Planul de testare a termistorului: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Scopul acestui plan de testare este să vedem dacă putem măsura temperatura corpului uman. Acest plan de testare vă va oferi instrucțiuni despre cum să construiți un termometru digital simplu, să îl calibrați, să îl programați și apoi să-l utilizați pentru a vedea dacă puteți detecta o febră simulată (o temperatură de 40 de grade Celsius).

Pasul 1: Pasul 1 - Adunați materialele

Un plan bun de testare ar trebui să înceapă întotdeauna prin prezentarea materialelor de care aveți nevoie.

Pentru planul nostru de testare a termistorului, avem nevoie de următoarele:

Microcontroler Arduino Uno

Cablu USB (pentru a conecta Arduino la computer)

Laptop

Termistor

Rezistoare (10 000 Ohm)

Pană de pâine

Pahar

Apă

Placă fierbinte

Bandă

Termometru pentru alcool

Pasul 2: Pasul 2: Conectarea circuitului

Următorul pas este să începeți construirea circuitului care vă va permite să măsurați temperatura folosind termistorul.

Urmați diagrama de mai sus pentru a conecta termistorul la Arduino într-un mod care vă va permite să măsurați temperatura. După cum puteți vedea, ieșirea de 5V a Arduino este conectată la termistor. Celălalt capăt al termistorului este conectat la rezistorul de 10kOhm. În cele din urmă, celălalt capăt al rezistorului de 10kOhm este conectat la pinul de masă de pe Arduino, completând circuitul.

Veți observa, de asemenea, firul galben care conectează joncțiunea dintre termistor și rezistor la pinul de intrare analogic "A0" de pe Arduino. Nu uitați să conectați acest fir! Acest fir este cel care permite Arduino să măsoare efectiv termistorul. Fără aceasta, nu veți obține măsurători.

Pasul 3: Pasul 3: Programarea Arduino

Următorul pas este să vă programați Arduino astfel încât să puteți începe măsurarea tensiunii pe termistor. Pentru aceasta, copiați codul de mai sus în editorul dvs. și apoi încărcați-l pe Arduino.

Acest cod va prelua o citire de la termistorul dvs. o dată pe secundă și va scrie acea lectură pe monitorul serial. Rețineți: valorile care vor fi scrise pe monitorul serial aici sunt valori de tensiune. Pentru a produce valori de temperatură, va trebui să calibrăm dispozitivul.

Pasul 4: Pasul 4: Înregistrarea datelor de calibrare

În prezent, Arduino nu produce valori de temperatură. Trebuie să-l calibrăm, ceea ce înseamnă că luăm o serie de măsurători de tensiune cu Arduino la diferite temperaturi, în timp ce înregistrăm simultan temperaturile la fiecare măsurare a tensiunii. În acest fel, putem crea un grafic care are valori de tensiune în stânga și temperaturi în dreapta. Din această diagramă vom putea veni cu o ecuație care ne va permite să convertim automat între volți și grade.

Pentru a lua datele de calibrare, va trebui să puneți un pahar plin cu apă pe o placă fierbinte și să îl porniți. Așezați un termometru cu alcool în apă și urmăriți cum crește temperatura. Când temperatura atinge 18 grade Celsius, puneți termistorul și în apă și porniți Arduino, astfel încât să puteți citi monitorul serial.

Când temperatura de pe termometru citește 20 de grade Celsius, scrieți temperatura respectivă. Alături, scrieți tensiunea pe care Arduino o pune pe monitorul serial. Când termometrul citește 21 de grade Celsius, repetați acest lucru. Repetați-l până când termometrul citește 40 de grade Celsius.

Acum ar trebui să aveți o serie de valori de tensiune, fiecare dintre ele corespunzând unei anumite temperaturi. Introduceți-le într-o foaie de calcul Excel ca în fotografia de mai sus.

Pasul 5: Pasul 5: Crearea curbei de calibrare

Acum, că toate datele dvs. sunt în Excel, le vom folosi pentru a crea o curbă de calibrare și a genera o ecuație care ne va permite să convertim între valorile tensiunii și temperaturii.

În Excel, evidențiați datele (asigurați-vă că valorile tensiunii sunt în stânga) și selectați „Insert” pe bara de instrumente din partea de sus, apoi faceți clic pe „Scatter sau Bubble Chart” din secțiunea Charts. Un grafic ar trebui să apară cu o serie de puncte pe el. Verificați de două ori dacă axa Y reprezintă valorile temperaturii și axa X reprezintă valorile tensiunii.

