Steinhart-Hart коррекциялоочу жана температуралык сигнализациялуу ESP32 NTP температуралуу зонд бышыруучу термометр .: 7 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

"Алдыдагы долбоорду" аяктоо үчүн дагы эле саякатта, "ESP32 NTP температуралык зонд бышыруу термометрин Стейнхарт-Харт менен коррекциялоо жана температура сигнализациясы"-бул менин сыйымдуу тийүүмө NTP температурасы зондун, пьезо сигналын жана программалык камсыздоону кантип кошконумду көрсөтүүчү көрсөтмө. ESP32 Capacitive Touch Input "Металлдык тешикчелерди" колдонуп баскычтар үчүн "программалоочу температура сигнализациясы бар жөнөкөй, бирок так бышыруучу термометрди түзүү.

Үч сыйымдуу сенсордук баскыч температура сигналынын деңгээлин коюуга мүмкүндүк берет. Ортодогу баскычты басуу "Сигналдын температурасын коюу" дисплейин көрсөтөт, бул сигналдын температурасын төмөндөтүү же жогорулатуу үчүн сол жана оң баскычтарды иштетет. Сол баскычты басуу жана коё берүү ойготкучтун температурасын бир градуска төмөндөтөт, ал эми сол баскычты басып кармап туруу кое берилгенге чейин тынымсыз сигналдын температурасын төмөндөтөт. Ошо сыяктуу эле, оң баскычты басуу жана кое берүү ойготкучтун температурасын бир градуска жогорулатат, ал эми оң баскычты басып кармап туруу кое берилгенге чейин тынымсыз сигналдын температурасын жогорулатат. Сигналдын температурасын тууралоону бүтүргөндөн кийин, жөн гана температура дисплейине кайтуу үчүн борбордук баскычты кайра басыңыз. Качан болбосун, температура сигналдык температурага барабар же андан жогору болсо, пьезо үнү угулат.

Жана айтылгандай, NTP температурасы зонду дизайнда Стейнхарт-Харт теңдемелери жана температуранын так көрсөткүчтөрү үчүн зарыл болгон коэффициенттер менен бирге колдонулат. Мен 1-кадамга Стейнхарт-Харт теңдемесинин, Стейнхарт-Харт коэффициенттеринин, чыңалуу бөлүштүргүчтөрүнүн жана алгебранын өтө эле толук түшүндүрмөсүн киргиздим (бонус катары, мен аны окуган сайын уктап калам, демек, 1 -кадамды өткөрүп жиберип, түз эле 2 -кадамга өтүңүз: Электрониканы чогултуу, албетте, сизге уйку керек болбосо).

Эгерде сиз бул тамак бышыруучу термометрди курууну чечсеңиз, менчиктештирүү жана 3D басып чыгаруу үчүн мен төмөнкү файлдарды киргиздим:

• Дизайн үчүн программалык камсыздоону камтыган Arduino файлы "AnalogInput.ino".
• Autodesk Fusion 360 кад файлдары иштин кандай иштелип чыкканын көрсөтөт.
• Cura 3.4.0 STL файлдары "Case, Top.stl" жана "Case, Bottom.stl" 3D басып чыгарууга даяр.

Сизге Arduino чөйрөсү, ошондой эле ширетүү көндүмдөрү жана жабдуулары менен таанышуу керек болот, жана андан тышкары калибрлөө үчүн так санариптик омметрлерге, термометрлерге жана температура булактарына жетүү керек болушу мүмкүн.

Адаттагыдай эле, мен, балким, бир же эки файлды унутуп койгом, же дагы ким билет, андыктан кандайдыр бир суроолор болсо, сураныч, тартынбаңыз, анткени мен көп ката кетирем.

Электроника карандаш, кагаз жана Radio Shack EC-2006a (Кат. No65-962а) күн батареялары менен иштелип чыккан.

Программа Arduino 1.8.5 аркылуу иштелип чыккан.

Корпус Codes 3.4.0 менен кесилген Autodesk Fusion 360 менен иштелип чыккан жана PLAда Ultimaker 2+ Extended жана Ultimaker 3 Extendedде басылган.

