Steinhart-Hart түзету және температура дабылы бар ESP32 NTP температуралық зонд пісіру термометрі: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Әлі де «алдағы жобаны» аяқтау үшін саяхатта жүрміз, «ESP32 NTP температуралық зонд пісіру термометрі Стейнхарт-Хартпен және температуралық дабылы бар»-бұл NTP температура датчигін, пьезо-дыбыстық сигналды және бағдарламалық қамтамасыз етуді менің сыйымдылыққа қалай қосатынымды көрсететін нұсқаулық. Бағдарламаланатын температура дабылы бар қарапайым, бірақ дәл пісіру термометрін жасау үшін «түймелерге арналған металды тесіктерді» қолданып ESP32 сыйымдылықты сенсорлық енгізу.

Үш сыйымдылықты сенсорлық түймелер температураның дабыл деңгейін орнатуға мүмкіндік береді. Ортаңғы түймені басу «Дабыл температурасын орнату» дисплейін көрсетеді, сол және оң жақ түймешіктер дабыл температурасын тиісінше төмендетуге немесе жоғарылатуға мүмкіндік береді. Сол жақ түймені басу және жіберу дабыл температурасын бір градусқа төмендетеді, ал сол түймешікті басып тұру дабыл температурасын босатылғанға дейін үздіксіз төмендетеді. Сол сияқты, оң жақ батырманы басу және жіберу дабыл температурасын бір градусқа жоғарылатады, ал оң жақ түймешікті басып ұстап тұру дабыл температурасын босатылғанға дейін үздіксіз жоғарылатады. Дабыл температурасын реттеуді аяқтағаннан кейін температура дисплейіне оралу үшін ортаңғы түймені қайтадан басыңыз. Кез келген уақытта температура дабыл температурасына тең немесе одан жоғары болса, пьезо -дыбыстық сигнал естіледі.

Жоғарыда айтылғандай, NTP температуралық датчигі дизайнда Стейнхарт-Харт теңдеулерімен және температураның дәл оқылуы үшін қажетті коэффициенттермен бірге қолданылады. Мен 1-қадамға Стейнхарт-Харт теңдеуінің, Стейнхарт-Харт коэффициенттерінің, кернеу бөлгіштерінің және алгебра туралы тым толық сипаттама енгіздім (бонус ретінде, мен оны оқыған сайын ұйықтап қаламын, сондықтан сіз 1 -қадамды өткізіп жіберіңіз және 2 -қадамға өтіңіз: электрониканы жинау, егер сізге ұйықтау қажет болмаса).

Егер сіз осы пісіру термометрін жасауды шешсеңіз, баптау және 3D басып шығару үшін мен келесі файлдарды енгіздім:

• Дизайнға арналған бағдарламалық жасақтамасы бар Arduino файлы «AnalogInput.ino».
• Істің қалай жасалғанын көрсететін Autodesk Fusion 360 кад файлдары.
• Cura 3.4.0 STL файлдары «Case, Top.stl» және «Case, Bottom.stl» 3D басып шығаруға дайын.

Сізге Arduino ортасымен, сондай -ақ дәнекерлеу дағдылары мен жабдықтарымен танысу қажет болады, сонымен қатар калибрлеу үшін дәл цифрлық омметрлерге, термометрлерге және температура көздеріне қол жеткізу қажет болуы мүмкін.

Әдеттегідей, мен бір -екі файлды ұмытып қалдым, немесе басқа не біледі, сондықтан егер сізде сұрақтар туындаса, тартынбаңыз, себебі мен қателіктер жіберемін.

Электроника қарындаш, қағаз және Radio Shack EC-2006a (кат. No65-962а) күн батареясынан жасалған калькулятордың көмегімен жасалған.

Бағдарламалық жасақтама Arduino 1.8.5 көмегімен жасалған.

Корпус Cura 3.4.0 көмегімен кесілген Autodesk Fusion 360 көмегімен жасалған және Ultimaker 2+ Extended және Ultimaker 3 Extended PLA форматында басылған.

