Plan testowania termistora: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Celem tego planu testów jest sprawdzenie, czy możemy zmierzyć temperaturę ludzkiego ciała. Ten plan testów zawiera instrukcje, jak zbudować prosty termometr cyfrowy, skalibrować go, zaprogramować, a następnie użyć go, aby sprawdzić, czy można wykryć symulowaną gorączkę (temperatura 40 stopni Celsjusza).

Krok 1: Krok 1 – Zbierz swoje materiały

Dobry plan testu powinien zawsze zaczynać się od rozłożenia potrzebnych materiałów.

W naszym planie testowania termistorów wymagamy:

Mikrokontroler Arduino Uno

Kabel USB (do połączenia Arduino z komputerem)

Laptop

Termistor

Rezystory (10 000 Ohm)

Deska do krojenia chleba

Zlewka

Woda

Gorący talerz

Taśma

Termometr alkoholowy

Krok 2: Krok 2: Podłączanie obwodu

Kolejnym krokiem jest rozpoczęcie budowy obwodu, który umożliwi pomiar temperatury za pomocą termistora.

Postępuj zgodnie z powyższym schematem, aby podłączyć termistor do Arduino w sposób umożliwiający pomiar temperatury. Jak widać, wyjście 5 V twojego Arduino jest podłączone do twojego termistora. Drugi koniec termistora jest podłączony do rezystora 10kOhm. Wreszcie drugi koniec rezystora 10kOhm jest podłączony do pinu uziemienia w Arduino, uzupełniając obwód.

Zauważysz również żółty przewód, który łączy złącze między termistorem i rezystorem z analogowym pinem wejściowym „A0” w Arduino. Nie zapomnij podłączyć tego przewodu! Ten przewód jest tym, który pozwala Arduino na rzeczywisty pomiar termistora. Bez tego nie uzyskasz żadnych pomiarów.

Krok 3: Krok 3: Programowanie Arduino

Następnym krokiem jest zaprogramowanie Arduino, aby można było rozpocząć pomiary napięcia na termistorze. Aby to zrobić, skopiuj powyższy kod do edytora, a następnie prześlij go na Arduino.

Ten kod pobiera odczyt z termistora raz na sekundę i zapisuje ten odczyt na monitorze szeregowym. Pamiętaj: wartości, które zostaną zapisane na monitorze szeregowym, to wartości napięcia. Aby uzyskać wartości temperatury, będziemy musieli skalibrować urządzenie.

Krok 4: Krok 4: Rejestrowanie danych kalibracyjnych

W tej chwili Twoje Arduino nie generuje wartości temperatury. Musimy go skalibrować, co oznacza wykonanie serii pomiarów napięcia za pomocą Arduino w różnych temperaturach, jednocześnie rejestrując temperatury przy każdym pomiarze napięcia. W ten sposób możemy stworzyć wykres, który po lewej stronie ma wartości napięć, a po prawej temperatury. Na podstawie tego wykresu będziemy mogli wymyślić równanie, które pozwoli nam automatycznie przekonwertować wolty na stopnie.

Aby pobrać dane kalibracyjne, musisz postawić zlewkę pełną wody na gorącej płycie i włączyć ją. Umieść termometr alkoholowy w wodzie i obserwuj, jak temperatura rośnie. Gdy temperatura osiągnie 18 stopni Celsjusza, umieść również termistor w wodzie i włącz Arduino, aby móc odczytać monitor szeregowy.

Gdy temperatura na termometrze wskaże 20 stopni Celsjusza, zapisz tę temperaturę. Obok zapisz odczyt napięcia, który Twoje Arduino nakłada na monitor szeregowy. Gdy termometr wskaże 21 stopni Celsjusza, powtórz to. Powtarzaj to, aż termometr wskaże 40 stopni Celsjusza.

Powinieneś teraz mieć serię wartości napięcia, z których każda odpowiada określonej temperaturze. Wprowadź je do arkusza kalkulacyjnego Excel, jak na powyższym zdjęciu.

Krok 5: Krok 5: Tworzenie krzywej kalibracji

Teraz, gdy wszystkie twoje dane znajdują się w Excelu, użyjemy ich do utworzenia krzywej kalibracji i wygenerowania równania, które pozwoli nam przekonwertować wartości napięcia i temperatury.

W programie Excel zaznacz swoje dane (upewnij się, że wartości napięcia znajdują się po lewej stronie) i wybierz „Wstaw” na pasku narzędzi u góry, a następnie kliknij „Wykres punktowy lub bąbelkowy” w sekcji Wykresy. Powinien pojawić się wykres z serią kropek. Sprawdź dwukrotnie, czy oś Y przedstawia wartości temperatury, a oś X przedstawia wartości napięcia.