Жана бир акыркы эскертүү, мен бул дизайнда колдонулган компоненттердин эч бири үчүн акысыз үлгүлөрдү кошкондо эч кандай түрдө компенсация албайм.

1 -кадам: Математика, Математика жана башка математика: Стейнхарт -Харт, Коэффициенттер жана Резистордук Бөлүүчү

Менин мурунку NTC температура зондун камтыган дизайндарым, резистор бөлүштүргүчтөн келген чыңалууну температурага айландыруу үчүн таблицаны издөө ыкмасын колдонгон. ESP32 он эки биттик аналогдук киргизүүгө жөндөмдүү болгондуктан жана мен тактыкты жогорулатуу үчүн иштеп чыкканым үчүн, чыңалууну температурага которуу үчүн коддогу "Стейнхарт-Харт" теңдемесин ишке ашырууну чечтим.

Биринчи жолу 1968-жылы Жон С. Стейнхарт жана Стэнли Р. Харт тарабынан басылып чыккан Стейнхарт-Харт теңдемеси NTC температурасы зондунун температуралык мамилесине каршылыгын төмөнкүчө аныктайт:

1 / T = A + (B * (журнал (Thermistor)))) + (C * log (Thermistor) * log (Thermistor) * log (Thermistor))

кайда:

• T градус Kelvin болуп саналат.
• A, B, C-Стейнхарт-Харт коэффициенттери (бул тууралуу бир аздан кийин).
• Жана Thermistor - бул учурдагы температурада термистордун термометрдин каршылык көрсөткүчү.

Демек, эмне үчүн бул татаал көрүнгөн Стейнхарт-Харт теңдемеси жөнөкөй NTC температура зондуна негизделген санарип термометр үчүн зарыл? "Идеалдуу" NTC температура иликтөөчүсү чыныгы температуранын сызыктуу каршылык көрсөтүүсүн камсыз кылат, ошондуктан чыңалуу киргизүү жана масштабдоо менен байланышкан жөнөкөй сызыктуу теңдеме температуранын так көрсөтүлүшүнө алып келет. Бирок, NTC температурасы текшергичтери сызыктуу эмес жана WiFi Kit 32 сыяктуу дээрлик бардык бирдиктүү бир такталуу процессорлордун сызыктуу эмес аналогдук кириши менен айкалышканда, сызыктуу эмес аналогдук кириштерди жана такталбаган температура көрсөткүчтөрүн чыгарышат. Стейнхарт-Харт сыяктуу теңдөөнү кылдат калибрлөө менен бирге, NTC температурасы зонддорун колдонуп, бир тактайы аз процессор менен температуранын өтө так көрсөткүчтөрүнө иш жүзүндөгү температуранын өтө жакын болжолун түзүү аркылуу жетүүгө болот.

Ошентип, Стейнхарт-Харт теңдемесине кайтып келели. Теңдеме термистордун каршылыгынын функциясы катары температураны аныктоо үчүн A, B жана C үч коэффициентин колдонот. Бул үч коэффициент кайдан келип чыккан? Кээ бир өндүрүүчүлөр бул коэффициенттерди NTC температура зонддору менен камсыздашат, башкалары жок. Мындан тышкары, өндүрүүчү берген коэффициенттер сиз сатып ала турган так температура зонду үчүн болушу мүмкүн же болбошу мүмкүн, жана, балким, алар белгилүү бир убакыт аралыгында өндүргөн бардык температуралык зонддордун чоң үлгүсүнүн өкүлү. Акыр -аягы, мен бул дизайнда колдонулган иликтөө үчүн коэффициенттерди таба алган жокмун.

