ESP32 NTP Temperatura e Gatimit Termometër me Korrigjim Steinhart-Hart dhe Alarm Temperature .: 7 Hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Ende në udhëtimin për të përfunduar një "projekt të ardhshëm", "ESP32 NTP Temperatura Probe Cooking Thermometer With Steinhart-Hart Correction and Temperature Alarm" është një Udhëzues që tregon sesi shtoj një sondë të temperaturës NTP, një zile piezo dhe një softuer në prekjen time kapacitive Instructable " ESP32 Hyrja me prekje me kapacitet duke përdorur "Priza metalike të vrimave" për butona "për të krijuar një termometër të thjeshtë por të saktë të gatimit me një alarm të programueshëm të temperaturës.

Tre butonat prekës me kapacitet lejojnë vendosjen e nivelit të alarmit të temperaturës. Shtypja e butonit qendror shfaq ekranin "Cakto Temperaturën e Alarmit", duke mundësuar që butonat e majtë dhe të djathtë të zvogëlojnë ose rrisin përkatësisht temperaturën e alarmit. Shtypja dhe lëshimi i butonit të majtë do të zvogëlojë temperaturën e alarmit një shkallë, ndërsa shtypja dhe mbajtja e butonit të majtë do të zvogëlojë vazhdimisht temperaturën e alarmit derisa të lëshohet. Në mënyrë të ngjashme, shtypja dhe lëshimi i butonit të djathtë do të rrisë temperaturën e alarmit një shkallë, ndërsa shtypja dhe mbajtja e butonit të djathtë do të rrisë vazhdimisht temperaturën e alarmit derisa të lëshohet. Kur të përfundoni me rregullimin e temperaturës së alarmit, thjesht prekni përsëri butonin qendror për t'u kthyer në ekranin e temperaturës. Në çdo kohë temperatura është e barabartë ose më e lartë se temperatura e alarmit, do të bjerë zile piezo.

Dhe siç u përmend, një sondë e temperaturës NTP përdoret në dizajn së bashku me ekuacionet dhe koeficientët Steinhart-Hart të nevojshëm për lexime të sakta të temperaturës. Kam përfshirë një përshkrim tepër të folur të ekuacionit Steinhart-Hart, koeficientët Steinhart-Hart, ndarësit e tensionit dhe algjebrën në Hapin 1 (si bonus, më vë në gjumë sa herë që e lexoj, kështu që ju mund të dëshironi kaloni Hapi 1 dhe drejtohuni drejt Hapit 2: Montimi i Elektronikës, përveç nëse sigurisht keni nevojë për një sy gjumë).

Nëse vendosni të ndërtoni këtë termometër gatimi, për personalizimin dhe printimin 3D kam përfshirë skedarët e mëposhtëm:

• Skedari Arduino "AnalogInput.ino" që përmban softuerin për dizajnin.
• Autodesk Fusion 360 skedarë cad për rastin që tregojnë se si është projektuar rasti.
• Cura 3.4.0 skedarët STL "Case, Top.stl" dhe "Case, Bottom.stl" gati për printim 3D.

Ju gjithashtu do të keni nevojë për njohje me mjedisin Arduino, si dhe aftësi dhe pajisje për saldim, dhe përveç kësaj mund të keni nevojë për qasje në ohmmetra dixhitalë të saktë, termometra dhe burime të temperaturës për kalibrim.

Dhe si zakonisht, ndoshta kam harruar një ose dy skedarë ose kush e di çfarë tjetër, kështu që nëse keni ndonjë pyetje, ju lutem mos hezitoni të pyesni pasi unë bëj shumë gabime.

Elektronika është projektuar duke përdorur laps, letër dhe një kalkulator të energjisë diellore EC-2006a (Cat. No. 65-962a).

Softueri u krijua duke përdorur Arduino 1.8.5.

Rasti u krijua duke përdorur Autodesk Fusion 360, i prerë në feta duke përdorur Cura 3.4.0, dhe u shtyp në PLA në një Ultimaker 2+ Extended dhe një Ultimaker 3 Extended.

