Joto la joto la ESP32 NTP Kuchunguza Thermometer na Sauti ya Steinhart-Hart na Alarm ya Joto.: Hatua 7 (na Picha)

2025 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2025-01-23 15:11

Bado kwenye safari ya kukamilisha "mradi ujao", "ESP32 NTP Joto Kuchunguza Kupima Joto na Steinhart-Hart Sahihisho na Joto Alarm" ni Inayoweza kufundishwa inayoonyesha jinsi ninavyoongeza uchunguzi wa joto la NTP, buzzer ya piezo na programu kwa kugusa kwangu kwa uwezo wa Kufundisha " Uingizaji wa Kugusa wa Kugusa wa ESP32 Kutumia "Vifungo Vya Shimo la Metali" kwa Vifungo "kuunda kipimajoto rahisi lakini sahihi cha kupikia na kengele ya joto inayopangwa.

Vifungo vitatu vya kugusa vyenye uwezo wa kuruhusu kiwango cha kengele ya joto kuwekwa. Kubonyeza kitufe cha katikati inaonyesha onyesho la "Weka Joto la Alarm", kuwezesha vifungo vya kushoto na kulia kupunguza au kuongeza joto la kengele mtawaliwa. Kubonyeza na kutoa kitufe cha kushoto kutapunguza kiwango cha joto cha kengele, wakati kubonyeza na kushikilia kitufe cha kushoto kutapunguza joto la kengele hadi kutolewa. Vivyo hivyo, kubonyeza na kutoa kitufe cha kulia kutaongeza kiwango cha joto cha kengele, wakati kubonyeza na kushikilia kitufe cha kulia kutaongeza joto la kengele hadi kutolewa. Unapomaliza kurekebisha hali ya joto ya kengele, gusa tu kitufe cha kituo tena kurudi kwenye onyesho la joto. Wakati wowote joto ni sawa au juu kuliko joto la kengele, buzzer ya piezo itasikika.

Na kama ilivyoelezwa, uchunguzi wa joto wa NTP hutumiwa katika muundo pamoja na hesabu za Steinhart-Hart na coefficients muhimu kwa usomaji sahihi wa joto. Nimejumuisha maelezo ya jumla ya kitenzi cha Steinhart-Hart, coefficients ya Steinhart-Hart, mgawanyiko wa voltage na algebra katika Hatua ya 1 (kama bonasi, inanilaza kila wakati ninapoisoma, ili uweze kutaka ruka Hatua ya 1 na elekea moja kwa moja kwa Hatua ya 2: Kukusanya Elektroniki, isipokuwa ikiwa unahitaji kitanda).

Ikiwa unaamua kujenga kipima joto hiki, kwa usanifu na uchapishaji wa 3D nimejumuisha faili zifuatazo:

• Faili ya Arduino "AnalogInput.ino" iliyo na programu ya muundo.
• Faili za Autadek Fusion 360 cad kwa kesi inayoonyesha jinsi kesi hiyo ilivyoundwa.
• Faili za Cura 3.4.0 STL "Case, Top.stl" na "Case, Bottom.stl" tayari kwa uchapishaji wa 3D.

Utahitaji pia kufahamiana na mazingira ya Arduino pamoja na ustadi wa uuzaji na vifaa, na kwa kuongezea inaweza kuhitaji ufikiaji wa ohmita sahihi za dijiti, vipima joto na vyanzo vya joto vya usanifishaji.

Na kama kawaida, labda nilisahau faili moja au mbili au ni nani anajua ni nini kingine, kwa hivyo ikiwa una maswali yoyote, tafadhali usisite kuuliza kwani mimi hufanya makosa mengi.

Elektroniki zilibuniwa kwa kutumia penseli, karatasi na Redio Shack EC-2006a (Paka. No. 65-962a) kikokotoo kinachotumia jua.

Programu hiyo ilitengenezwa kwa kutumia Arduino 1.8.5.

Kesi hiyo ilitengenezwa kwa kutumia Autodesk Fusion 360, iliyokatwa kwa kutumia Cura 3.4.0, na kuchapishwa katika PLA kwenye Ultimaker 2+ Iliyoongezwa na Ultimaker 3 Iliyoongezwa.