Керектүү коэффициенттерсиз, мен Steinhart-Hart Spreadsheet, электрондук таблицага негизделген калькуляторду түздүм, ал NTC температурасы зонду үчүн керектүү коэффициенттерди түзүүгө жардам берет (мен көп жылдар мурун колдонгон окшош веб-эсептегичке шилтемени жоготтум, ошондуктан мен муну түздүм)). Температура иликтөөчүсүнүн коэффициенттерин аныктоо үчүн, мен санариптик омметр менен чыңалуу бөлүштүргүчтө колдонулган 33k каршылыгынын маанисин өлчөөдөн баштайм жана "Резистор" деп аталган электрондук жадыбалдын сары аймагына маанини киргизем. Андан кийин, мен температура иликтөөчүсүн үч чөйрөгө жайгаштырам; биринчи бөлмө температурасы, экинчи муз суу жана үчүнчү кайнак суу, белгилүү так санарип термометр менен бирге, термометрдеги температуранын жана WiFi Kit 32 дисплейинде термистордун киришинин санынын турукташуусу үчүн убакыт берет. Температура да, термистордун кириш саны да стабилдештирилгенде, мен белгилүү так термометр менен көрсөтүлгөн температураны жана WiFi Kit 32 дисплейинде пайда болгон термистордун санын "Термометрден F даражалары" жана "AD" деп аталган электрондук жадыбалдын сары аймагына киргизем. Үч чөйрөнүн ар бири үчүн тиешелүүлүгүнө жараша WiFi Kit 32 "дөн эсептеңиз. Бардык өлчөөлөр киргизилгенден кийин, электрондук жадыбалдын жашыл аймагы Штейнхарт-Харт теңдемеси боюнча талап кылынган А, В жана С коэффициенттерин камсыз кылат, алар жөн гана көчүрүлүп, баштапкы кодго чапталат.

Мурда айтылгандай, Стейнхарт-Харт теңдемесинин чыгышы Кельвин градусунда жана бул дизайн Фаренгейт градусун көрсөтөт. Келвин градусунан Фаренгейт градусына которуу төмөнкүдөй:

Биринчиден, Стейнхарт-Харт теңдемесинен 273.15 (градус Кельвин) чыгарып, Цельсий градусына Кельвинди айландырыңыз:

Даражалар C = (A + (B * (лог (Thermistor)))) + (C * log (Thermistor) * log (Thermistor) * log (Thermistor))) - 273.15

Экинчиден, Цельсий градусын Фаренгейт градусына төмөнкүдөй которуңуз:

Даражалар F = ((Даражалар C * 9) / 5) + 32

Стейнхарт-Харт теңдемеси жана коэффициенттери бүткөндөн кийин, резистордун бөлүнүүчү чыгарылышын окуу үчүн экинчи теңдеме талап кылынат. Бул дизайнда колдонулган резистор бөлүштүргүч модели:

vRef <--- Thermistor <--- vOut <--- Резистор <--- Жер

кайда:

• Бул дизайндагы vRef 3.3vdc.
• Thermistor - бул резистор бөлүштүргүчтө колдонулган NTC температурасы.
• vOut - бул резистор бөлүштүргүчтүн чыңалуусу.
• Резистор - бул резисторду бөлүүчүдө колдонулган 33k каршылык.
• Ал эми жер, жакшы, жер.

vOut бул дизайндагы резистордук бөлүштүргүч WiFi Kit 32 аналогдук киришине тиркелет A0 (пин 36) жана каршылык бөлүштүргүчтүн чыңалуусу төмөнкүчө эсептелет:

vOut = vRef * Резистор / (Резистор + Термистор)

Бирок, Стейнхарт-Харт теңдемесинде айтылгандай, термистордун каршылыгынын мааниси резистордун бөлүштүргүчүнүн чыңалуусун эмес, температураны алуу үчүн талап кылынат. Ошентип, термистордун маанисин чыгаруу үчүн теңдемени кайра иретке келтирүү үчүн кичине алгебраны колдонуу керек:

Эки жагын тең "(Resistor + Thermistor)" менен көбөйтүңүз, натыйжада:

vOut * (Резистор + Термистор) = vRef * Резистор

Эки тарапты тең "vOut" менен бөлүңүз, натыйжада:

Резистор + Термистор = (vRef * Резистор) / vOut

Эки жактан тең "Резисторду" алып сал:

Thermistor = (vRef * Resistor / vOut) - Резистор

Акыр -аягы, бөлүштүрүүчү мүлктү колдонуп, жөнөкөйлөтүңүз:

Thermistor = Резистор * ((vRef / vOut) - 1)

WiFi Kit 32 A0 аналогдук кирүү санын 0ден 4095ке чейин алмаштыруу жана vRef үчүн 4096 маанисин алмаштыруу, Стейнхарт-Харт теңдемеси талап кылган термистордун каршылык маанисин камсыз кылган резистор бөлүүчү теңдемеси болуп калат:

Thermistor = Resistor * ((4096 / Analog Input Count) - 1)

Ошентип, математика артыбызда, электрониканы чогулталы.

