При создании различных технических проектов частенько возникает необходимость в обустройстве температурных индикаторов. Данные компоненты позволяют лучше следить за работой устройств. В этом обзоре мы узнаем, как переделать аналоговый вольтметр в точный термометр. Для работы нам потребуется плата Arduino (специальная схема, оснащенная своей памятью, процессором, а также парой десятков функциональных контактов) и датчик температуры модели DS18B20.
Характеристика температурного модуля DS18B20
Прежде всего, следует помнить, что данный модуль является одним из наиболее точных устройств своего рода. Он удобен для большинства пользователей, так как температура измеряется в привычных всем градусах Цельсия. Кроме того, для него можно прописывать функцию тревоги (в этом случае при программировании устанавливается верхняя и нижняя триггерная точка). Еще одним важным свойством DS18B20 является то, что для обмена данных он задействует лишь одну шину (1 Wire). Эта шина требует только одну линию передачи (не считая заземления) для связи с центральным процессором системы. В довершение ко всему, рассматриваемый модуль способен выводить энергию прямо из линии передачи (это так называемая паразитная мощность). Таким образом, устраняется необходимость в обустройстве стороннего источника питания.
Нельзя не упомянуть о ещё одном преимуществе модулей DS18B20. Каждый датчик данного типа использует для работы уникальный последовательный 64-битный код. Это значит, что все подобные компоненты могут функционировать на одной шине типа 1 Wire, по которой, как отмечалось выше, передается вся информация. Таким образом, для управления несколькими модулями понадобится всего один микропроцессор, причем сами температурные датчики могут быть разбросаны по солидной площади.
Детали для работы над термометром с DS18B20 на основе Arduino
Чтобы собрать качественный аналоговый термометр, нужно подготовить:
- электросхему типа Arduino (желательно новую);
- температурный сенсор модели DS18B20;
- аналоговый вольтметр;
- 5 шнуров — два шнура понадобятся для создания цепи между платой Arduino и Вольтметром, 3 провода нужны для подключения к электросхеме температурного сенсора;
- внешний аккумулятор.
Создание электрической цепи для термометра с DS18B20 на основе Arduino
Здесь алгоритм работы довольно простой, так что соединить все компоненты в единую цепь сможет даже новичок. Для начала на модуле DS18B20 необходимо найти отрицательный контакт (если смотреть на сенсор сверху, данный контакт будет слева). Отрицательный штырек надо соединить с нижней точкой заземления на плате Arduino (она будет обозначаться аббревиатурой GND). Штырь с положительным зарядом (правый) надо подключить к контакту питания на 5 В (тоже располагается внизу платы). Далее делается сигнальный вывод на цифровой контакт 2 (находится вверху платы), чтобы стало возможным измерение температуры (в этом случае используется центральный штырек сенсора).
Чтобы при работе обеспечивалось управление вольтметром, нужно соединить его положительный контакт с цифровым выводом под номером 9. Отрицательный контакт вольтметра подключается к верхней точке заземления платы (она также обозначается сокращением GND). Чтобы поменять цифровую шкалу вольтметра, необходимо просто распечатать заранее подготовленную картинку с градусами Цельсия. Эта картинка либо приклеивается поверх старой шкалы, либо вставляется вместо неё.
Описание широтно-импульсной модуляции
Если коротко, широтно-импульсная модуляция является методом получения аналоговых результатов (таких, как температура) при помощи цифровых средств. Она хороша тем, что даже очень высокие либо очень низкие значения передаются по каналам связи одним импульсом. Весь процесс широтно-импульсной модуляции проходит так: датчик отправляет процессору сигнальный импульс, а сам процессор уже проводит его обработку, после чего выдает значение на термометр. Чтобы иметь возможность получать информацию таким образом, необходимо задействовать специальные контактные штыри на плате Arduino. Распознать эти контакты предельно просто — рядом с ними есть вот такой значок «~». Кстати, данный значок присутствует и возле контакта под номером 9, с которым мы соединяем положительный штырь вольтметра. 9-й вывод был задействован только в качестве примера; при желании можно использовать любой другой контакт, рядом с которым стоит значок «~».
Прописывание кода для работы термометра с DS18B20 на основе Arduino
Прежде всего, в программу разработки надо добавить библиотеку под названием DallasTemperature. Стоит отдавать предпочтение именно ей, ведь она содержит самые высокие температурные значения (а это важно при использовании модуля DS18B20).
При создании кода нужно будет прописать три основные команды:
- Чтение температурных значений, поступающих от датчика.
- Преобразование температуры методом широтно-импульсной модуляции.
- Вывод значений на термометр.
Исходя из этого, в самом начале настраивается считывание температуры от датчика. После этого налаживается процесс широтно-импульсной модуляции. При наличии указанной библиотеки пользователь сможет получать значения в диапазоне от 0 до 255. Настройка широтно-импульсной модуляции осуществляется в программе разработки (для этого там предусмотрен пункт меню под названием «map»). При помощи кода устанавливается минимальная и максимальная температура, которую будет учитывать термометр. Чтобы обеспечить программную связь между вольтметром и платой Arduino, нужно прописать 9-й цифровой контакт в конкретной части кода (выше было указано, что именно к нему подключается сам вольтметр).
Следует учитывать, что минимальный и максимальный порог температуры может быть самым разным (здесь все зависит от предпочтений пользователя). Однако необходимо помнить одну деталь: чем больше разрыв между нижним и верхним пределом, тем меньше будут цифры на шкале.
Вот как выглядит весь код, необходимый для настройки работы термометра:
Если все сделать правильно, данный технический проект станет качественным самостоятельным измерителем температуры или же полезным дополнением для более сложных систем.
Файлы для скачивания:
