Измерване на температура и влажност на Arduino - селекция от начини

За да създадете домашна метеорологична станция или термометър, трябва да научите как да сдвоявате Arduino дъската и устройство за измерване на температура и влажност. Измерването на температурата може да се справи с използване на термистор или цифров сензор DS18B20, но за измерване на влажност използвайте по-сложни устройства - сензори DHT11 или DHT22. В тази статия ще обясним как да измерваме температурата и влажността с помощта на Arduino и тези сензори.

Измерване на термистора

Най-лесният начин да определите температурата е да използвате РТС, Това е вид резистор, чието съпротивление зависи от околната температура. Има термистори с положителен и отрицателен температурен коефициент на съпротивление - PTC (наричани също позистори) и NTC термистори, съответно.

На графиката по-долу виждате температурната зависимост на съпротивлението. Пунктираната линия показва зависимостта за отрицателен TCS термистор (NTC), а плътната линия за положителен TCS термистор (PTC).

Какво виждаме тук? Първото нещо, което ви хваща окото е, че графикът за PTC термистора е нарушен и ще бъде трудно или невъзможно да се измери редица температурни стойности, но графикът за NTC термистора е повече или по-малко равномерен, въпреки че той е очевидно нелинеен. Какво означава това? Използването на NTC термистор е по-лесно да се измери температурата, защото е по-лесно да разберете функцията, чрез която нейните стойности се променят.

За да преобразувате температурата в устойчивост, можете ръчно да премахнете стойностите, но това е трудно да се направи у дома и ви е необходим термометър, за да определите действителните стойности на температурата на средата. В таблиците с данни на някои компоненти такава таблица е дадена например за поредица от NTC термистори от Vishay.

След това можете да организирате превода през клоните, като използвате функцията, ако ... else или смяна. Ако обаче в таблиците с данни няма такива таблици, трябва да изчислите функцията, чрез която съпротивлението се променя с температура.

За да се опише тази промяна, съществува уравнението на Steinhart-Hart.

където A, B и C са константи на термистора, определени чрез измерване на три температури с разлика най-малко 10 градуса по Целзий. В същото време различни източници показват, че за типичен 10 kΩ NTC термистор те са равни на:

B - бета коефициент, той се изчислява въз основа на измерването на съпротивлението за две различни температури. Посочва се или в листа с данни (както е показано по-долу), или се изчислява независимо.

В този случай B се посочва във формата:

Това означава, че коефициентът е изчислен на базата на данни, получени при измерване на съпротивлението при температури от 25 и 100 градуса по Целзий, и това е най-често срещаният вариант. Тогава тя се изчислява по формулата:

B = (ln (R1) - ln (R2)) / (1 / T1 - 1 / T2)

Типична схема на свързване на термистор към микроконтролер е показана по-долу.

Тук R1 е постоянен резистор, термисторът е свързан към източника на захранване, а данните се вземат от средната точка между тях, диаграмата условно показва, че сигналът се подава на щифт A0 - това аналогов вход Arduino.

За да изчислите съпротивлението на термистор, можете да използвате следната формула:

R на термистора = R1⋅ ((Vcc / Voutput) -1)

За да преведете на разбираем за arduino език, трябва да запомните, че arduino има 10-битов ADC, така че максималната цифрова стойност на входния сигнал (напрежение 5V) ще бъде 1023. Тогава, условно:

• Dmax = 1023;

• D е действителната стойност на сигнала.

След това:

R на термистора = R1⋅ ((Dmax / D) −1)

Сега използваме това, за да изчислим съпротивлението и след това да изчислим температурата на термистора, използвайки бета уравнението на език за програмиране за Arduino, Скицата ще е така:

DS18B20

Още по-популярен за измерване на температура с.Ардуино намери цифров сензор DS18B20. Той комуникира с микроконтролера чрез интерфейса с 1 проводник, можете да свържете няколко сензора (до 127) към един проводник и за достъп до тях ще трябва да разберете идентификационния номер на всеки от сензорите.

Забележка: трябва да знаете идентификационния номер, дори ако използвате само 1 сензор.

Схемата за свързване на сензора ds18b20 към Arduino изглежда така:

Има и паразитен режим на захранване - схемата на връзката му изглежда така (имате нужда от два проводника вместо три):

В този режим правилната работа не е гарантирана при измерване на температури над 100 градуса по Целзий.

Цифровият датчик за температурата на DS18B20 се състои от цял ​​набор от възли, като всеки друг SIMS. Можете да гледате вътрешното му устройство по-долу:

За да работите с него, трябва да изтеглите библиотеката на Onewire за Arduino, а за самия сензор се препоръчва да използвате библиотеката DallasTemperature.

Този пример с кодове показва основите на работа с 1 сензор за температура, резултатът в градуси Целзий се извежда през серийния порт след всяко отчитане.

DHT11 и DHT22 - сензори за влажност и температура

Тези сензори са популярни и често се използват за измерване на влажност и околна температура. В таблицата по-долу посочихме техните основни разлики.

Схемата за свързване е доста проста:

• 1 заключение - хранене;

• 2 заключение - данни;

• 3 заключение - не се използва;

• 4 заключение - общата жица.

Ако сензорът ви е направен под формата на модул, той ще има три изхода, но не е необходим резистор - той е вече споен към платката.

За да работим, се нуждаем от библиотеката dht.h, тя не е в стандартния набор, така че трябва да бъде изтеглена и инсталирана в папката библиотеки в папката с ардуино IDE. Той поддържа всички сензори в това семейство:

• DHT 11;

• DHT 21 (AM2301);

• DHT 22 (AM2302, AM2321).

Примерно използване на библиотеката:

заключение

В днешно време създаването на собствена станция за измерване на температура и влажност е много просто благодарение на платформата Arduino. Цената на такива проекти е 3-4 сто рубли. За живота на батерията, а не за изход към компютър, може да се използва показване на символи (описахме ги в скорошна статия), след това можете да изградите преносимо устройство за използване както у дома, така и в колата. Напишете в коментарите какво още бихте искали да научите за прости домашни занаяти на ардуино!

Вижте също по тази тема:Популярни сензори за Arduino - връзка, диаграми, скици