2 -кадам: Электрониканы чогултуу

Электроника үчүн мен мурун ESP32 Capacitive Touch көрсөтмөсүн чогултуп койгом https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive… Ошол жыйын менен бирге төмөнкү кошумча компоненттер талап кылынат:

• Беш, 4 дюймдук 28awg зымдары (бири кызыл, бири кара, бири сары жана эки жашыл).
• Бир, Маверик "ET-72 Temperature Probe" иликтөөчүсү (https://www.maverickthermometers.com/product/pr-003/).
• Бир, 2,5 мм "телефон" туташтыргычы, панелге орнотуу (https://www.mouser.com/ProductDetail/502-TR-2A).
• Бир, 33k Ом 1% 1/8 ватт резистор.
• Бир, пьезо ызылчасы https://www.adafruit.com/product/160. Эгерде сиз башка пьезо сигналын тандасаңыз, анын ушул спецификацияга дал келишин текшериңиз (чарчы толкун, <= ESP32 учурдагы чыгарылышы).

Кошумча компоненттерди чогултуу үчүн мен төмөнкү кадамдарды жасадым:

• Көрсөтүлгөндөй ар бир 4 дюймдук узундуктун учтары сыйрылып, калайланган.
• Сары зымдын бир учу жана 33к Ом резисторунун бир учу телефон туташтыргычынын "Кеңеш" пинине туташтырылган.
• Кара зымдын бир учу 33к Ом резистордун бош жагына чейин ширетилип, резистордун ашыкча зымы өчүрүлгөн.
• Зымдардын жана резистордун үстүнөн жылуулук тартылган түтүк.
• Кызыл зымдын бир учун телефондун туташтыргычындагы "Жең" казыгына кошту.
• Сары зымдын бош жагын WiFi комплектинин 36 -сына туташтырды.
• Кара зымдын бекер учун WiFi Kit 32деги GND пинине туташтырды.
• Кызыл зымдын бекер учун WiFi Kit 32деги 3V3 төөнөгүчкө кошту.
• Бир жашыл зым пьезо сигналынын бир коргошунга кошулду.
• Калган жашыл зымды пьезо сигналынын калган коргошунга кошту
• Жашыл пьезо зымдарынын бирөөсүнүн бекер учун WiFi Kit 32ге туташтырды.
• Калган жашыл пьезо зымдарынын бекер учун WiFi Kit 32деги GND пинге туташтырды.
• Телефон туташтыргычына температура өлчөгүчүн сайды.

Бардык зымдар бүткөндөн кийин, мен өз ишимди эки жолу текшердим.

3 -кадам: Программаны орнотуу

"AnalogInput.ino" файлы - бул дизайн үчүн программалык камсыздоону камтыган Arduino чөйрөсүнүн файлы. Бул файлдан тышкары, сизге WiFi Kit32 OLED дисплейи үчүн "U8g2lib" графикалык китепканасы керек болот (бул китепкана жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн https://github.com/olikraus/u8g2/wiki караңыз).

U8g2lib графикалык китепканасы Arduino каталогуңузга орнотулган жана "AnalogInput.ino" Arduino чөйрөсүнө жүктөлгөндө, программалык камсыздоону WiFi комплектине 32 жүктөп алып, жүктөп алыңыз. 32 "Температура" деп жазылышы керек, учурдагы температура дисплейдин ортосунда чоң текст менен көрсөтүлөт.

"Сигналдын температурасын коюу" дисплейин көрсөтүү үчүн борбордук баскычты (T5) басыңыз. Киришүүдө сүрөттөлгөндөй, сол баскычты (T4) же оң баскычты (T6) басып ойготкучтун температурасын тууралаңыз. Ойготкучту текшерүү үчүн, ойготкучтун температурасын учурдагы температурага барабар же төмөн кылып тууралаңыз жана сигнал ойготулушу керек. Сигналдын температурасын коюп бүткөндөн кийин, температура дисплейине кайтуу үчүн борбордук баскычты басыңыз.