Және бір соңғы ескерту, мен бұл дизайнда қолданылатын компоненттердің кез келгені үшін ақысыз үлгілерді қоса алғанда, ешқандай формада өтемақы алмаймын.

1 -қадам: математика, математика және басқа математика: Стейнхарт -Харт, коэффициенттер және резисторлық бөлгіштер

Менің NTC температуралық датчигі бар бұрынғы конструкцияларым резисторлық бөлгіштен келетін кернеуді температураға түрлендіру үшін кестені іздеу әдісін қолданды. ESP32 он екі биттік аналогты енгізуге қабілетті болғандықтан, мен дәлдікті жоғарылату үшін жобалағандықтан, кернеуді температураға түрлендіру коды бойынша «Стейнхарт-Харт» теңдеуін енгізуді шештім.

Алғаш рет 1968 жылы Джон С. Стейнхарт пен Стэнли Р. Харт жариялаған Стейнхарт-Харт теңдеуі NTC температуралық зондының температуралық байланысына қарсылығын былай анықтайды:

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

мұнда:

• T - Кельвин градусы.
• A, B, C-Стейнхарт-Харт коэффициенттері (бұл туралы бір сәтте).
• Ал термистор - бұл термистордың ағымдағы температурадағы кедергі мәні.

Неліктен бұл қарапайым Steinhart-Hart теңдеуі қарапайым NTC температуралық зондына негізделген цифрлық термометр үшін қажет? «Идеал» NTC температуралық датчигі нақты температураның сызықтық қарсылық көрінісін береді, осылайша кернеуді енгізу мен масштабтауды қамтитын қарапайым сызықтық теңдеу температураның дәл көрсетілуіне әкеледі. Алайда, NTC температура датчиктері сызықты емес және WiFi Kit 32 сияқты барлық біртұтас платформалы процессорлардың сызықтық емес аналогтық кірістерімен біріктірілгенде сызықтық емес аналогты кірістерді шығарады және осылайша температураның дәл емес көрсеткіштерін шығарады. Стейнхарт-Харт сияқты теңдеуді мұқият калибрлеуді қолдана отырып, төмен температуралы процессоры бар NTC температуралық зондтарын қолдана отырып, температураның жоғары дәл көрсеткіштеріне нақты температураның өте жақын жуықтауы арқылы қол жеткізуге болады.

Сонымен, Стейнхарт-Харт теңдеуіне оралыңыз. Теңдеу температураны термистордың кедергісі ретінде анықтау үшін үш А, В және С коэффициенттерін қолданады. Бұл үш коэффициент қайдан алынған? Кейбір өндірушілер бұл коэффициенттерді NTC температуралық зондтарымен қамтамасыз етеді, ал басқалары жоқ. Сонымен қатар, өндіруші ұсынған коэффициенттер сіз сатып алатын нақты температуралық зонд үшін болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін, және, мүмкін, олар белгілі бір уақыт ішінде өндіретін барлық температуралық зондтардың үлкен үлгісін көрсетеді. Ақырында, мен бұл дизайнда қолданылатын зондтың коэффициенттерін таба алмадым.

Қажетті коэффициенттерсіз мен Steinhart-Hart Spreadsheet кестесін жасадым, ол NTC температурасының зондына қажетті коэффициенттерді құруға көмектеседі (мен көптеген жылдар бұрын қолданған ұқсас веб-калькуляторға сілтемені жоғалттым, сондықтан мен оны жасадым)). Температуралық зондтың коэффициенттерін анықтау үшін мен кернеу бөлгіште қолданылатын 33к резистордың мәнін цифрлық омметрмен өлшей бастаймын және мәнді «Резистор» деп белгіленген электрондық кестенің сары аймағына енгіземін. Содан кейін мен температуралық зондты үш ортаға орналастырамын; бірінші бөлме температурасы, екінші мұзды су және үшінші қайнаған су, белгілі дәл цифрлық термометр және термометрдегі температура мен WiFi Kit 32 дисплейінде термистордың кіруін санауға уақыт береді (бұл туралы толығырақ). Температура мен термистордың кіру саны тұрақтандырылғанда, мен нақты термометрмен көрсетілген температураны және WiFi жиынтығының 32 дисплейінде пайда болатын термисторлардың санын «термометрден F градус» және «AD» деп белгіленген электрондық кестенің сары аймағына енгіземін. Үш ортаның әрқайсысы үшін сәйкесінше 32 дюймдік WiFi жиынтығынан есептеңіз. Барлық өлшемдер енгізілгеннен кейін, электрондық кестенің жасыл аймағы Штейнхарт-Харт теңдеуінде қажет болатын А, В және С коэффициенттерін береді, содан кейін олар бастапқы кодқа көшіріледі және қойылады.