Dhe një shënim i fundit, unë nuk marr asnjë kompensim në asnjë formë, përfshirë por pa u kufizuar në mostra falas, për asnjë nga përbërësit e përdorur në këtë dizajn

Hapi 1: Matematikë, Matematikë dhe Më shumë Matematikë: Steinhart – Hart, Koeficientët dhe Ndarësit e Rezistencës

Hartimet e mia të mëparshme që përfshinin një sondë të temperaturës NTC përdorën një teknikë të kërkimit të tabelës për konvertimin e tensionit në hyrje nga një ndarës i rezistencës në temperaturë. Meqenëse ESP32 është i aftë për dymbëdhjetë bit hyrje analoge, dhe meqenëse po projektoja për saktësi më të madhe, vendosa të zbatoj ekuacionin "Steinhart-Hart" në kodin për konvertimin e tensionit në temperaturë.

E publikuar për herë të parë në 1968 nga John S. Steinhart dhe Stanley R. Hart, ekuacioni Steinhart-Hart përcakton marrëdhënien e rezistencës ndaj temperaturës së një sonde të temperaturës NTC si më poshtë:

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

ku:

• T është gradë Kelvin.
• A, B, C janë koeficientët Steinhart-Hart (më shumë për atë në një moment).
• Dhe Thermistor është vlera e rezistencës së termistorit të sondës së temperaturës në temperaturën aktuale.

Pra, pse ky ekuacion në dukje i komplikuar Steinhart-Hart është i nevojshëm për një termometër dixhital të bazuar në sondën e temperaturës NTC të thjeshtë? Një sondë "ideale" e temperaturës NTC do të siguronte një paraqitje të rezistencës lineare të temperaturës aktuale, kështu që një ekuacion i thjeshtë linear që përfshin hyrjen dhe shkallëzimin e tensionit do të rezultojë në një paraqitje të saktë të temperaturës. Sidoqoftë, sondat e temperaturës NTC nuk janë lineare dhe, kur kombinohen me hyrjen analoge jo-lineare të pothuajse të gjithë procesorëve me një kosto të ulët, si WiFi Kit 32, prodhojnë hyrje analoge jo-lineare dhe kështu lexime të pasakta të temperaturës. Duke përdorur një ekuacion të tillë si Steinhart-Hart së bashku me kalibrimin e kujdesshëm, lexime të sakta të temperaturës duke përdorur sonda të temperaturës NTC me një procesor të vetëm me një kosto të ulët mund të arrihen duke krijuar një përafrim shumë të afërt të temperaturës aktuale.

Pra, përsëri në ekuacionin Steinhart-Hart. Ekuacioni përdor tre koeficientët A, B dhe C për të përcaktuar temperaturën në funksion të rezistencës së termistorit. Nga vijnë këto tre koeficientë? Disa prodhues i japin këto koeficientë me sondat e tyre të temperaturës NTC, dhe të tjerët jo. Për më tepër, prodhuesit e dhënë koeficientët mund ose nuk mund të jenë për sondën e saktë të temperaturës që mund të blini, dhe ka shumë të ngjarë të jenë koeficientë përfaqësues të një mostre të madhe të të gjitha sondave të temperaturës që ata prodhojnë gjatë një periudhe kohe. Dhe së fundi, thjesht nuk mund të gjeja koeficientët për sondën e përdorur në këtë dizajn.

Pa koeficientët e nevojshëm, krijova Steinhart-Hart Spreadsheet, një llogaritës i bazuar në spreadsheet që ndihmon në gjenerimin e koeficientëve të nevojshëm për një sondë të temperaturës NTC (humba lidhjen me një llogaritës të ngjashëm të bazuar në ueb që kam përdorur shumë vite më parë, kështu që e krijova këtë) Për të përcaktuar koeficientët për një sondë të temperaturës, filloj duke matur vlerën e rezistencës 33k të përdorur në ndarësin e tensionit me një ohmmetër dixhital dhe fut vlerën në zonën e verdhë të tabelës me etiketën "Rezistor". Tjetra, e vendos sondën e temperaturës në tre mjedise; Temperatura e parë e dhomës, e dyta uji i akullit dhe uji i tretë i valë, së bashku me një termometër dixhital të saktë të njohur, dhe lejojnë kohë që temperatura në termometër dhe numërimi i hyrjes së termistorit që shfaqet në ekranin e WiFi Kit 32 (më shumë për këtë më vonë) të stabilizohet. Me stabilizimin e numrit të temperaturës dhe termistorit, unë e fus temperaturën e treguar nga termometri i saktë i njohur dhe numërimi i termistorit që shfaqet në ekranin e WiFi Kit 32 në zonën e verdhë të tabelës me etiketën "Shkallët F nga termometri" dhe "AD Numëroni nga WiFi Kit 32 "respektivisht, për secilin nga tre mjediset. Pasi të futen të gjitha matjet, zona e gjelbër e spreadsheet-it siguron koeficientët A, B dhe C të kërkuar nga ekuacioni Steinhart-Hart që më pas thjesht kopjohen dhe ngjiten në kodin burimor.