Nakala moja ya mwisho, sipokei fidia kwa njia yoyote, pamoja na lakini sio mdogo kwa sampuli za bure, kwa sehemu yoyote inayotumiwa katika muundo huu.

Hatua ya 1: Math, Math na Math zaidi: Steinhart-Hart, Coefficients, na Resisters Spiderers

Miundo yangu ya mapema iliyojumuisha uchunguzi wa joto wa NTC ilitumia mbinu ya kutafuta meza kwa kubadilisha voltage inayoingia kutoka kwa mgawanyiko wa kipinga hadi joto. Kwa kuwa ESP32 inauwezo wa kuingiza analog kidogo kumi na mbili, na kwa kuwa nilikuwa nikitengeneza usahihi ulioongezeka, niliamua kutekeleza equation ya "Steinhart-Hart" kwa nambari ya ubadilishaji wa voltage na joto.

Iliyochapishwa kwanza mnamo 1968 na John S. Steinhart na Stanley R. Hart, mlingano wa Steinhart-Hart hufafanua upinzani wa uhusiano wa joto wa uchunguzi wa joto wa NTC kama ifuatavyo:

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

wapi:

• T ni digrii Kelvin.
• A, B, C ni coefficients ya Steinhart-Hart (zaidi juu ya hiyo kwa muda mfupi).
• Thermistor ni kipimo cha upinzani cha upimaji wa joto katika joto la sasa.

Kwa hivyo kwanini hii equation inayoonekana ngumu ya Steinhart-Hart ni muhimu kwa uchunguzi rahisi wa joto wa NTC kulingana na kipima joto cha dijiti? Uchunguzi wa joto wa "bora" wa NTC ungetoa uwakilishi wa usawa wa joto halisi, kwa hivyo usawa rahisi wa laini unaojumuisha uingizaji wa voltage na kuongeza utasababisha uwasilishaji sahihi wa joto. Walakini, uchunguzi wa hali ya joto ya NTC sio laini na, ikijumuishwa na pembejeo isiyo sawa ya analojia ya karibu wasindikaji wa bodi moja ya bei ya chini kama vile WiFi Kit 32, hutoa pembejeo zisizo sawa za analog na usomaji wa joto usiofaa. Kwa kutumia mlinganyo kama vile Steinhart-Hart pamoja na upimaji makini, usomaji sahihi wa joto kwa kutumia uchunguzi wa joto wa NTC na processor ya bei moja ya bodi inaweza kupatikana kwa kutengeneza ukaribu wa karibu sana wa joto halisi.

Kwa hivyo kurudi kwenye equation ya Steinhart-Hart. Mlingano hutumia vizuizi vitatu A, B na C kuamua joto kama kazi ya upinzani wa thermistor. Je! Hizi coefficients tatu zinatoka wapi? Watengenezaji wengine hupa coefficients hizi na uchunguzi wao wa joto wa NTC, na wengine hawana. Kwa kuongezea, mtengenezaji hutoa coefficients inaweza au inaweza kuwa sio kwa uchunguzi halisi wa hali ya joto unayoweza kununua, na ni uwezekano wa coefficients anayewakilisha sampuli kubwa ya probes zote za joto wanazotengeneza kwa muda. Na mwishowe, sikuweza kupata coefficients kwa uchunguzi uliotumiwa katika muundo huu.