Бұрын айтылғандай, Стейнхарт-Харт теңдеуінің шығысы Кельвин градусында және бұл дизайн Фаренгейт градусын көрсетеді. Келвин градусынан Фаренгейт градусына ауыстыру келесідей:

Алдымен, Стейнхарт-Харт теңдеуінен 273,15 (Кельвин градусы) шегеру арқылы Кельвин градусын Цельсий градусына түрлендіріңіз:

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

Екіншіден, Цельсий градусын Фаренгейт градусына келесідей түрлендіріңіз:

F = ((C * 9) / 5) + 32 дәрежелері

Стейнхарт-Харт теңдеуі мен коэффициенттері аяқталғаннан кейін резистордың бөлінгіш шығысын оқу үшін екінші теңдеу қажет. Бұл дизайнда қолданылатын резисторлық бөлгіштің моделі:

vRef <--- Термистор <--- vOut <--- Резистор <--- Жер

мұнда:

• Бұл дизайндағы vRef - 3,3 вольт.
• Термистор - резисторды бөлгіште қолданылатын NTC температуралық зонд.
• vOut - резистор бөлгіштің кернеу шығысы.
• Резистор - резисторды бөлгіште қолданылатын 33 к резистор.
• Ал жер - бұл жер.

Бұл конструкциядағы резисторлық бөлгіштің шығысы WiFi жиынтығы 32 аналогты A0 (пин 36) бекітілген және резисторлық бөлгіштің кернеу шығысы келесідей есептеледі:

vOut = vRef * Резистор / (Резистор + термистор)

Алайда, Стейнхарт-Харт теңдеуінде айтылғандай, термистордың кедергі мәні резисторды бөлгіштің кернеу шығысын емес, температураны алу үшін қажет. Термистордың мәнін шығару үшін теңдеуді өзгерту үшін келесідей кішкене алгебраны қолдану қажет:

Екі жағын да «(резистор + термистор)» көбейтіңіз, нәтижесінде:

vOut * (Резистор + Термистор) = vRef * Резистор

Екі жақты «vOut» арқылы бөліңіз, нәтижесінде:

Резистор + термистор = (vRef * резистор) / vOut

Екі жақтан «резисторды» алып тастаңыз, нәтижесінде:

Thermistor = (vRef * Resistor / vOut) - Резистор

Ақырында, тарату қасиетін қолдана отырып, жеңілдетіңіз:

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

VOut үшін 0-ден 4095-ке дейінгі WiFi жиынтығының 32 A0 аналогтық кіріс санын ауыстыру және 4096 мәнін vRef үшін ауыстыру, Стейнхарт-Харт теңдеуіне қажетті термистордың кедергі мәнін қамтамасыз ететін резисторлық бөлгіш теңдеу болады:

Термистор = Резистор * ((4096 / Аналогты кіріс саны) - 1)

Сондықтан математика артта қалып, электрониканы жинайық.