Программада dProbeA, dProbeB, dProbeC жана dResistor баалуулуктары мен бул дизайнда колдонгон зондду калибрлөө учурунда аныкталган баалуулуктар жана бир нече градуска чейинки температуранын так көрсөткүчтөрүн жаратышы керек. Болбосо, же жогорку тактык керек болсо, анда калибрлөө кийинки.

4 -кадам: NTP Температура Зондун Калибрлөө

Температураны текшерүү үчүн төмөнкү нерселер талап кылынат:

• Бир санарип омметр.
• Белгилүү бир санарип термометр 0 ден 250 градуска чейин F жөндөмдүү.
• Бир стакан муздак суу.
• Бир идиш кайнак суу (абдан, өтө этият болуңуз!).

Чыныгы 33k каршылыгынын наркын алуу менен баштаңыз:

• WiFi Kit 32 тактасынан электр энергиясын алып салыңыз.
• Телефон туташтыргычынан температура өлчөгүчүн алып салыңыз (ошондой эле санариптик омметрге жараша WiFi Kit 32ден кара зымды ажыратуу керек болушу мүмкүн).
• Steinhart-Hart электрондук таблицасын ачыңыз.
• Санариптик омметрдин жардамы менен 33 к омдук резистордун маанисин өлчөп, электрондук жадыбалдагы сары "Резистор" кутусуна жана программалык камсыздоонун "dResistor" өзгөрмөсүнө киргизиңиз. Бул ашыкча көрүнгөнү менен, 33к Ом 1% каршылыгы температуранын дисплейинин тактыгына таасир этиши мүмкүн.
• Температураны текшергичти телефондун туташтыргычына сайыңыз.

Кийинки Стейнхарт-Харт коэффициенттерин алыңыз:

• Белгилүү так санарип термометрди күйгүзүңүз.
• USB күч булагын WiFi Kit 32ге туташтырыңыз.
• "Thermistor Counts" дисплейи пайда болгонго чейин сол (T4) жана оң (T6) баскычтарын бир убакта басып туруңуз.
• Санарип термометрдин жана термистордун дисплейлеринин турукташуусуна уруксат бериңиз.
• Температураны жана термисторду "термометрден F даражасы" жана "бөлмө" катарындагы "AD ESP32ден эсептөө" графаларына киргизиңиз.
• Сандык термометрди да, термистордук зонддорду да муздуу сууга салып, экөөнүн тең турукташуусуна мүмкүнчүлүк бериңиз.
• Температураны жана термисторду "Термометрден F даражасы" жана "Муздак суу" катарындагы "AD ESP32ден эсептейт" графаларына киргизиңиз.
• Санарип термометрди да, термистордун зонддорун да кайнак сууга салып, экөөнүн тең турукташуусуна мүмкүнчүлүк бериңиз.
• Температураны жана термисторду "Термометрден F даражалары" жана "ADS ESP32ден" "Кайнап жаткан суу" катарындагы графаларга киргизиңиз.
• Жашыл "A:" коэффициентин баштапкы коддогу "dProbeA" өзгөрмөсүнө көчүрүү.
• Жашыл "B:" коэффициентин баштапкы коддогу "dProbeB" өзгөрмөсүнө көчүрүү.
• Жашыл "C:" коэффициентин баштапкы коддогу "dProbeC" өзгөрмөсүнө көчүрүңүз.

Программаны түзүп, WiFi Kit 32ге жүктөп алыңыз.

5 -кадам: Делону 3D басып чыгаруу жана жыйынтыктоо

Мен "Case, Top.stl" жана "Case, Bottom.stl" экөөнү.1мм катмар бийиктигинде, 50% толтурууда, эч кандай таянычы жок басып чыгардым.