Bila coefficients zinazohitajika, niliunda Lahajedwali la Steinhart-Hart, kikokotoo cha lahajedwali ambacho kinasaidia katika kutengeneza viboreshaji vinavyohitajika kwa uchunguzi wa joto wa NTC (nilipoteza kiunga na kikokotoo sawa cha wavuti nilichotumia miaka mingi iliyopita, kwa hivyo niliunda hii). Kuamua coefficients ya uchunguzi wa joto, ninaanza kwa kupima thamani ya kontena la 33k linalotumiwa katika mgawanyiko wa voltage na ohmmeter ya dijiti, na ingiza thamani kwenye eneo la manjano la lahajedwali lililoandikwa "Resistor". Ifuatayo, ninaweka uchunguzi wa joto katika mazingira matatu; joto la kwanza la chumba, maji ya barafu ya pili na maji ya kuchemsha ya tatu, pamoja na kipima joto sahihi cha dijiti, na inaruhusu wakati wa joto kwenye kipima joto na hesabu ya pembejeo ya thermistor inayoonekana kwenye onyesho la WiFi Kit 32 (zaidi juu ya hii baadaye) kutuliza. Pamoja na hesabu ya pembejeo ya joto na thermistor imetulia, ninaingiza joto linaloonyeshwa na kipima joto kinachojulikana na hesabu ya thermistor inayoonekana kwenye onyesho la WiFi Kit 32 kwenye eneo la manjano la lahajedwali lililoitwa "Digrii F kutoka kwa Thermometer" na "AD Hesabu kutoka kwa WiFi Kit 32 "mtawaliwa, kwa kila moja ya mazingira hayo matatu. Mara tu vipimo vyote vikiingizwa, eneo la kijani la lahajedwali hutoa coefficients A, B na C zinazohitajika na mlingano wa Steinhart-Hart ambazo zinakiliwa tu na kubandikwa kwenye nambari ya chanzo.

Kama ilivyotajwa hapo awali pato la equation ya Steinhart-Hart iko katika digrii Kelvin, na muundo huu unaonyesha digrii Fahrenheit. Ubadilishaji kutoka digrii Kelvin hadi digrii Fahrenheit ni kama ifuatavyo:

Kwanza, badilisha digrii Kelvin hadi digrii Celsius kwa kutoa 273.15 (digrii Kelvin) kutoka kwa usawa wa Steinhart-Hart:

Digrii C = (A + (B * (logi (Thermistor))) + (C * logi (Thermistor) * logi (Thermistor) * logi (Thermistor))) - 273.15

Na pili, badilisha digrii Celsius hadi digrii Fahrenheit kama ifuatavyo:

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

Pamoja na equation ya Steinhart-Hart na coefficients imekamilika, mlingano wa pili unahitajika kusoma pato la mgawanyiko wa kontena. Mfano wa mgawanyiko wa kontena uliotumiwa katika muundo huu ni:

vRef <--- Thermistor <--- vOut <--- Resistor <--- Ardhi

wapi:

• vRef katika muundo huu ni 3.3vdc.
• Thermistor ni uchunguzi wa joto wa NTC unaotumiwa katika mgawanyiko wa kontena.
• vOut ni pato la voltage ya msuluhishi wa kontena.
• Resistor ni kikaidi cha 33k kinachotumiwa katika mgawanyiko wa kontena.
• Na ardhi iko vizuri.

vKutoka kwa msuluhishi wa mpingaji katika muundo huu umeambatanishwa na Kitengo cha Analog cha Kit 32 cha A0 (pini 36), na pato la voltage ya msuluhishi wa kikaidi huhesabiwa kama ifuatavyo:

vOut = vRef * Resistor / (Resistor + Thermistor)

Walakini, kama ilivyoonyeshwa katika equation ya Steinhart-Hart, thamani ya upinzani ya thermistor inahitajika ili kupata joto, sio pato la voltage ya msuluhishi wa mpingaji. Kwa hivyo kupanga upya equation kutoa pato la thermistor inahitaji matumizi ya algebra kidogo kama ifuatavyo:

Ongeza pande zote mbili kwa "(Resistor + Thermistor)" na kusababisha:

vOut * (Resistor + Thermistor) = vRef * Mpingaji

Gawanya pande zote mbili kwa "vOut" na kusababisha:

Resistor + Thermistor = (vRef * Resistor) / vOut

Ondoa "Resistor" kutoka pande zote mbili na kusababisha:

Thermistor = (vRef * Resistor / vOut) - Mpingaji

Na mwishowe, kwa kutumia mali ya usambazaji, fanya rahisi:

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

Kubadilisha hesabu ya Analog Kit 32 A0 ya hesabu ya 0 hadi 4095 kwa vOut, na kubadilisha nafasi ya 4096 kwa vRef, equation divider resistor inayotoa thamani ya upinzani ya thermistor inayohitajika na equation ya Steinhart-Hart inakuwa:

Thermistor = Resistor * ((4096 / Hesabu ya Kuingiza Analog) - 1)

Kwa hivyo na hesabu nyuma yetu, wacha tukusanye umeme.