Siç u përmend më parë, prodhimi i ekuacionit Steinhart-Hart është në gradë Kelvin, dhe ky model tregon gradë Fahrenheit. Konvertimi nga gradë Kelvin në gradë Fahrenheit është si më poshtë:

Së pari, konvertoni gradat Kelvin në gradë Celsius duke zbritur 273.15 (gradë Kelvin) nga ekuacioni Steinhart-Hart:

Shkallët C = (A + (B * (log (Thermistor))) + (C * log (Thermistor) * log (Thermistor) * log (Thermistor))) - 273.15

Dhe së dyti, konvertoni gradë Celsius në gradë Fahrenheit si më poshtë:

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

Me ekuacionin dhe koeficientët Steinhart-Hart të plotë, kërkohet një ekuacion i dytë për të lexuar daljen e ndarësit të rezistencës. Një model i ndarësit të rezistencës të përdorur në këtë dizajn është:

vRef <--- Thermistor <--- vOut <--- Rezistencë <--- Tokë

ku:

• vRef në këtë dizajn është 3.3vdc.
• Termistori është sonda e temperaturës NTC e përdorur në ndarësin e rezistencës.
• vOut është dalja e tensionit të ndarësit të rezistencës.
• Rezistori është rezistenca 33k e përdorur në ndarësin e rezistencës.
• Dhe toka është, mirë, tokë.

v Nga ndarësi i rezistencës në këtë dizajn është i bashkangjitur hyrjes analoge WiFi Kit 32 A0 (pin 36), dhe dalja e tensionit të ndarësit të rezistencës llogaritet si më poshtë:

vOut = vRef * Rezistencë / (Rezistor + Termistor)

Sidoqoftë, siç u theksua në ekuacionin Steinhart-Hart, vlera e rezistencës së termistorit kërkohet për të marrë temperaturën, jo daljen e tensionit të ndarësit të rezistencës. Pra, riorganizimi i ekuacionit për të nxjerrë vlerën e termistorit kërkon përdorimin e një algjebër të vogël si më poshtë:

Shumëzoni të dyja anët me "(Rezistor + Termistor)" duke rezultuar në:

vOut * (Rezistor + Termistor) = vRef * Rezistor

Ndani të dyja anët me "vOut" duke rezultuar në:

Rezistor + Termistor = (vRef * Rezistor) / vOut

Zbrit "Rezistorin" nga të dy anët duke rezultuar në:

Termistor = (vRef * Rezistor / vOut) - Rezistor

Dhe së fundi, duke përdorur pronën shpërndarëse, thjeshtoni:

Termistor = Rezistor * ((vRef / vOut) - 1)

Duke zëvendësuar numërimin e hyrjes analoge të WiFi Kit 32 A0 nga 0 në 4095 për vOut, dhe duke zëvendësuar vRef me vlerën 4096, ekuacioni i ndarjes së rezistencës që siguron vlerën e rezistencës termistore të kërkuar nga ekuacioni Steinhart-Hart bëhet:

Termistor = Rezistor * ((4096 / Numri Analog Input) - 1)

Pra, me matematikën prapa nesh, le të mbledhim disa pajisje elektronike.

