة الحرارة على مستوى الأرض أو في الداخل. مجهزة بشاشة ، يتم التحكم باستخدام الأزرار. تتيح لك وحدة التحكم الإلكترونية ضبط درجة حرارة الأرضية بدقة أكبر.

لأرضيات الأشعة تحت الحمراء

يمكن أن يؤدي استخدام منظم الحرارة الرقمي مع مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 70٪. يتم التحكم باستخدام شاشة اللمس.

النماذج باهظة الثمن لها وظيفة برمجة. تصل التكلفة إلى 500 دولار. يمكن التحكم في بعض الموديلات عبر الإنترنت.

أرضيات الأشعة تحت الحمراء

يتم تركيب مستشعر درجة حرارة التدفئة تحت الأرضية بالأشعة تحت الحمراء وفقًا لنفس المبدأ كما هو الحال في الأرضيات الكهربائية.

يتم وضعها بين مكونات التسخين في أنبوب بلاستيكي. أو 15 سم من حافة الفيلم إلى شريط الجرافيت باستخدام شريط الألمنيوم.

الحرارية

تستخدم مستشعرات درجة الحرارة المزدوجة الحرارية بشكل شائع لأنها دقيقة ، وتعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة من -200 درجة مئوية إلى 2000 درجة مئوية ، وهي غير مكلفة نسبيًا. مزدوج حراري بسلك وقابس في الصورة أدناه:

عملية المزدوجة الحرارية

يتكون المزدوج الحراري من معدنين غير متماثلين ملحومين معًا لإنتاج فرق جهد على درجة الحرارة.من اختلاف درجة الحرارة بين التقاطعين ، يتم إنشاء جهد يستخدم لقياس درجة الحرارة. يسمى فرق الجهد بين الوصلات بتأثير سيبيك.

إذا كان كلا المركبين في نفس درجة الحرارة ، فإن احتمال الاختلاف في المركبات المختلفة هو صفر ، أي V1 = V2. ومع ذلك ، إذا كانت الوصلات في درجات حرارة مختلفة ، فإن جهد الخرج بالنسبة لفرق درجة الحرارة بين الوصلات سيكون مساويًا لفرق V1 - V2.