Hatua ya 2: Kukusanya Elektroniki

Kwa vifaa vya elektroniki, hapo awali nilikuwa nimekusanya mwonyesho wa ESP32 Capacitive Touch https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive …… Na mkutano huo, vifaa vifuatavyo vya ziada vinahitajika:

• Vipande vitano, 4 "vya waya 28awg (nyekundu moja, nyeusi moja, manjano moja na kijani kibichi).
• Moja, Maverick "ET-72 Probe Probe probe" (https://www.maverickthermometers.com/product/pr-003/).
• Moja, 2.5mm "simu" kontakt, jopo mlima (https://www.mouser.com/ProductDetail/502-TR-2A).
• Moja, 33k ohm 1% 1/8 watt resistor.
• Moja, buzzer ya piezo https://www.adafruit.com/product/160. Ikiwa unachagua buzzer tofauti ya piezo hakikisha inalingana na vipimo vya hii (wimbi la mraba linaloendeshwa, <= pato la sasa la ESP32).

Ili kukusanya vifaa vya ziada, nilifanya hatua zifuatazo:

• Imevuliwa na kubanwa mwisho wa kila urefu wa waya "4 kama inavyoonyeshwa.
• Imeuziwa ncha moja ya waya wa manjano na mwisho mmoja wa kontena la 33k ohm kwa pini ya "Kidokezo" cha kiunganishi cha simu.
• Imeuziwa ncha moja ya waya mweusi hadi mwisho wa bure wa 33k ohm resistor na kukata waya ya ziada ya kupinga.
• Inatumika joto hupunguza neli juu ya waya na kontena.
• Imefungwa ncha moja ya waya nyekundu kwenye pini ya "Sleeve" kwenye kiunganishi cha simu.
• Iliuza mwisho wa bure wa waya wa manjano ili kubandika 36 kwenye Kitengo cha WiFi 32.
• Iliuza mwisho wa bure wa waya mweusi kwenye pini ya GND kwenye Kitengo cha WiFi 32.
• Iliuza mwisho wa bure wa waya nyekundu kwenye pini ya 3V3 kwenye Kitengo cha WiFi 32.
• Iliuza waya moja ya kijani kwa risasi moja ya buzzer ya piezo.
• Iliuza waya iliyobaki ya kijani kwa risasi iliyobaki ya buzzer ya piezo
• Iliuza mwisho wa bure wa moja ya waya za kijani za piezo ili kubandika 32 kwenye WiFi Kit 32.
• Iliuza mwisho wa bure wa waya za kijani za piezo zilizobaki kwenye pini ya GND kwenye WiFi Kit 32.
• Imechomeka uchunguzi wa joto kwenye kiunganishi cha simu.

Na wiring yote imekamilika, niliangalia kazi yangu mara mbili.

Hatua ya 3: Kufunga Programu

Faili "AnalogInput.ino" ni faili ya mazingira ya Arduino iliyo na programu ya muundo. Mbali na faili hii, utahitaji maktaba ya michoro ya "U8g2lib" kwa onyesho la WiFi Kit32 OLED (angalia https://github.com/olikraus/u8g2/wiki kwa habari zaidi juu ya maktaba hii).

Ukiwa na maktaba ya michoro ya U8g2lib iliyosanikishwa kwenye saraka yako ya Arduino, na "AnalogInput.ino" iliyoingizwa kwenye mazingira ya Arduino, tengeneza na upakue programu kwenye Kitengo cha WiFi 32. Mara baada ya kupakuliwa na kuanza, mstari wa juu wa onyesho la OLED kwenye Kitanda cha WiFi 32 inapaswa kusoma "Joto" na joto la sasa lililoonyeshwa kwa maandishi makubwa katikati ya onyesho.

Gusa kitufe cha katikati (T5) kuonyesha onyesho la "Weka Joto la Alarm". Rekebisha joto la kengele kwa kubonyeza kitufe cha kushoto (T4) au kitufe cha kulia (T6) kama ilivyoelezwa katika utangulizi. Ili kujaribu kengele, rekebisha joto la kengele iwe sawa au chini kuliko joto la sasa na kengele inapaswa kulia. Unapomaliza kuweka joto la kengele, gusa kitufe cha kituo ili kurudi kwenye onyesho la joto.