2 -қадам: электрониканы жинау

Электроника үшін мен бұрын ESP32 Capacitive Touch демонстрациясын жинадым https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive… Бұл құрастыру үшін келесі қосымша компоненттер қажет:

• Бес, 4 дюймдік 28awg сымы (бір қызыл, бір қара, бір сары және екі жасыл).
• Бір, Мавериктің «ET-72 температуралық зонд» зонды (https://www.maverickthermometers.com/product/pr-003/).
• Бір, 2,5 мм «телефон» коннекторы, панельді бекіту (https://www.mouser.com/ProductDetail/502-TR-2A).
• Бір, 33к Ом 1% 1/8 ватт резистор.
• Бір, пьезо -дыбыстық сигнал: https://www.adafruit.com/product/160. Егер сіз басқа пьезо -дыбыстық сигналды таңдасаңыз, оның осы сипаттамаға сәйкес келетініне көз жеткізіңіз (шаршы толқынмен басқарылатын, <= ESP32 ағымдағы шығысы).

Қосымша компоненттерді жинау үшін мен келесі әрекеттерді орындадым:

• Әр 4 дюймдік сымның ұштарын суретте көрсетілгендей алып тастап, қаңылтырлады.
• Сары сымның бір шеті мен 33к Ом резисторының бір ұшы телефон коннекторының «Кеңес» түйреуішіне дәнекерленген.
• Қара сымның бір шетін 33к Ом резистордың бос ұшына дәнекерлеп, резистордың артық сымын кесіп тастады.
• Сымдар мен резистордың үстінен қолданылатын жылу қысқыш түтік.
• Қызыл сымның бір ұшын телефон қосқышындағы «жең» түйреуішіне дәнекерледі.
• Сары сымның бос ұшын WiFi жинағы 32 -ге 36 түйреуішке дәнекерледі.
• Қара сымның бос ұшын WiFi жиынтығындағы 32 GND түйреуішіне дәнекерледі.
• Қызыл сымның бос ұшын WiFi жиынтығындағы 3V3 түйреуішіне дәнекерледі.
• Бір жасыл сым пьезо сигналының бір сымына дәнекерленген.
• Қалған жасыл сымды пьезо сигналының қалған сымына дәнекерледі
• Жасыл пьезо сымдарының бірінің бос ұшын 32 -ші WiFi жиынтығына қосуға дәнекерледі.
• Қалған жасыл пьезо сымдарының бос ұшын WiFi жиынтығы 32 -дегі GND түйреуішіне дәнекерледі.
• Температура датчигін телефон қосқышына жалғаңыз.

Барлық сымдар аяқталғаннан кейін мен өз жұмысымды екі рет тексердім.

3 -қадам: Бағдарламалық жасақтаманы орнату

«AnalogInput.ino» файлы - бұл дизайнға арналған бағдарламалық жасақтамасы бар Arduino ортасы файлы. Бұл файлға қосымша ретінде сізге WiFi Kit32 OLED дисплейі үшін «U8g2lib» графикалық кітапханасы қажет болады (осы кітапхана туралы қосымша ақпарат алу үшін https://github.com/olikraus/u8g2/wiki қараңыз).

Arduino каталогында U8g2lib графикалық кітапханасы орнатылған кезде және Arduino ортасына «AnalogInput.ino» жүктелген кезде, WiFi Kit 32 бағдарламалық жасақтамасын құрастырыңыз және жүктеңіз. Жүктелген және іске қосылғаннан кейін WiFi жиынтығында OLED дисплейінің жоғарғы сызығы. 32 «Температура» деп оқылуы керек, ағымдағы температура дисплейдің ортасында үлкен мәтінмен көрсетіледі.

«Дабыл температурасын орнату» дисплейін көрсету үшін орталық түймені (T5) түртіңіз. Кіріспеде сипатталғандай, дабыл температурасын сол жақ батырманы (T4) немесе оң жақ батырманы (T6) басу арқылы реттеңіз. Дабылды тексеру үшін дабыл температурасын ағымдағы температураға тең немесе төмен етіп реттеңіз және дабыл естілуі керек. Дабыл температурасын орнатуды аяқтағаннан кейін температура дисплейіне оралу үшін орталық түймені түртіңіз.

Бағдарламалық жасақтамадағы dProbeA, dProbeB, dProbeC және dResistor мәндері мен осы дизайнда қолданылған зондты калибрлеу кезінде анықтаған мәндер болып табылады және температураның көрсеткіштерін бірнеше градусқа дейін дәл шығаруы керек. Егер олай болмаса немесе жоғары дәлдік қажет болса, онда калибрлеу келесі.

