برنامه آزمایش ترمیستور: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

هدف این طرح آزمایشی این است که ببینیم آیا می توانیم دمای بدن انسان را اندازه گیری کنیم یا خیر. این برنامه آزمایشی دستورالعمل هایی را در مورد نحوه ساخت یک دماسنج دیجیتالی ساده ، کالیبراسیون ، برنامه ریزی آن و سپس استفاده از آن برای بررسی اینکه آیا می توانید تب شبیه سازی شده (دمای 40 درجه سانتیگراد) را تشخیص دهید ، ارائه می دهد.

مرحله 1: مرحله 1 - مواد خود را جمع آوری کنید

یک برنامه آزمایشی خوب همیشه باید با تهیه مواد مورد نیاز شروع شود.

برای برنامه آزمایش ترمیستور ما موارد زیر را نیاز داریم:

میکروکنترلر آردوینو اونو

کابل USB (برای اتصال Arduino به کامپیوتر)

لپتاپ

ترمیستور

مقاومت (10 ، 000 اهم)

تخته نان

لیوان

اب

بشقاب داغ

نوار

دماسنج الکلی

مرحله 2: مرحله 2: اتصال مدار خود

مرحله بعدی ساخت مدار است که به شما اجازه می دهد دما را با استفاده از ترمیستور اندازه گیری کنید.

نمودار بالا را دنبال کنید تا ترمیستور خود را به آردوینو وصل کنید تا بتوانید دما را اندازه گیری کنید. همانطور که مشاهده می کنید ، خروجی 5 ولت آردوینو شما به ترمیستور شما متصل است. انتهای دیگر ترمیستور به مقاومت 10 کیلو اهم متصل شده است. سرانجام ، انتهای دیگر مقاومت 10 کیلو اهم به پایه زمین در آردوینو متصل شده و مدار را تکمیل می کند.

همچنین سیم زردی را مشاهده می کنید که محل اتصال ترمیستور و مقاومت را به پین ورودی آنالوگ "A0" در آردوینو متصل می کند. اتصال این سیم را فراموش نکنید! این سیم است که به آردوینو شما اجازه می دهد تا ترمیستور را اندازه گیری کند. بدون آن ، هیچ اندازه گیری نمی کنید.

مرحله 3: مرحله 3: برنامه نویسی آردوینو خود را انجام دهید

گام بعدی این است که Arduino خود را طوری برنامه ریزی کنید که بتوانید اندازه گیری ولتاژ ترمیستور خود را شروع کنید. برای انجام این کار ، کد بالا را در ویرایشگر خود کپی کرده و سپس آن را در Arduino خود بارگذاری کنید.

این کد یک بار در ثانیه از ترمیستور شما قرائت می کند و این خواندن را روی مانیتور سریال می نویسد. به خاطر داشته باشید: مقادیری که در مانیتور سریال در اینجا نوشته می شود مقادیر ولتاژ هستند. برای تولید مقادیر دما ، ما باید دستگاه را کالیبره کنیم.

مرحله 4: مرحله 4: ثبت داده های کالیبراسیون خود

در حال حاضر ، Arduino شما مقادیر دما را تولید نمی کند. ما باید آن را کالیبره کنیم ، به این معنی که یک سری اندازه گیری ولتاژ را با آردوینو در دماهای مختلف انجام دهیم ، در حالی که همزمان دما را در هر اندازه گیری ولتاژ ثبت می کنیم. به این ترتیب ، می توان نمودار ایجاد کرد که دارای مقادیر ولتاژ در سمت چپ و دما در سمت راست است. از این نمودار می توانیم معادله ای را ارائه دهیم که به ما امکان می دهد به طور خودکار بین ولت و درجه تبدیل کنیم.

برای گرفتن اطلاعات کالیبراسیون ، باید یک لیوان پر از آب را روی یک صفحه داغ قرار دهید و آن را روشن کنید. یک دماسنج الکلی در آب قرار دهید و به افزایش دما توجه کنید. وقتی دما به 18 درجه سانتیگراد رسید ، ترمیستور خود را نیز در آب قرار دهید و آردوینو را روشن کنید تا بتوانید مانیتور سریال را بخوانید.

وقتی دمای دماسنج شما 20 درجه سانتیگراد است ، آن دما را یادداشت کنید. در کنار آن ، مقدار ولتاژ را که آردوینو شما روی مانیتور سریال قرار می دهد ، بنویسید. وقتی دماسنج 21 درجه سانتیگراد می خواند ، این کار را تکرار کنید. این کار را تا زمانی ادامه دهید که دماسنج شما 40 درجه سانتیگراد را نشان دهد.

اکنون باید یک سری مقادیر ولتاژ داشته باشید که هر کدام مربوط به دمای خاصی است. اینها را در صفحه گسترده Excel مانند عکس بالا وارد کنید.

مرحله 5: مرحله 5: ایجاد منحنی کالیبراسیون

اکنون که همه داده های شما در Excel هستند ، ما از آن برای ایجاد منحنی کالیبراسیون و ایجاد معادله ای استفاده می کنیم که به ما اجازه می دهد بین مقادیر ولتاژ و دما تبدیل کنیم.

در Excel ، داده های خود را برجسته کنید (مطمئن شوید که مقادیر ولتاژ در سمت چپ است) و "Insert" را در نوار ابزار در بالا انتخاب کنید ، سپس روی "نمودارهای پراکندگی یا حباب" از بخش نمودارها کلیک کنید. یک نمودار باید با یک سری نقاط روی آن ظاهر شود. دوبار بررسی کنید که محور Y نشان دهنده مقادیر دما و محور X نشان دهنده مقادیر ولتاژ باشد.