Thamani dProbeA, dProbeB, dProbeC na dResistor katika programu hiyo ni maadili niliyoamua wakati wa upimaji wa uchunguzi niliotumia katika muundo huu na inapaswa kutoa usomaji wa joto sahihi kwa digrii chache. Ikiwa sivyo, au ikiwa usahihi wa juu unahitajika, basi usawazishaji ni unaofuata.

Hatua ya 4: Kupima Uchunguzi wa Joto la NTP

Vitu vifuatavyo vinahitajika kupima uchunguzi wa joto:

• Ohmmeter moja ya dijiti.
• Thermometer moja sahihi inayojulikana yenye uwezo wa digrii 0 hadi 250 F.
• Glasi moja ya maji ya barafu.
• Sufuria moja ya maji ya moto (kuwa mwangalifu sana!).

Anza kwa kupata thamani halisi ya kinzani ya 33k:

• Ondoa nguvu kutoka kwa bodi ya WiFi Kit 32.
• Ondoa uchunguzi wa joto kutoka kwa kiunganishi cha simu (inaweza pia kuwa muhimu kutenganisha waya mweusi kutoka kwa Kitengo cha WiFi 32, kulingana na ohmmeter yako ya dijiti).
• Fungua Lahajedwali la Steinhart-Hart.
• Pima thamani ya kontena la 33k ohm ukitumia ohmmeter ya dijiti na uiingie kwenye sanduku la manjano la "Resistor" kwenye lahajedwali na kwenye "dResistor" inayobadilika katika programu. Ingawa hii inaweza kuonekana kupindukia, mpinzani wa 33k ohm 1% anaweza kuathiri usahihi wa onyesho la joto.
• Chomeka uchunguzi wa joto ndani ya kiunganishi cha simu.

Ifuatayo pata coefficients ya Steinhart-Hart:

• Washa kipima joto sahihi cha dijiti.
• Chomeka chanzo cha umeme cha USB kwenye Kitanda cha WiFi 32.
• Wakati huo huo bonyeza na ushikilie vifungo vya kushoto (T4) na kulia (T6) mpaka onyesho la "Thermistor Counts" litokee.
• Ruhusu vipima joto vya dijiti na thermistor kuhesabu maonyesho kutuliza.
• Ingiza hesabu za joto na thermistor ndani ya "Degrees F kutoka Thermometer" ya manjano na "AD Count kutoka kwa safu za ESP32" kwenye safu ya "Chumba".
• Ingiza kipima joto cha dijiti na kipima joto ndani ya maji ya barafu na uruhusu maonyesho yote yatulie.
• Ingiza hesabu za joto na thermistor ndani ya "Degrees F kutoka Thermometer" ya manjano na "AD Count kutoka kwa safu za ESP32" kwenye safu ya "Maji baridi".
• Ingiza kipima joto cha dijiti na kipima joto ndani ya maji yanayochemka na uruhusu vielelezo vyote viwe sawa.
• Ingiza hesabu za joto na thermistor ndani ya "Degrees F kutoka Thermometer" ya manjano na "AD Count kutoka kwa safu za ESP32" kwenye safu ya "Maji ya kuchemsha".
• Nakili mgawo wa kijani "A:" katika "dProbeA" inayobadilika katika msimbo wa chanzo.
• Nakili kijani "B:" mgawo katika "dProbeB" inayobadilika katika msimbo wa chanzo.
• Nakili mgawo wa kijani "C:" katika "dProbeC" inayobadilika katika msimbo wa chanzo.

Kusanya na kupakua programu kwenye Kitengo cha WiFi 32.

Hatua ya 5: Uchapishaji wa 3D Uchunguzi na Mkutano wa Mwisho

Nilichapisha "Kesi, Juu.stl" na "Kesi, Bottom.stl" kwa urefu wa.1mm, 50% ya ujazo, bila msaada.