4 -қадам: NTP температуралық зондының калибрленуі

Температуралық зондты калибрлеу үшін келесі элементтер қажет:

• Бір сандық омметр.
• 0 -ден 250 градусқа дейінгі температураға қабілетті бір дәл сандық термометр.
• Бір стақан мұзды су.
• Бір қазан қайнаған су (өте абай болыңыз!).

33 к резистордың нақты мәнін алу арқылы бастаңыз:

• WiFi Kit 32 тақтасынан қуат көзін ажыратыңыз.
• Температура өлшегішін телефон қосқышынан алыңыз (сонымен қатар, сандық омметрге байланысты WiFi жиынтығы 32-ден қара сымды дәнекерлеу қажет болуы мүмкін).
• Steinhart-Hart электрондық кестесін ашыңыз.
• Цифрлық омметрдің көмегімен 33 к Ом резисторының мәнін өлшеп, оны электрондық кестеде сары «Резистор» өрісіне және бағдарламалық қамтамасыз етудегі «dResistor» айнымалысына енгізіңіз. Бұл шамадан тыс болып көрінсе де, 33км 1% резистор температура дисплейінің дәлдігіне әсер етуі мүмкін.
• Температура өлшегішін телефон қосқышына қосыңыз.

Содан кейін Стейнхарт-Харт коэффициенттерін алыңыз:

• Белгілі дәл цифрлық термометрді қосыңыз.
• USB қуат көзін WiFi жиынтығына 32 қосыңыз.
• Сол жақтағы (T4) және оң жақтағы (T6) түймелерді «Термистор санау» дисплейі шыққанша бір уақытта басып тұрыңыз.
• Сандық термометрдің де, термисторлық санау дисплейінің де тұрақтануына рұқсат етіңіз.
• Температура мен термисторды «Бөлме» жолындағы сары «F градус термометрден» және «AD есептеулері ESP32» бағандарына енгізіңіз.
• Сандық термометрді де, термисторлық зондтарды да мұзды суға салыңыз және екі дисплейдің де тұрақталуына мүмкіндік беріңіз.
• Температура мен термисторды «Термометрден F градус» және «Суық су» жолындағы «AD ESP32 -ден AD санаулары» бағандарына енгізіңіз.
• Сандық термометрді де, термисторлық зондтарды да қайнаған суға салып, екі дисплейдің де тұрақталуына мүмкіндік беріңіз.
• Температура мен термисторды «Қайнаған су» қатарындағы сары «Термометрден F дәрежесі» және «ESP32 -ден AD есептеулері» бағандарына енгізіңіз.
• Жасыл «A:» коэффициентін бастапқы кодтағы «dProbeA» айнымалысына көшіріңіз.
• Жасыл «B:» коэффициентін бастапқы кодтағы «dProbeB» айнымалысына көшіріңіз.
• Жасыл «C:» коэффициентін бастапқы кодтағы «dProbeC» айнымалысына көшіріңіз.

Бағдарламалық жасақтаманы жинап, WiFi жиынтығына 32 жүктеңіз.

5 -қадам: Корпусты 3D басып шығару және соңғы жинақ

Мен «Case, Top.stl» мен «Case, Bottom.stl» екеуін де.1 мм қабат биіктігінде, 50% толтыруда, тіректерсіз басып шығардым.

Корпусты басып шығарғанда мен электроника мен корпусты келесідей жинадым:

• Мен сымдарды үш саңылаудан ажыратып, саңылауларын «Case, Top.stl» күйіне бастым, содан кейін сымдарды саңылауларға қайта дәнекерледім, солға (T4), орталыққа (T5) және оңға мұқият назар аудардым. (T6) сымдар мен сәйкес түймелер.
• Телефон қосқышын «Case, Bottom.stl» ішіндегі дөңгелек тесікке бекітілген гайканы қолданып бекітіңіз.
• Пьезо -дыбыстық сигналды корпустың төменгі бөлігіне телефон қосқышының жанына орналастырып, екі жақты таспамен бекітілген.
• WiFi жиынтығының 32 корпусының төменгі бөлігіндегі орамға жылжытыңыз, WiFi жиынтығындағы USB порты корпустың төменгі жағындағы сопақша тесікке сәйкес келетініне көз жеткізіңіз (WiFi жиынтығын 32 корпусының төменгі жағына орналастыру үшін OLED дисплейін баспаңыз. Ассамблея, маған сеніңіз, мұны жасамаңыз!).
• Жоғарғы корпусты корпустың төменгі бөлігіне қысып, бұрыштарында қалың цианоакрилат желімінің кішкене нүктелерін қолданып бекітілген.

6 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету туралы

«AnalogInput.ino» файлы-«https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive-Touch-Buttons/» алдыңғы нұсқаулығындағы «Buttons.ino» файлының модификациясы. Мен бастапқы үш кодты «setup ()», «loop ()» және «InterruptService ()») зонд пен дабылға арналған бағдарламалық қамтамасыз етуді өзгерттім және «Analog ()» кодының қосымша үш бөлімін қостым., «Түймешіктер ()» және «Дисплей ()» «циклды ()» тазалап, зонд пен дабылға қажетті бағдарламалық қамтамасыз етуді қосады.

«Аналог ()» термистордың санын массивке оқуға, санау жиынын орташа алуға, термистордың мәнін құру үшін кернеу бөлгішті қолдануға және соңында Фаренгейт градусын алу үшін Стейнхарт-Харт теңдеулерін және температураны түрлендіру теңдеулерін қолдануға қажетті кодты қамтиды.

«Түймешіктер ()» батырманы басуды өңдеуге және дабыл температурасын өңдеуге қажет кодты қамтиды.

«Display ()» құрамында OLED дисплейінде ақпаратты ұсынуға қажетті код бар.

Егер сізде код немесе осы нұсқаулықтың басқа аспектісі бойынша сұрақтарыңыз немесе түсініктемелеріңіз болса, сұраудан тартынбаңыз, мен оларға жауап беру үшін бар күшімді саламын.

Сізге ұнады деп үміттенемін (және әлі де ояусыз)!

7 -қадам: «Алдағы жоба»

Алдағы «Intelligrill® Pro» жобасы темекі шегуге арналған қос температуралы монитор болып табылады:

• Осы Нұсқаулыққа енгізілген дәлдікті жоғарылату үшін Стейнхарт-Харт температуралық зондының есептеулері («қарау» кестелерінен айырмашылығы).
• Стейнхарт-Харт есептеулерінен алынған жоғары дәлдікті қамтитын 1-ші зондтың аяқталуының болжамды уақыты.
• Темекі шегетіндердің температурасын бақылауға арналған екінші зонд 2 -зонд (32 -ден 399 градусқа дейін шектелген).
• Сенсорлық кірісті басқарудың сыйымдылығы (алдыңғы нұсқаулықтағыдай).
• WIFI негізіндегі қашықтан бақылау (бекітілген IP -адресі бар, интернет байланысы бар кез келген жерден темекі шегушінің барысын бақылауға мүмкіндік береді).
• Кеңейтілген температура диапазоны (32 -ден 399 градусқа дейін).
• Intelligrill® таратқышында да, WiFi қолдайтын көптеген бақылау құрылғыларында да аяқталатын дыбыстық дабылдар.
• Температура дисплейі F немесе C градусында.
• Уақыт форматы: ЖЖ: АЖ: СС немесе ЖЖ: АА. Батарея дисплейі вольтпен немесе % зарядталған.
• Шылым шегетіндерге арналған PID шығысы.

«Intelligrill® Pro» мен әзірлеген HTML негізіндегі дәл, функционалды және сенімді HTML нұсқасы болу үшін әлі де тестілеуде. Бұл әлі де сынақтан өтіп жатыр, бірақ тестілеу кезінде дайындалуға көмектесетін тамақтан кейін мен бірнеше фунттан артық жинадым.

Тағы да, сізге ұнайды деп сенемін!