Kliknij prawym przyciskiem myszy jeden z punktów danych i wybierz „Formatuj linię trendu”. Pojawi się okno dialogowe. W sekcji „Opcje linii trendu” wybierz „Liniowy”, a następnie na dole zaznacz pole „Wyświetl równanie na wykresie”.

Twój wykres powinien teraz wyglądać jak ten na powyższym zdjęciu. Zapisz to równanie, ponieważ to właśnie zamierzasz zaprogramować w swoim Arduino, aby automatycznie konwertowało napięcie na temperaturę.

Krok 6: Krok 6: Kalibracja systemu

Teraz, po pomyślnym utworzeniu krzywej kalibracji i wyprowadzeniu równania, które umożliwia konwersję wartości napięcia na temperatury, musisz zaktualizować swój kod, aby Arduino drukował wartości temperatury na monitorze szeregowym.

Wróć do kodu Arduino i wprowadź następujące zmiany:

Zamiast określać zmienną „val” jako „int”, nazwij ją „float”. Dzieje się tak, ponieważ „int” oznacza liczbę całkowitą lub liczbę całkowitą. Ponieważ zamierzamy umieścić wartość napięcia zapisaną w "val" przez równanie, musimy pozwolić, aby miała wartości dziesiętne, w przeciwnym razie nasza konwersja będzie niepoprawna. Wywołując "val" jako zmienną "float", upewnimy się, że nasza matematyka działa poprawnie.

Następnie musisz dodać nową linię po "val=analogRead(0);". W tym nowym wierszu napisz: „temperatura pływaka”. Ustanowi to nową zmienną, temperaturę, którą wkrótce wyświetlimy.

Następnym krokiem jest przekształcenie wartości napięcia w „val” na temperaturę, którą możemy przechowywać w „temperaturze”. Aby to zrobić, wróć do równania, które otrzymałeś z krzywej kalibracji. Dopóki napięcie jest na osi X, a temperatura na osi Y wykresu, równanie można przetłumaczyć w następujący sposób: y = a*x + b staje się temperaturą = a*val + b. W następnym wierszu napisz „temperatura = a*val + b”, gdzie „a” i „b” to liczby, które otrzymujesz z równania kalibracji.

Następnie zmień usuń "Serial.println(val)". Nie będziemy patrzeć na samą temperaturę, ale zamiast tego użyjemy instrukcji if, aby zdecydować, czy jesteśmy powyżej określonej temperatury, czy nie.

Na koniec dodamy fragment kodu, który wykorzysta informacje o temperaturze do podjęcia decyzji, czy masz gorączkę. W następnym wierszu napisz:

jeśli (temperatura > 40) {

Serial.println("Mam gorączkę!")

}

Zapisz swój kod i prześlij go do Arduino.

Krok 7: Krok 7: Testowanie urządzenia

Gratulacje! Zbudowałeś teraz termometr cyfrowy, który może mierzyć temperaturę za pomocą termistora i Arduino. Teraz musisz go przetestować pod kątem dokładności.

Ustaw zlewkę ponownie na płycie grzejnej i zacznij podgrzewać wodę. Umieść termometr alkoholowy i termistor w wodzie. Obserwuj monitor seryjny oraz termometr alkoholowy. Gdy na monitorze seryjnym pojawi się komunikat „Masz gorączkę!”, zapisz temperaturę na termometrze alkoholowym i wyłącz płytę grzejną.

Pozwól wodzie ostygnąć do około 32 stopni Celsjusza, a następnie powtórz powyższą procedurę. Zrób to 5 razy i zapisz swoje obserwacje na wykresie podobnym do powyższego.

Krok 8: Krok 8: Oblicz dokładność urządzenia

Teraz, po zarejestrowaniu 5 prób testów, możesz obliczyć, jak daleko urządzenie było od rzeczywistej temperatury.

Pamiętaj, że skonfigurowaliśmy Twoje urządzenie tak, aby wyświetlało „Mam gorączkę!” za każdym razem, gdy wykryje temperaturę wyższą lub równą 40 stopni Celsjusza. Oznacza to, że porównamy wartości termometru alkoholowego do 40 stopni i zobaczymy, jak się różniły.

W programie Excel odejmij 40 od każdej zarejestrowanej wartości temperatury. Daje to różnicę między każdą wartością rzeczywistą a wartościami zmierzonymi. Następnie podziel te wartości przez 40 i pomnóż przez 100. To da nam procentowy błąd dla każdego pomiaru.

Na koniec uśrednij wszystkie swoje błędy procentowe. Ta liczba to Twój ogólny błąd procentowy. Jak dokładne było Twoje urządzenie? Czy błąd procentowy był niższy niż 5%? 1%?