Hapi 2: Montimi i pajisjeve elektronike

Për pajisjet elektronike, më parë kam mbledhur demonstruesin ESP32 Capacitive Touch https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive… Me atë asamble, kërkohen përbërësit e mëposhtëm shtesë:

• Pesë, 4 "copë teli 28awg (një i kuq, një i zi, një i verdhë dhe dy jeshil).
• Një, sonda Maverick "Sonda e temperaturës ET-72" (https://www.maverickthermometers.com/product/pr-003/).
• Një lidhës "telefoni" 2.5 mm, montim në panel (https://www.mouser.com/ProductDetail/502-TR-2A).
• Një, rezistencë 33k ohm 1% 1/8 vat.
• Një, zhurmë piezo https://www.adafruit.com/product/160. Nëse zgjidhni një zile të ndryshme piezo sigurohuni që të përputhet me specifikimet e këtij (valë katrore e shtyrë, <= dalja aktuale e ESP32).

Për të mbledhur përbërësit shtesë, kam kryer hapat e mëposhtëm:

• Zhvesh dhe kallaji skajet e secilës gjatësi teli 4 "siç tregohet.
• Bashkoi një fund të telit të verdhë dhe një fund të rezistencës 33k Ohm në kunjin "Këshillë" të lidhësit të telefonit.
• Ngjitni një skaj të telit të zi në skajin e lirë të rezistencës 33khm dhe shkurtoni tela të tepërt të rezistencës.
• Tubi i aplikuar i tkurrjes së nxehtësisë mbi telat dhe rezistencën.
• Bashkoi një fund të telit të kuq në kunjin "mëngë" në lidhësin e telefonit.
• Bashkoi skajin falas të telit të verdhë në kunjin 36 në WiFi Kit 32.
• Ngjiteni skajin falas të telit të zi në kunjin GND në WiFi Kit 32.
• Ngjiteni skajin falas të telit të kuq në kunjin 3V3 në Kit WiFi 32.
• Bashkoi një tel të gjelbër në një plumb të zileve piezo.
• Ngjiteni tela të gjelbër të mbetur në plumbin e mbetur të zhurmës piezo
• Bashkoi skajin falas të njërës prej telave piezo të gjelbër për të fiksuar 32 në WiFi Kit 32.
• Ngjiteni skajin falas të telave piezo të gjelbër të mbetur në kunjin GND në WiFi Kit 32.
• E futi sondën e temperaturës në lidhësin e telefonit.

Me të gjitha instalimet elektrike të përfunduara, unë kontrollova dy herë punën time.

Hapi 3: Instalimi i Softuerit

Skedari "AnalogInput.ino" është një skedar i mjedisit Arduino që përmban softuerin për dizajnin. Përveç këtij skedari, do t'ju duhet biblioteka grafike "U8g2lib" për ekranin WiFi Kit32 OLED (shikoni https://github.com/olikraus/u8g2/wiki për më shumë informacion mbi këtë bibliotekë).

Me bibliotekën grafike U8g2lib të instaluar në drejtorinë tuaj Arduino, dhe "AnalogInput.ino" të ngarkuar në mjedisin Arduino, përpiloni dhe shkarkoni softuerin në WiFi Kit 32. Pasi ta shkarkoni dhe përdorni, rreshti i parë i ekranit OLED në pajisjen WiFi 32 duhet të lexojë "Temperatura" me temperaturën aktuale të shfaqur me tekst të madh në qendër të ekranit.

Prekni butonin qendror (T5) për të shfaqur ekranin "Cakto Temperaturën e Alarmit". Rregulloni temperaturën e alarmit duke shtypur butonin e majtë (T4) ose butonin e djathtë (T6) siç përshkruhet në hyrje. Për të testuar alarmin, rregulloni temperaturën e alarmit të jetë e barabartë ose më e ulët se temperatura aktuale dhe alarmi duhet të tingëllojë. Kur të përfundoni me vendosjen e temperaturës së alarmit, prekni butonin qendror për t'u kthyer në ekranin e temperaturës.

Vlerat dProbeA, dProbeB, dProbeC dhe dResistor në softuer janë vlerat që kam përcaktuar gjatë kalibrimit të sondës që kam përdorur në këtë dizajn dhe duhet të gjenerojnë lexime të sakta të temperaturës brenda disa shkallëve. Nëse jo, ose nëse dëshironi saktësi më të lartë, atëherë kalibrimi është i radhës.