Faceți clic dreapta pe unul dintre punctele de date și selectați „Format Trendline”. Va apărea o casetă de dialog. Sub „Opțiuni Trendline”, selectați „Liniar”, apoi selectați în partea de jos caseta care spune „Afișați ecuația pe diagramă”.

Diagrama dvs. ar trebui să arate acum ca cea din fotografia de mai sus. Scrieți acea ecuație, deoarece asta veți programa în Arduino pentru a-l transforma automat în tensiune.

Pasul 6: Pasul 6: Calibrarea sistemului

Acum că ați creat cu succes o curbă de calibrare și ați derivat ecuația care vă permite să convertiți valorile tensiunii la temperaturi, trebuie să vă actualizați codul astfel încât Arduino să imprime valorile temperaturii pe monitorul serial.

Reveniți la codul Arduino și efectuați următoarele modificări:

În loc să stabiliți variabila „val” ca „int”, numiți-o ca „float”. Acest lucru se datorează faptului că „int” înseamnă număr întreg sau un număr întreg. Deoarece vom pune valoarea tensiunii stocate în „val” printr-o ecuație, trebuie să îi permitem să aibă valori zecimale sau altfel conversia noastră va fi incorectă. Apelând „val” ca variabilă „float”, ne vom asigura că matematica noastră funcționează corect.

Apoi trebuie să adăugați o nouă linie după "val = analogRead (0);". Pe această nouă linie, scrieți următoarele: "temperatura plutitorului". Aceasta va stabili o nouă variabilă, temperatura, pe care o vom afișa în curând.

Următorul pas este de a converti valoarea tensiunii în „val” într-o temperatură pe care o putem stoca în „temperatură”. Pentru a face acest lucru, reveniți la ecuația pe care ați obținut-o din curba de calibrare. Atâta timp cât tensiunea este pe axa X și temperatura este pe axa Y a graficului dvs., atunci ecuația poate fi tradusă după cum urmează: y = a * x + b devine temperatura = a * val + b. Pe rândul următor, scrieți „temperatura = a * val + b”, unde „a” și „b” sunt numere pe care le obțineți din ecuația de calibrare.

Apoi, modificați ștergeți „Serial.println (val)”. Nu vom analiza temperatura în sine, ci vom folosi o declarație if pentru a decide dacă suntem peste o anumită temperatură sau nu.

În cele din urmă, vom adăuga o bucată de cod care va utiliza informațiile despre temperatură pentru a lua o decizie cu privire la dacă aveți sau nu febră. Pe rândul următor, scrieți următoarele:

dacă (temperatura> 40) {

Serial.println („Am febră!”)

}

Salvați codul și încărcați-l pe Arduino.

Pasul 7: Pasul 7: Testarea dispozitivului

Felicitări! Ați construit acum un termometru digital care poate măsura temperatura folosind un termistor și un Arduino. Acum trebuie să-l testați pentru acuratețe.

Puneți din nou paharul pe plita fierbinte și începeți să încălziți apa. Așezați termometrul cu alcool și termistorul în apă. Urmăriți monitorul serial, precum și termometrul pentru alcool. Când monitorul dvs. serial spune „Ai febră!”, Notează temperatura pe termometrul cu alcool și oprește plita fierbinte.

Lăsați apa să se răcească la aproximativ 32 de grade Celsius și apoi repetați procedura de mai sus. Faceți acest lucru de 5 ori și înregistrați observațiile într-o diagramă ca cea de mai sus.

Pasul 8: Pasul 8: Calculați acuratețea dispozitivului

Acum că ați înregistrat 5 încercări de teste, puteți calcula cât de departe a fost dispozitivul dvs. de temperatura reală.

Amintiți-vă că v-am configurat dispozitivul astfel încât să arate „Am febră!” ori de câte ori a detectat o temperatură mai mare sau egală cu 40 de grade Celsius. Asta înseamnă că vom compara valorile termometrului cu alcool la 40 de grade și vom vedea cât de diferite erau acestea.

În Excel, scade 40 din fiecare valoare de temperatură pe care ai înregistrat-o. Acest lucru vă oferă diferența dintre fiecare valoare adevărată și valorile dvs. măsurate. Apoi, împărțiți aceste valori la 40 și multiplicați cu 100. Aceasta ne va da procentul de eroare pentru fiecare măsurare.

În cele din urmă, calculați în medie toate erorile procentuale. Acest număr reprezintă eroarea dvs. procentuală globală. Cât de precis a fost dispozitivul dvs.? Eroarea procentuală a fost sub 5%? 1%?