روی یکی از نقاط داده راست کلیک کرده و "Format Trendline" را انتخاب کنید. یک کادر گفتگو ظاهر می شود. در بخش "گزینه های خط روند" ، "خطی" را انتخاب کنید ، و سپس در پایین کادری را که "نمایش معادله در نمودار" نشان می دهد انتخاب کنید.

نمودار شما اکنون باید شبیه نمودار موجود در عکس بالا باشد. این معادله را بنویسید ، زیرا این چیزی است که قصد دارید در Arduino خود برنامه ریزی کنید تا ولتاژ را به طور خودکار به دما تبدیل کند.

مرحله 6: مرحله 6: کالیبره کردن سیستم

اکنون که با موفقیت یک منحنی کالیبراسیون ایجاد کرده اید و معادله ای را که به شما اجازه می دهد مقادیر ولتاژ را به دما تبدیل کنید ، بدست آورده اید ، باید کد خود را به روز کنید تا Arduino مقادیر دما را در مانیتور سریال چاپ کند.

به کد Arduino خود برگردید و تغییرات زیر را انجام دهید:

به جای ایجاد متغیر "val" به عنوان "int" ، آن را به عنوان "float" صدا کنید. این به این دلیل است که "int" به معنی عدد صحیح یا یک عدد کامل است. از آنجا که ما قصد داریم مقدار ولتاژ ذخیره شده در "val" را از طریق یک معادله قرار دهیم ، باید اجازه دهیم که مقادیر اعشاری داشته باشد وگرنه تبدیل ما نادرست خواهد بود. با فراخوانی "val" به عنوان متغیر float ، مطمئن می شویم که ریاضیات ما به درستی کار می کند.

بعد باید یک خط جدید بعد از "val = analogRead (0)؛" اضافه کنید. در این خط جدید ، موارد زیر را بنویسید: "دمای شناور". این یک متغیر جدید ، دما ایجاد می کند که به زودی آن را نشان می دهیم.

مرحله بعدی تبدیل مقدار ولتاژ در "val" به دمایی است که می توانیم در "دما" ذخیره کنیم. برای انجام این کار ، به معادله خود که از منحنی کالیبراسیون خود بدست آورده اید ، بازگردید. تا زمانی که ولتاژ در محور X و دما در محور Y نمودار شما باشد ، معادله را می توان به صورت زیر ترجمه کرد: y = a*x + b تبدیل به دما = a*val + b می شود. در خط بعدی ، "دما = a*val + b" را بنویسید ، جایی که "a" و "b" اعدادی هستند که از معادله کالیبراسیون دریافت می کنید.

سپس ، حذف "Serial.println (val)" را تغییر دهید. ما قصد نداریم خود دما را بررسی کنیم ، بلکه از دستور if برای تعیین اینکه آیا از دمای خاصی بالاتر هستیم یا نه استفاده خواهیم کرد.

در نهایت ، ما قصد داریم یک قطعه کد اضافه کنیم که از اطلاعات دما برای تصمیم گیری در مورد تب یا عدم تب استفاده می کند. در سطر بعدی ، موارد زیر را بنویسید:

if (دما> 40) {

Serial.println ("من تب دارم!")

}

کد خود را ذخیره کرده و در آردوینو بارگذاری کنید.

مرحله 7: مرحله 7: آزمایش دستگاه خود

تبریک می گویم! شما اکنون یک دماسنج دیجیتالی ساخته اید که می تواند دما را با استفاده از ترمیستور و آردوینو اندازه گیری کند. اکنون باید صحت آن را آزمایش کنید.

دوباره لیوان را روی صفحه داغ قرار دهید و آب را گرم کنید. دماسنج الکلی و ترمیستور خود را در آب قرار دهید. مانیتور سریال و دماسنج الکلی را تماشا کنید. وقتی مانیتور سریال شما می گوید "تب دارید!" ، دما را روی دماسنج الکلی خود بنویسید و صفحه داغ را خاموش کنید.

اجازه دهید آب تا حدود 32 درجه سانتیگراد خنک شود و سپس روش فوق را تکرار کنید. این کار را 5 بار انجام دهید و مشاهدات خود را در نمودار مانند نمودار بالا ثبت کنید.

مرحله 8: مرحله 8: دقت دستگاه خود را محاسبه کنید

اکنون که 5 آزمایش آزمایش را ثبت کرده اید ، می توانید محاسبه کنید که دستگاه شما چقدر از دمای واقعی فاصله داشت.

به یاد داشته باشید که ما دستگاه شما را طوری تنظیم کرده ایم که نشان دهد "من تب دارم!" هرگاه دمای بالاتر یا مساوی 40 درجه سانتیگراد را تشخیص داد. این بدان معناست که ما مقادیر دماسنج الکل را با 40 درجه مقایسه می کنیم و می بینیم که چقدر متفاوت بودند.

در اکسل ، از هر مقدار دمایی که ثبت کرده اید ، 40 را کم کنید. این تفاوت بین هر مقدار واقعی و مقادیر اندازه گیری شده را به شما می دهد. سپس ، این مقادیر را بر 40 تقسیم کرده و در 100 ضرب کنید. این امر درصد خطا را برای هر اندازه گیری به ما می دهد.

در نهایت ، تمام درصد خطاهای خود را متوسط کنید. این عدد درصد خطای کلی شما است. دستگاه شما چقدر دقیق بود؟ آیا درصد خطا زیر 5 درصد بود؟ 1 درصد؟