Hapi 4: Kalibrimi i sondës së temperaturës NTP

Pikat e mëposhtme kërkohen për të kalibruar sondën e temperaturës:

• Një ohmmetër dixhital.
• Një termometër dixhital i saktë i njohur i aftë për 0 deri në 250 gradë F.
• Një gotë ujë akulli.
• Një tenxhere me ujë të valë (jini shumë, shumë të kujdesshëm!).

Filloni duke marrë vlerën aktuale të rezistencës 33k:

• Hiqeni energjinë nga bordi WiFi Kit 32.
• Hiqni sondën e temperaturës nga lidhësi i telefonit (mund të jetë gjithashtu e nevojshme të çaktivizoni tela të zezë nga WiFi Kit 32, në varësi të ohmetrit tuaj dixhital).
• Hapni spreadsheet Steinhart-Hart.
• Matni vlerën e rezistencës 33khm duke përdorur ohmetrin dixhital dhe futeni atë në kutinë e verdhë "Rezistori" në tabelë dhe në ndryshoren "dResistor" në softuer. Ndërsa kjo mund të duket e tepërt, një rezistencë 33k ohm 1% me të vërtetë mund të ndikojë në saktësinë e shfaqjes së temperaturës.
• Lidheni sondën e temperaturës në lidhësin e telefonit.

Më tej merrni koeficientët Steinhart-Hart:

• Ndizni termometrin dixhital të saktë të njohur.
• Lidhni një burim energjie USB në WiFi Kit 32.
• Shtypni dhe mbani njëkohësisht butonat e majtë (T4) dhe të djathtë (T6) derisa të shfaqet ekrani "Thermistor Counts".
• Lejoni që të stabilizohen ekranet e numërimit të termometrit dixhital dhe numrat e termistorit.
• Vendosni numërimin e temperaturës dhe termistorit në kolonat e verdha "Shkallët F nga termometri" dhe "Numërimet e AD nga ESP32" në rreshtin "Dhoma".
• Futni sondat e termometrit dixhital dhe termistorit në ujin e akullit dhe lejoni që të dy ekranet të stabilizohen.
• Vendosni numërimin e temperaturës dhe termistorit në kolonat e verdha "Shkallët F nga termometri" dhe "Numërimet e AD nga ESP32" në rreshtin "Uji i Ftohtë".
• Futni sondat e termometrit dixhital dhe termistorin në ujë të valë dhe lejoni që të dy ekranet të stabilizohen.
• Vendosni numërimin e temperaturës dhe termistorit në kolonat e verdha "Shkallët F nga termometri" dhe "Numërimet e AD nga ESP32" në rreshtin "Uji i vluar".
• Kopjoni koeficientin e gjelbër "A:" në ndryshoren "dProbeA" në kodin burimor.
• Kopjoni koeficientin e gjelbër "B:" në ndryshoren "dProbeB" në kodin burimor.
• Kopjoni koeficientin e gjelbër "C:" në ndryshoren "dProbeC" në kodin burimor.

Përpiloni dhe shkarkoni programin në WiFi Kit 32.

Hapi 5: Shtypja 3D e Rastit dhe Asambleja Finale

I printova të dyja "Case, Top.stl" dhe "Case, Bottom.stl" në lartësinë e shtresës.1mm, mbushje 50%, pa mbështetës.

Me rastin e shtypur, unë mblodha pajisjet elektronike dhe kutinë si më poshtë:

• I shkriva telat nga tre prizat e vrimave, i shtyva prizat e vrimës në pozicionin në "Rasti, Top.stl", pastaj i bashkova përsëri telat në prizat e vrimave, duke vërejtur me kujdes të majtën (T4), qendrën (T5) dhe të djathtën Telat (T6) dhe butonat përkatës.
• Siguroni lidhësin e telefonit në vrimën e rrumbullakët në "Case, Bottom.stl" duke përdorur arrë të përfshirë.
• Vendoseni zilen piezo në pjesën e poshtme të kutisë pranë lidhësit të telefonit dhe fiksoheni në vend me shirit të dyanshëm.
• Rrëshqisni pajisjen WiFi Kit 32 në pozicionin në pjesën e poshtme të kutisë, duke u siguruar që porta USB në pajisjen WiFi 32 të jetë e lidhur me vrimën ovale në pjesën e poshtme të kutisë (MOS shtypni në ekranin OLED për të vendosur pajisjen WiFi 32 në pjesën e poshtme të kutisë kuvend, më beso në këtë, thjesht mos e bëj!).
• Shtypeni montimin e sipërm të kasës mbi montimin e pjesës së poshtme të kasës dhe fiksoheni në vend duke përdorur pika të vogla të ngjitësit të trashë cianoakrilat në qoshet.

Hapi 6: Rreth Softuerit

Skedari "AnalogInput.ino" është një modifikim i skedarit "Buttons.ino" nga udhëzuesi im i mëparshëm "https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive-Touch-Buttons/". Kam modifikuar tre seksionet origjinale të kodit "setup ()", "loop ()" dhe "InterruptService ()" për të përfshirë softuerin për sondën dhe alarmin, dhe kam shtuar tre seksione shtesë të kodit "Analog ()", "Buttons ()" dhe "Display ()" për të pastruar "loop ()" dhe për të shtuar softuerin e nevojshëm për sondën dhe alarmin.

"Analog ()" përmban kodin e nevojshëm për të lexuar numërimin e termistorit në një grup, mesatarizoni grupin e numërimeve, përdorni ndarësin e tensionit për të gjeneruar vlerën e termistorit dhe më në fund përdorni ekuacionet Steinhart-Hart dhe ekuacionet e konvertimit të temperaturës për të gjeneruar gradë Fahrenheit.

"Buttons ()" përmban kodin e nevojshëm për përpunimin e shtypjeve të butonave dhe modifikimin e temperaturës së alarmit.

"Display ()" përmban kodin e nevojshëm për të paraqitur informacionin në ekranin OLED.

Nëse keni ndonjë pyetje ose koment në lidhje me kodin, ose ndonjë aspekt tjetër të këtij Udhëzuesi, mos ngurroni të pyesni dhe unë do të bëj çmos për t'iu përgjigjur atyre.

Shpresoj që ju ka pëlqyer (dhe jeni akoma zgjuar)!

Hapi 7: "Projekti i ardhshëm"

Projekti i ardhshëm, "Intelligrill® Pro", është një monitor i duhanit i sondës së temperaturës që përmban:

• Llogaritjet e sondës së temperaturës Steinhart-Hart (në krahasim me tabelat "shiko") për saktësi të shtuar siç është përfshirë në këtë Udhëzues.
• Koha parashikuese për përfundimin e sondës 1 duke përfshirë saktësinë e shtuar që rrjedh nga llogaritjet e Steinhart-Hart.
• Një sondë e dytë, sonda 2, për monitorimin e temperaturës së duhanpirësve (e kufizuar në 32 deri në 399 gradë).
• Kontrollet kapacitive të hyrjes me prekje (si në udhëzuesin e mëparshëm).
• Monitorimi në distancë i bazuar në WIFI (me një adresë IP fikse, mundëson monitorimin e përparimit të duhanpirësve nga kudo që të ketë një lidhje interneti).
• Gama e zgjatur e temperaturës (32 deri në 399 gradë).
• Alarmet e përfundimit të dëgjueshëm si brenda transmetuesit Intelligrill® ashtu edhe në shumicën e pajisjeve monitoruese të afta për WiFi.
• Shfaqja e temperaturës ose në gradë F ose gradë C.
• Formati i kohës në HH: MM: SS ose HH: MM. Ekrani i baterisë në volt ose % të ngarkuar.
• Dhe dalja PID për duhanpirësit me bazë auger.

"Intelligrill® Pro" është ende duke u testuar për t'u bërë më i sakti, me veçori të paketuara dhe me besueshmëri të bazuar në HTML Intelligrill® që kam projektuar. Stillshtë ende në provë, por me ushqimet që po ndihmon për të përgatitur gjatë testimit, kam shtuar më shumë se disa kilogramë.

Përsëri, shpresoj që ta shijoni!