Pamoja na kesi iliyochapishwa, nilikusanya vifaa vya elektroniki na kesi kama ifuatavyo:

• Nilibomoa waya kutoka kwenye kuziba tatu za shimo, nikibonyeza kuziba za shimo kwenye nafasi ya "Case, Top.stl", kisha nikauzia tena waya kwenye plugs za shimo, nikigundua kwa uangalifu kushoto (T4), katikati (T5) na kulia (T6) waya na vifungo husika.
• Imelinda kontakt ya simu kwenye shimo la pande zote kwenye "Case, Bottom.stl" ukitumia nati iliyojumuishwa.
• Iliweka buzzer ya piezo kwenye mkutano wa chini karibu na kontakt ya simu, na imehifadhiwa na mkanda wa pande mbili.
• Piga kitanda cha WiFi 32 kwenye nafasi ya mkutano wa chini wa kesi, hakikisha bandari ya USB kwenye Wifi ya Kit 32 iliyokaa sawa na shimo la mviringo kwenye sehemu ya chini ya kesi (USI bonyeza kitufe cha OLED kuweka Wifi ya 32 chini mkutano, niamini kwenye hii, usifanye tu!).
• Bonyeza mkutano wa juu wa kesi kwenye mkutano wa chini wa kesi na upo salama kwa kutumia dots ndogo za gundi nene ya cyanoacrylate kwenye pembe.

Hatua ya 6: Kuhusu Programu

Faili "AnalogInput.ino" ni muundo wa faili "Vifungo. Nimebadilisha sehemu tatu za nambari za asili "kuanzisha ()", "kitanzi ()" na "InterruptService ()" kujumuisha programu ya uchunguzi na kengele, na nimeongeza sehemu zingine tatu za nambari "Analog ()", "Vifungo ()" na "Onyesha ()" kusafisha "kitanzi ()" na kuongeza programu muhimu kwa uchunguzi na kengele.

"Analog ()" ina nambari inayofaa kusoma hesabu ya thermistor katika safu, wastani safu ya hesabu, tumia mgawanyiko wa voltage kutoa thamani ya thermistor na mwishowe utumie hesabu za Steinhart-Hart na hesabu za ubadilishaji wa joto kutoa digrii Fahrenheit.

"Vifungo ()" vina nambari inayofaa kusindika mashinikizo ya vitufe na kuhariri joto la kengele.

"Onyesha ()" ina nambari muhimu ya kuwasilisha habari kwenye onyesho la OLED.

Ikiwa una maswali yoyote au maoni juu ya nambari hiyo, au jambo lingine lolote linaloweza kufundishwa, jisikie huru kuuliza na nitajitahidi kujibu.

Natumai ulifurahiya (na bado umeamka)!

Hatua ya 7: "Mradi Unaokuja"

Mradi unaokuja, "Intelligrill® Pro", ni kipima joto cha kufuatilia moshi chenye:

• Mahesabu ya uchunguzi wa joto la Steinhart-Hart (tofauti na meza za "kuangalia-up") kwa usahihi ulioongezeka kama ilivyojumuishwa katika hii inayoweza kufundishwa.
• Wakati wa kutabiri kukamilika kwenye uchunguzi 1 ukijumuisha usahihi ulioongezeka unaotokana na mahesabu ya Steinhart-Hart.
• Uchunguzi wa pili, uchunguzi 2, kwa ufuatiliaji wa joto la wavutaji sigara (mdogo hadi digrii 32 hadi 399).
• Udhibiti wa pembejeo wenye uwezo (kama ilivyoagizwa awali).
• Ufuatiliaji wa kijijini wa WIFI (na anwani ya IP iliyowekwa, inawezesha ufuatiliaji wa maendeleo ya kuvuta sigara kutoka mahali popote unganisho la mtandao linapatikana).
• Kiwango cha joto kilichopanuliwa (digrii 32 hadi 399).
• Kengele za kukamilika zinazoweza kusikika ndani ya kipitishaji cha Intelligrill® na kwenye vifaa vingi vya ufuatiliaji vya WiFi.
• Kuonyesha joto kwa digrii F au digrii C.
• Muundo wa wakati katika HH: MM: SS au HH: MM. Uonyesho wa betri katika volts ama au% inachajiwa.
• Na pato la PID kwa wavutaji sigara.

"Intelligrill® Pro" bado inajaribu kuwa sahihi zaidi, iliyojaa na inayoaminika ya Intelligrill® ya HTML ambayo nimebuni. Bado inajaribiwa, lakini pamoja na chakula kinasaidia kuandaa wakati wa upimaji, nimepata zaidi ya pauni chache.

Tena, natumahi unafurahiya!