Корпустун басылышы менен мен электрониканы жана корпусту төмөнкүчө чогулттум:

• Мен зымдарды үч тешикчеден ажыратып, тешиктерди "Case, Top.stl" позициясына бастым, анан зымдарды тешиктерге кайра кошуп, солго (T4), борборго (T5) жана оң жакка көңүл бурдум. (T6) зымдар жана тиешелүү баскычтар.
• Телефон туташтыргычын "Case, Bottom.stl" тегерек тешигине киргизилген гайканы колдонуу менен бекитти.
• Пьезо сигналын телефондун туташтыргычынын жанына орнотулган жана эки тараптуу скотч менен бекитилген.
• WiFi Kit 32ди капкактын астындагы сүйрү тегизделген WiFi Kit 32деги USB портунун капкактын астындагы сүйрү тегиздикке келтирилгенин текшериңиз. жыйын, мага ишениңиз, муну жасабаңыз!).
• Корпустун үстүнкү жыйнагын корпустун астынкы бөлүгүнө бастырып, бурчтарындагы коюу цианоакрилат желиминин кичинекей чекитин колдонуу менен бекитилген.

6 -кадам: Программалык камсыздоо жөнүндө

"AnalogInput.ino" файлы мурунку "https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive-Touch-Buttons/" инструктажынан "Buttons.ino" файлынын өзгөртүүсү. Мен баштапкы үч код бөлүмүн "setup ()", "loop ()" жана "InterruptService ()" зонд жана сигнализация үчүн программалык камсыздоону өзгөртүп койдум жана дагы үч коддук бөлүмдү коштум "Analog ()"), "Buttons ()" жана "Display ()" "loop") тазалоо жана иликтөө жана сигнализация үчүн керектүү программаларды кошуу.

"Аналог ()" термистордун санын массивге окуу үчүн керектүү кодду камтыйт, эсептер массивин орточо, термистордун маанисин түзүү үчүн чыңалуу бөлүштүргүчтү колдонуп, акыры Фаренгейт градусун түзүү үчүн Стейнхарт-Харт теңдемелерин жана температуранын конверсия теңдемелерин колдонот.

"Buttons ()" баскычтарды басууну иштетүү жана ойготкучтун температурасын өзгөртүү үчүн зарыл болгон кодду камтыйт.

"Display ()" OLED дисплейинде маалыматты көрсөтүү үчүн зарыл болгон кодду камтыйт.

Эгерде сизде код же ушул Нускаманын башка аспектилери боюнча кандайдыр бир суроолор же комментарийлер болсо, тартынбастан сураңыз жана мен аларга жооп берүү үчүн болгон аракетимди жумшайм.

Сизге жакты деп үмүттөнөм (жана дагы эле сергексиз)!

7 -кадам: "Алдыдагы долбоор"

Келе жаткан "Intelligrill® Pro" долбоору темеки чеккен эки температуралуу монитор болуп саналат:

• Бул Нускамада камтылган тактыкты жогорулатуу үчүн Стейнхарт-Харт температурасын текшерүүчү эсептөөлөр ("кароо" таблицаларынан айырмаланып).
• Стейнхарт-Харт эсептөөлөрүнөн алынган тактыкты камтыган иликтөөнүн 1 аяктоо үчүн болжолдуу убакыт.
• Экинчи иликтөө, зонд 2, тамеки чеккендердин температурасын көзөмөлдөө үчүн (32ден 399 градуска чейин чектелген).
• Capacitive сенсордук киргизүү башкаруу (мурунку Instructable сыяктуу).
• WIFIге негизделген алыстан мониторинг (туруктуу IP дареги менен, интернет байланышы бар жерден тамеки чеккендердин жүрүшүн көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет).
• Узартылган температура диапазону (32ден 399 градуска чейин).
• Intelligrill® өткөргүчүнүн ичинде да, WiFi жөндөмдүү көпчүлүк байкоочу түзмөктөрдө да аяктоочу сигналдар.
• Температуранын көрсөткүчү F же C градусында.
• Убакыт форматы HH: MM: SS же HH: MM. Батарея дисплейи вольтто же % заряддалган.
• Жана чылым чеккендер үчүн PID чыгаруу.

"Intelligrill® Pro" дагы эле мен иштеп чыккан эң так, өзгөчөлүктөргө толгон жана ишенимдүү HTML негизиндеги Intelligrill® болуу үчүн тесттен өтүүдө. Бул дагы эле сыноодон өтүүдө, бирок тестирлөө учурунда даярдоого жардам берген тамактар менен мен бир нече килограммдан ашык арыктадым.

Дагы, сизге жагат деп ишенем!