Testերմաստիճանի տվիչների փորձարկում. Ո՞րն է ինձ համար: 15 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Առաջին սենսորներից մեկը, որը ֆիզիկական հաշվարկման նորեկները ցանկանում են փորձել, դա ջերմաստիճանը չափելու մի բան է: Ամենահայտնի սենսորներից չորսը TMP36- ն են, որն ունի անալոգային ելք և կարիք ունի անալոգային թվային փոխարկիչի, DS18B20- ը, որն օգտագործում է միալար միացում, DHT22 կամ մի փոքր ավելի էժան DHT11, որը պարզապես կարիք ունի թվային կապի, այլ նաև ապահովում է խոնավության ընթերցում, և վերջապես BME680- ը, որն օգտագործում է I2C (SPI- ով, ինչպես նաև որոշ ճեղքման տախտակների վրա) և տալիս է ջերմաստիճան, խոնավություն, գազ (VOC) և մթնոլորտային ճնշում, բայց մի փոքր ավելի թանկ է:

Ես ուզում եմ տեսնել, թե որքանով են դրանք ճշգրիտ, և հայտնաբերել որևէ առավելություն կամ թերություն: Ես արդեն ունեմ սնդիկի ճշգրիտ ջերմաչափ, որը մնացել է գունավոր լուսանկարչական տպագրությունից քիմիական մշակման օրերին `դրանք համեմատելու համար: (Երբեք ոչինչ մի շպրտեք, դա ձեզ ավելի ուշ պետք կգա):

Այս թեստերի համար ես պատրաստվում եմ օգտագործել CircuitPython- ը և Adafruit Itsybitsy M4 զարգացման տախտակը: Բոլոր սարքերի համար մատչելի են համապատասխան վարորդներ:

Պարագաներ

Իմ նախնական ցուցակը.

• Itsybitsy M4 Express միկրոկառավարիչ
• միկրո USB մալուխ - ծրագրավորման համար
• TMP36
• DS18B20
• 4.7 Օհ Օմ դիմադրություն
• DHT22
• BME680
• Բազմամետր
• Հացաթուղթ կամ շերտի տախտակ
• Միացնող մետաղալար

Քայլ 1: Շղթաներ

Նարնջագույն լարերը 3.3 Վ են

Սև լարերը GND են

Տախտակի ներքևում տեղադրված են լարման չափման փորձարկման կետեր: (3.3v, GND և TMP36 անալոգային ելք)

Կենտրոնական վարդակները ձախից աջ են.

• TMP36: 3.3v, անալոգային ազդանշան դուրս, GND
• DS18B20 ՝ GND, թվային ազդանշան դուրս, 3.3 վ
• DHT22: 3.3v, ազդանշանը դուրս է, դատարկ, GND
• BME680: 3.3v, SDA, SCL, դատարկ, GND

Հետևի միակցիչը, IB M4E տախտակին միանալու համար, ձախից աջ

• 3.3 վ
• TMP36 - անալոգային A2 կապում
• GND
• DS18B20 թվային դուրս D3 կապում - կանաչ
• DHT22 թվային դուրս D2 կապում - դեղին
• SDA - սպիտակ
• SCL - վարդագույն

4.7K Ohm ռեզիստորը ազդանշանից մինչև 3.3v է DS18B20- ի 0ne լարային միացման համար:

Տախտակի հետևի մասում կա 2 կտրված հետք.

Ստորև ՝ ձախ և վարդագույն և սպիտակ լարերի ծայրով: (Դեղին մետաղալարերի տակ)

Քայլ 2: Մեթոդ

Յուրաքանչյուր սենսորի համար ես կգրեմ կարճ սցենար `մի քանի անգամ ջերմաստիճանը (և այլ պարագաներ, եթե առկա են) և ջերմաստիճանը ստուգելու իմ սնդիկի (Hg) ջերմաչափի համեմատ: Ես կփնտրեմ տեսնելու, թե որքանով է ջերմաստիճանը սնդիկի ընթերցման համեմատ, և արդյոք ընթերցումները կայուն/հետևողական են:

Ես նաև կդիտարկեմ փաստաթղթերը `տեսնելու, թե արդյոք ընթերցումները տեղավորվում են սպասվող ճշգրտության սահմաններում, և արդյոք կա որևէ բան, որը կարելի է անել բարելավումներ կատարելու համար:

Քայլ 3: TMP36 - Նախնական դատավարություն

Ձախ ոտքը 3.3 վ է, աջ ոտքը ՝ GND, իսկ կենտրոնական ոտքը ՝ անալոգային լարումը, որը ներկայացնում է ջերմաստիճանը ՝ օգտագործելով հետևյալ բանաձևը. TempC = (միլիվոլտ - 500) / 10

Այսպիսով, 750 միլիվոլտը տալիս է 25 C ջերմաստիճան

Կարծես թե այստեղ մի քանի խնդիր կա: «Սովորական», սնդիկի ջերմաչափից, ջերմաստիճանը շատ ավելի ցածր է, քան TMP36- ից, և ընթերցումները այնքան էլ հետևողական չեն. Կա «ցնցում» կամ աղմուկ:

TMP36 տվիչը ջերմաստիճանին համաչափ լարումներ է ուղարկում: Սա պետք է կարդա A/D փոխարկիչը, նախքան ջերմաստիճանը հաշվարկելը: Եկեք կարդանք լարումը անմիջապես սենսորի միջին ոտքից ՝ բազմամետրով և համեմատենք այն A/D- ի արդյունքի հետ: Կենտրոնական ոտքից իմ բազմաչափ հաշվիչը 722 միլիվոլտ է, շատ ավելի ցածր և շատ կայուն ընթերցում:

Երկու բան կարող ենք փորձել: Փոխարինեք պոտենցիոմետրը TMP36- ի համար և հաշվարկի լարումը կարգավորեք միկրոկառավարիչի իրական լարման հետ: Այնուհետև կտեսնենք, արդյոք հաշվարկված լարումը ավելի մոտ է, և արդյոք աղմուկը/ցնցումը նվազեցվում է:

Եկեք չափենք փաստացի լարումը, որն օգտագործվում է իմ միկրոկառավարիչից և A/D- ից: Սա ենթադրվում էր 3.3 վ, բայց իրականում ընդամենը 3.275 վ է:

Քայլ 4. Պոտենցիոմետրի փոխարինման արդյունքներ

Սա շատ ավելի լավ է: Ընթերցումները գտնվում են մի քանի միլիվոլտի սահմաններում ՝ շատ ավելի քիչ աղմուկով: Սա ենթադրում է, որ աղմուկը ավելի շատ TMP36- ից է, քան A/D- ից: Հաշվիչի վրա ընթերցումը միշտ կայուն է `ոչ մի ցնցում: (Հաշվիչը կարող է «հարթել» ցնցող ելքը):

Իրավիճակը բարելավելու միջոցներից մեկը կարող է լինել միջին ընթերցում: Արագ վերցրեք տասը ընթերցում և օգտագործեք միջինը: Calculateրագիրը փոխելիս ես կհաշվարկեմ նաև ստանդարտ շեղումը `արդյունքների տարածման ցուցանիշ նշելու համար: Ես նաև կհաշվեմ ընթերցումների թիվը միջինից 1 ստանդարտ շեղման սահմաններում `որքան բարձր, այնքան լավ:

Քայլ 5. Միջին ընթերցումներ և արդյունք

Դեռ մեծ աղմուկ կա, և TMP36- ի ընթերցումը դեռ ավելի բարձր է, քան սնդիկի ջերմաչափից: Աղմուկը նվազեցնելու համար ես 100NF կոնդենսատոր եմ ներառել ազդանշանի և GND- ի միջև

Հետո ես ինտերնետում այլ լուծումներ փնտրեցի և գտա դրանք ՝ https://www.doctormonk.com/2015/02/accurate-and-re… Դոկտոր Մոնքն առաջարկում է ազդանշանի և GND- ի միջև ներառել 47 կ Օմ դիմադրություն:

www.desert-home.com/2015/03/battery-operate… Մինչդեռ այս տղան առաջարկում է դասակարգել 15 ընթերցում ըստ հերթականության և միջինացնել կենտրոնը 5:

Ես փոփոխեցի սցենարը և շրջանը `ներառելով այս առաջարկությունները և ներառեցի սնդիկի ջերմաչափի ընթերցում:

Ի վերջո! Այժմ մենք ունենք կայուն ընթերցումներ սարքի նկարագրության ճշգրտության սահմաններում:

Սա բավականին մեծ ջանք էր սենսորը աշխատեցնելու համար, որն ունի միայն արտադրողի ճշգրտությունը.

Accշգրտություն - Ամենաբարձր (ամենացածր) ՝ ± 3 ° C (± 4 ° C) դրանք կարժենան ընդամենը մոտ 1,50 դոլար (2 £)

Քայլ 6: DS18B20 - Նախնական փորձարկում

Շատ զգույշ եղեք: Այս փաթեթը շատ նման է TMP36- ին, բայց ոտքերը հակառակն են `աջից 3.3 վ, իսկ ձախից` GND: Ազդանշանը դուրս է կենտրոնում: Այս սարքը աշխատեցնելու համար մեզ պետք է 4.7 կ Օմ դիմադրություն ազդանշանի և 3.3 վ -ի միջև: Այս սարքը օգտագործում է մեկ լարային արձանագրություն, և մենք պետք է մի քանի վարորդ ներբեռնենք Itsybitsy M4 Express- ի lib թղթապանակում:

Սա արժե մոտ $ 4 / £ 4 Տեխնիկական բնութագրեր.

• Օգտագործելի ջերմաստիճանի տիրույթ ՝ -55 -ից 125 ° C (-67 ° F- ից +257 ° F)
• 9 -ից 12 բիթ ընտրելի լուծում
• Օգտագործում է 1 -Wire ինտերֆեյս - հաղորդակցության համար պահանջում է միայն մեկ թվային կապ
• 64 բիթանոց եզակի ID- ն այրվել է չիպի մեջ
• Բազմաթիվ տվիչներ կարող են կիսել մեկ քորոց
• ± 0.5 ° C uracyշգրտություն -10 ° C- ից +85 ° C
• Alarmերմաստիճանի սահմանափակման ազդանշանային համակարգ
• Հարցման ժամանակը 750 մ -ից պակաս է
• Օգտագործելի է 3.0V- ից 5.5V հզորությամբ

Այս սենսորի հիմնական խնդիրն այն է, որ այն օգտագործում է Dallas 1-Wire ինտերֆեյսը, և ոչ բոլոր միկրոկոնտրոլերներն ունեն համապատասխան վարորդ: Մեր բախտը բերել է, Itsybitsy M4 Express- ի վարորդ կա:

Քայլ 7: DS18B20 Լավ է աշխատում

Սա հիանալի արդյունք է ցույց տալիս:

Ընթերցումների կայուն հավաքածու ՝ առանց որևէ լրացուցիչ աշխատանքի և հաշվարկի ընդհանուր ծախսերի: Սնդիկի ջերմաչափի հետ համեմատած ընթերցումները գտնվում են ակնկալվող ճշգրտության սահմաններում `± 0.5 ° C:

Կա նաև մոտ 10 դոլար արժողությամբ անջրանցիկ տարբերակ, որը ես նախկինում օգտագործել եմ հավասար հաջողությամբ:

Քայլ 8: DHT22 և DHT11

DHT22- ն օգտագործում է ջերմաչափ ՝ ջերմաստիճանը ստանալու համար և արժե մոտ $ 10 / £ 10 և փոքր DHT11- ի առավել ճշգրիտ և թանկ եղբայրն է: Այն նաև օգտագործում է մեկ լարային ինտերֆեյս, բայց ՉԻ համատեղելի DS18B20- ի հետ օգտագործվող Dallas արձանագրության հետ: Այն զգում է խոնավությունը, ինչպես նաև ջերմաստիճանը: Այս սարքերին երբեմն անհրաժեշտ է 3.3 վ -ի և ազդանշանի կապիչի միջև ձգվող դիմադրություն: Այս փաթեթն արդեն տեղադրված է:

• Ցածր գին
• 3 -ից 5 Վ հզորություն և I/O
• 2.5 մԱ առավելագույն ընթացիկ օգտագործումը փոխակերպման ընթացքում (տվյալները պահանջելիս)
• Լավ է 0-100% խոնավության ցուցանիշների համար `2-5% ճշգրտությամբ
• Լավ է -40 -ից 80 ° C ջերմաստիճանի ընթերցումների համար ± 0.5 ° C ճշգրտության համար
• Նմուշառման ոչ ավելի, քան 0.5 Հց արագություն (2 վայրկյանը մեկ անգամ)
• Մարմնի չափը 27 մմ x 59 մմ x 13.5 մմ (1.05 "x 2.32" x 0.53 ")
• 4 կապում, 0.1 դյույմ տարածությամբ
• Քաշ (ընդամենը DHT22) ՝ 2.4 գ

DHT11- ի համեմատ այս սենսորը ավելի ճշգրիտ է, ավելի ճշգրիտ և աշխատում է ջերմաստիճանի/խոնավության ավելի մեծ տիրույթում, բայց այն ավելի մեծ է և ավելի թանկ:

Քայլ 9: DHT22 արդյունքներ

Սրանք հիանալի արդյունքներ են ՝ շատ քիչ ջանքերով: Ընթերցումները բավականին կայուն են և սպասված հանդուրժողականության սահմաններում: Խոնավության ցուցանիշը բոնուս է:

Դուք կարող եք ընթերցումներ կատարել միայն ամեն վայրկյան:

Քայլ 10: DTH11 թեստ

Իմ սնդիկի ջերմաչափը ցույց տվեց 21.9 աստիճան C. Սա բավականին հին DHT11 է, որը ես վերցրել եմ հին նախագծից, և խոնավության արժեքը շատ տարբերվում է մի քանի րոպե առաջվա DHT22- ի ընթերցումներից: Այն արժե մոտ $ 5 / £ 5:

Դրա նկարագրությունը ներառում է.

• Լավ է 20-80% խոնավության ընթերցումների համար `5% ճշգրտությամբ
• Լավ է 0-50 ° C ջերմաստիճանի ընթերցման համար ± 2 ° C ճշգրտության համար `DTH22- ից պակաս

Թվում է, որ ջերմաստիճանը դեռ ճշգրտության սահմաններում է, բայց ես չեմ վստահում այս հին սարքի խոնավության ցուցանիշներին:

Քայլ 11: BME680

Այս սենսորը պարունակում է ջերմաստիճանի, խոնավության, բարոմետրիկ ճնշման և VOC գազի զգայունության հնարավորություններ մեկ փաթեթում, բայց այստեղ փորձարկվող սենսորներից ամենաթանկն է: Այն արժե մոտ 18,50 ֆունտ / 22 դոլար: Նմանատիպ ապրանք կա առանց գազի սենսորի, որը մի փոքր ավելի էժան է:

Սա հինգի ոսկե ստանդարտ սենսոր է: Temperatureերմաստիճանի տվիչը ճշգրիտ է, իսկ համապատասխան վարորդներով ՝ շատ հեշտ օգտագործման համար: Այս տարբերակը օգտագործում է I2C, բայց Adafruit breakout տախտակը կարող է օգտագործել նաև SPI:

BME280- ի և BMP280- ի նման, Bosch- ի այս ճշգրիտ սենսորը կարող է չափել խոնավությունը ± 3% ճշգրտությամբ, բարոմետրիկ ճնշումը ± 1 hPa բացարձակ ճշգրտությամբ և ջերմաստիճանը ± 1.0 ° C ճշգրտությամբ: Քանի որ ճնշումը փոխվում է բարձրության հետ, և ճնշման չափումները այնքան լավ են, կարող եք նաև այն օգտագործել որպես բարձրաչափ ± 1 մետր կամ ավելի բարձր ճշգրտությամբ:

Փաստաթղթերում ասվում է, որ դրա համար անհրաժեշտ է «այրման ժամանակ» գազի տվիչի համար:

Քայլ 12: Ո՞ր մեկը պետք է օգտագործեմ:

• TMP36- ը շատ էժան է, փոքր և հանրաճանաչ, բայց բավականին դժվար է օգտագործել և կարող է լինել ոչ ճշգրիտ:
• DS18B20- ը փոքր է, ճշգրիտ, էժան, շատ հեշտ օգտագործման համար և ունի անջրանցիկ տարբերակ:
• DTH22- ը նաև ցույց է տալիս խոնավությունը, միջին գինը և օգտագործման համար դյուրին է, բայց կարող է չափազանց դանդաղ լինել:
• BME680- ը շատ ավելին է անում, քան մյուսները, բայց թանկ է:

Եթե ես պարզապես ջերմաստիճան ցանկանայի, ես կօգտագործեի DS18B20- ը ± 0.5 ° C ճշգրտությամբ, բայց իմ նախընտրածը BME680- ն է, քանի որ այն շատ ավելին է անում և կարող է օգտագործվել մեծ թվով տարբեր նախագծերում:

Մեկ վերջին միտք. Համոզվեք, որ ձեր ջերմաստիճանի տվիչը լավ հեռու եք պահում միկրոպրոցեսորից: Որոշ Raspberry Pi HAT- եր թույլ են տալիս հիմնական տախտակից տաքացնել սենսորը ՝ տալով կեղծ ընթերցում:

Քայլ 13. Հետագա մտքեր և փորձեր

Շնորհակալություն gulliverrr, ChristianC231 և pgagen ձեր մեկնաբանությունների համար, թե ինչ եմ արել մինչ այժմ: Ներողություն եմ խնդրում ուշացման համար, բայց ես արձակուրդի եմ մեկնել Իռլանդիա ՝ առանց էլեկտրոնիկայի իմ հավաքածուի հասանելիության մի քանի շաբաթ:

Ահա սենսորների համատեղ աշխատանքը ցուցադրելու առաջին փորձը:

Ես գրել եմ սցենար ՝ հերթով կարդալու սենսորները և տպելու ջերմաստիճանի արժեքները ամեն 20 վայրկյանը մեկ:

Ես փաթեթը դրեցի սառնարան մեկ ժամ, որպեսզի ամեն ինչ սառչի: Ես այն միացրեցի ԱՀ -ին և ստացա Mu- ն տպելու արդյունքները: Արդյունքն այնուհետև պատճենվեց, վերածվեց.csv ֆայլի (ստորակետով անջատված փոփոխականներ) և գրաֆիկները նկարում են Excel- ի արդյունքներից:

Հավաքածուն սառնարանից հանելուց տևեց մոտ երեք րոպե, մինչև արդյունքների գրանցումը, ուստի ջերմաստիճանի որոշակի բարձրացում տեղի ունեցավ այս միջակայքում: Ես կասկածում եմ, որ չորս տվիչներն ունեն տարբեր ջերմային հզորություններ, ուստի դրանք տաքանում են տարբեր արագությամբ: Սպասվում է, որ տաքացման արագությունը կնվազի, երբ սենսորները մոտենան սենյակի ջերմաստիճանին: Սա սնդիկի ջերմաչափով գրանցեցի որպես 24.4 ° C:

Vesերմաստիճանի լայն տարբերությունները կորերի սկզբում կարող են պայմանավորված լինել սենսորների տարբեր ջերմային հզորություններով: Ուրախ եմ տեսնել, որ տողերը մոտենում են մինչև վերջ, երբ մոտենում են սենյակային ջերմաստիճանին: Ես մտահոգված եմ, որ TMP36- ը միշտ շատ ավելի բարձր է, քան մյուս սենսորները:

Ես փնտրեցի տվյալների թերթերը ՝ նորից ստուգելու այս սարքերի նկարագրված ճշգրտությունը

TMP36

• ± 2 ° C ջերմաստիճանի նկատմամբ ճշգրտություն (տիպ)
• ± 0.5 ° C գծայնություն (տիպ)

DS18B20

± 0.5 ° C uracyշգրտություն -10 ° C- ից +85 ° C

DHT22

ջերմաստիճանը ± 0.5 ° C

BME680

ջերմաստիճանը `± 1.0 ° C ճշգրտությամբ

Քայլ 14: Ամբողջ գրաֆիկը

Այժմ դուք կարող եք տեսնել, որ սենսորները, ի վերջո, հավասարվեցին և համաձայնեցին ջերմաստիճանը իրենց նկարագրված ճշգրտության մեջ քիչ թե շատ: Եթե TMP36- ի արժեքներից հանվում է 1.7 աստիճան (սպասվում է ± 2 ° C), բոլոր սենսորների միջև լավ համաձայնություն կա:

Առաջին անգամ, երբ այս փորձը կատարեցի, DHT22 սենսորը խնդիր առաջացրեց.

main.py արտադրանք:

14.9, 13.5, 10.3, 13.7

15.7, 14.6, 10.5, 14.0

16.6, 15.6, 12.0, 14.4

18.2, 16.7, 13.0, 15.0

18.8, 17.6, 14.0, 15.6

19.8, 18.4, 14.8, 16.2

21.1, 18.7, 15.5, 16.9

21.7, 19.6, 16.0, 17.5

22.4, 20.2, 16.5, 18.1

23.0, 20.7, 17.1, 18.7

DHT- ի ընթերցման սխալ. («DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը»,)

Հետագծում (վերջին զանգը վերջին անգամ)

Ֆայլ «main.py», տող 64, ներս

Ֆայլ «main.py», տող 59, get_dht22- ում

NameError. Տեղական փոփոխական, որը նշվում է առաջադրանքից առաջ

Այսպիսով, ես փոփոխեցի սցենարը `այս խնդիրը լուծելու համար և վերսկսեցի ձայնագրությունը.

DHT- ի ընթերցման սխալ. ('DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը',)

25.9, 22.6, -999.0, 22.6

DHT- ի ընթերցման սխալ. ('DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը',)

25.9, 22.8, -999.0, 22.7

25.9, 22.9, 22.1, 22.8

25.9, 22.9, 22.2, 22.9

DHT- ի ընթերցման սխալ. («DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը»,)

27.1, 23.0, -999.0, 23.0

DHT- ի ընթերցման սխալ. ('DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը',)

27.2, 23.0, -999.0, 23.1

25.9, 23.3, 22.6, 23.2

DHT- ի ընթերցման սխալ. ('DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը',)

28.4, 23.2, -999.0, 23.3

DHT- ի ընթերցման սխալ. («DHT սենսորը չի գտնվել, ստուգեք լարերը»,)

26.8, 23.1, -999.0, 23.3

26.5, 23.2, 23.0, 23.4

26.4, 23.3, 23.0, 23.5

26.4, 23.4, 23.1, 23.5

26.2, 23.3, 23.1, 23.6

Երկրորդ վազքի հետ կապված ես խնդիր չունեի: Adafruit- ի փաստաթղթերը նախազգուշացնում են, որ երբեմն DHT սենսորները բաց են թողնում ընթերցումները:

Քայլ 15: Եզրակացություններ

Այս կորը հստակ ցույց է տալիս, որ որոշ տվիչների ավելի բարձր ջերմային հզորությունը մեծացնում է դրանց արձագանքման ժամանակը:

Բոլոր սենսորները գրանցում են ջերմաստիճանի բարձրացում և նվազում:

Նրանք շատ արագ չեն կարգավորվում նոր ջերմաստիճանի:

Նրանք շատ ճշգրիտ չեն: (Արդյո՞ք դրանք բավականաչափ լավ են եղանակային կայանի համար):

Հնարավոր է, անհրաժեշտ լինի ձեր սենսորը չափաբերել վստահելի ջերմաչափի հետ: