מדחום בישול טמפרטורת בדיקת טמפרטורה ESP32 NTP עם תיקון Steinhart-Hart והתראת טמפרטורה .: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

עדיין במסע להשלמת "פרויקט הקרוב", "ESP32 NTP טמפרטורת בדיקת טמפרטורה עם מדחום ותיקון טמפרטורה של Steinhart-Hart" הוא מדריך המראה כיצד אני מוסיף בדיקת טמפרטורה של NTP, זמזם פיזו ותוכנה למגע הקיבולי שלי שניתן להנחיה " קלט מגע קיבולי ESP32 באמצעות "תקעי חורים מתכתיים" לכפתורים "ליצירת מדחום בישול פשוט אך מדויק עם אזעקת טמפרטורה הניתנת לתכנות.

שלושת לחצני המגע הקיבולי מאפשרים להגדיר את רמת אזעקת הטמפרטורה. לחיצה על הכפתור המרכזי מציגה את תצוגת "הגדר טמפרטורת אזעקה", המאפשרת ללחצנים שמאל וימין להפחית או להגדיל את טמפרטורת האזעקה בהתאמה. לחיצה ושחרור על הכפתור השמאלי תפחית את טמפרטורת האזעקה במעלה אחת, תוך לחיצה ממושכת על הלחצן השמאלי תפחית את טמפרטורת האזעקה ברציפות עד לשחרור. באופן דומה, לחיצה ושחרור של הכפתור הימני תעלה את טמפרטורת האזעקה במעלה אחת, בעוד לחיצה ממושכת על הכפתור הימני תעלה את טמפרטורת האזעקה ברציפות עד לשחרור. בסיום התאמת טמפרטורת האזעקה, פשוט גע שוב בלחצן המרכזי כדי לחזור לתצוגת הטמפרטורה. בכל עת שהטמפרטורה שווה לטמפרטורת האזעקה או גבוהה ממנה, זמזם הפיצו יישמע.

וכאמור, בדיקת טמפרטורה של NTP משמשת בעיצוב יחד עם משוואות ומקדמים שטיינהרט-הארט הדרושים לקריאות טמפרטורה מדויקות. כללתי תיאור מילולי מדי של משוואת שטיינהרט-הארט, מקדמי שטיינהרט-הארט, מחלקי מתח ואלגברה בשלב 1 (כבונוס, הוא מרדם אותי בכל פעם שאני קורא אותו, כך שאולי תרצה דלג על שלב 1 ועבור ישר לשלב 2: הרכבת האלקטרוניקה, אלא אם כן אתה צריך תנומה).

אם תחליט לבנות מדחום לבישול זה, לצורך התאמה אישית והדפסה תלת -ממדית כללתי את הקבצים הבאים:

• קובץ Arduino "AnalogInput.ino" המכיל את התוכנה לעיצוב.
• קובצי cad של Autodesk Fusion 360 למארז המראים כיצד תוכנן המארז.
• Cura 3.4.0 קבצי STL "מארז, Top.stl" ו- "Case, Bottom.stl" מוכן להדפסה תלת -ממדית.

תזדקק גם להיכרות עם סביבת הארדואינו, כמו גם כישורי ציוד והלחמה, ובנוסף ייתכן שתצטרך גישה לאומטר דיגיטלי מדויק, מדחומים ומקורות טמפרטורה לכיול.

וכרגיל, כנראה שכחתי קובץ או שניים או מי יודע מה עוד, אז אם יש לך שאלות, אנא אל תהסס לשאול כיוון שאני עושה הרבה טעויות.

האלקטרוניקה תוכננה באמצעות עיפרון, נייר ומחשבון חשמלי סולארי EC-2006a (Cat. No. 65-962a).

התוכנה תוכננה באמצעות Arduino 1.8.5.

המארז תוכנן באמצעות Autodesk Fusion 360, פרוס באמצעות Cura 3.4.0 והודפס ב- PLA על Ultimaker 2+ Extended ו- Ultimaker 3 Extended.

והערה אחרונה, אני לא מקבל שום פיצוי בשום צורה, כולל אך לא רק דוגמאות חינם, על כל אחד מהרכיבים המשמשים בעיצוב זה

שלב 1: מתמטיקה, מתמטיקה ועוד מתמטיקה: שטיינהרט – הארט, מקדמים ומחלקים נגד

העיצובים הקודמים שלי הכוללים בדיקת טמפרטורה של NTC השתמשו בטכניקת בדיקת טבלאות להמרת המתח הנכנס ממחלק הנגד לטמפרטורה. מכיוון ש- ESP32 מסוגל לקלט כפול אנלוגי של 12 ביט, ומאחר שעיצבתי לדיוק מוגבר, החלטתי ליישם את משוואת "שטיינהרט-הארט" בקוד להמרת מתח לטמפרטורה.

משוואת שטיינהרט-הארט, שפורסמה לראשונה בשנת 1968 על ידי ג'ון ס. שטיינהרט וסטנלי ר הארט, מגדירה את ההתנגדות לטמפרטורה של בדיקת טמפרטורה של NTC כדלקמן:

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

איפה:

• T הוא מעלות קלווין.
• A, B, C הם מקדמי שטיינהרט-הארט (עוד על כך ברגע).
• והתרמיסטור הוא ערך ההתנגדות לטרמיסטור של הטמפרטורה בטמפרטורה הנוכחית.

אז מדוע משוואת שטיינהרט-הארט מסובכת לכאורה הכרחית למד חום דיגיטלי פשוט מבוסס טמפרטורת NTC? בדיקת טמפרטורה "אידיאלית" ל- NTC תספק ייצוג התנגדות לינארית של הטמפרטורה בפועל, ולכן משוואה לינארית פשוטה הכוללת קלט מתח וקנה מידה תביא להצגת טמפרטורה מדויקת. עם זאת, בדיקות טמפרטורת NTC אינן לינאריות, ובשילובן עם הכניסה האנלוגית הלא לינארית של כמעט כל מעבדי הלוח היחיד בעלות נמוכה כגון ערכת WiFi 32, מייצרים כניסות אנלוגיות לא לינאריות ובכך קריאות טמפרטורה לא מדויקות. על ידי שימוש במשוואה כגון שטיינהרט-הארט יחד עם כיול זהיר, ניתן להשיג קריאות טמפרטורה מדויקות ביותר באמצעות בדיקות טמפרטורה של NTC עם מעבד לוח יחיד בעלות נמוכה על ידי יצירת קירוב קרוב מאוד של הטמפרטורה בפועל.

אז בחזרה למשוואת שטיינהרט-הארט. המשוואה מנצלת את שלושת המקדמים A, B ו- C כדי לקבוע את הטמפרטורה כפונקציה של התנגדות הטרמיסטור. מהיכן מגיעים שלושת המקדמים הללו? חלק מהיצרנים מספקים למקדמים אלה את בדיקות הטמפרטורה של NTC, ואחרים לא. יתר על כן, היצרן סיפק מקדמים אולי ובין אם לא עבור בדיקת הטמפרטורה המדויקת שאתה יכול לרכוש, וככל הנראה הם מקדמים המייצגים מדגם גדול של כל בדיקות הטמפרטורה שהם מייצרים לאורך תקופה. ולבסוף, פשוט לא הצלחתי לאתר את המקדמים של החללית המשמשת בעיצוב זה.

ללא המקדמים הדרושים, יצרתי את גיליון אלקטרוני של Steinhart-Hart, מחשבון מבוסס גיליון אלקטרוני המסייע ביצירת המקדמים הדרושים עבור בדיקת טמפרטורה של NTC (איבדתי את הקישור למחשבון מבוסס אינטרנט דומה שהשתמשתי בו לפני שנים רבות, אז יצרתי את זה). כדי לקבוע את המקדמים עבור בדיקת טמפרטורה, אני מתחיל למדוד את הערך של הנגד 33k המשמש במחיצת המתח באמצעות מד ממד דיגיטלי, ולהזין את הערך לאזור הצהוב של הגיליון האלקטרוני שכותרתו "נגד". לאחר מכן, אני ממקם את בדיקת הטמפרטורה בשלוש סביבות; טמפרטורת החדר הראשונה, מי הקרח השניים והמים הרותחים השלישי, יחד עם מדחום דיגיטלי מדויק וידוע, ומאפשרים זמן להתייצב הטמפרטורה במדחום וספירת הכניסות של הטרמיסטור המופיעות בתצוגת ערכת WiFi 32 (עוד על כך בהמשך). עם התייצבות הטמפרטורה וגם ספירת הכניסה של הטרמיסטור, אני נכנס לטמפרטורה המצוינת על ידי המדחום המדויק הידוע ואת ספירת התרמיסטור המופיעה על גבי תצוגת ערכת ה- WiFi 32 לתוך האזור הצהוב של הגיליון האלקטרוני שכותרתו "מעלות F ממדחום" ו- "AD ספרו מתוך ערכת WiFi 32 "בהתאמה, לכל אחת משלוש הסביבות. לאחר הזנת כל המדידות, השטח הירוק של הגיליון האלקטרוני מספק את מקדמי A, B ו- C הנדרשים על ידי משוואת שטיינהרט-הארט ולאחר מכן פשוט מועתקים ומודבקים בקוד המקור.

כפי שצוין לעיל הפלט של משוואת שטיינהרט-הארט הוא במעלות קלווין, ועיצוב זה מציג מעלות פרנהייט. המרה מ מעלות קלווין למעלות פרנהייט היא כדלקמן:

ראשית, המר את מעלות קלווין למעלות צלזיוס על ידי הפחתת 273.15 (מעלות קלווין) ממשוואת שטיינהרט-הארט:

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

ושנית, המרת מעלות צלזיוס למעלות פרנהייט כדלקמן:

מעלות F = ((מעלות C * 9) / 5) + 32

עם השלמת משוואת שטיינהרט-הארט והמקדמים, נדרשת משוואה שנייה כדי לקרוא את פלט מחלק הנגדים. דגם של מחלק הנגדים המשמש בעיצוב זה הוא:

vRef <--- תרמיסטור <--- vOut <--- נגד <--- קרקע

איפה:

• vRef בעיצוב זה הוא 3.3vdc.
• תרמיסטור הוא בדיקת הטמפרטורה של NTC המשמשת במפריד הנגדים.
• vOut הוא פלט המתח של מחלק הנגדים.
• הנגד הוא הנגד של 33k המשמש במחיצת הנגדים.
• ואדמה היא, ובכן, קרקע.

v ממחלקת הנגדים בעיצוב זה מחוברת לכניסת A0 אנלוגית ערכת WiFi 32 (סיכה 36), ופלט המתח של מחלק הנגד מחושב כדלקמן:

vOut = vRef * Resistor / (Resistor + Thermistor)

עם זאת, כפי שצוין במשוואת שטיינהרט-הארט, ערך ההתנגדות התרמיסטור נדרש על מנת להשיג טמפרטורה, ולא את פלט המתח של מחלק הנגדים. אז סידור מחדש של המשוואה לפלט ערך התרמיסטור דורש שימוש באלגברה קטנה כדלקמן:

הכפל את שני הצדדים על ידי "(Resistor + Thermistor)" וכתוצאה מכך:

vOut * (Resistor + Thermistor) = vRef * Resistor

חלק את שני הצדדים ב- "vOut" וכתוצאה מכך:

Resistor + Thermistor = (vRef * Resistor) / vOut

הפחת את "Resistor" משני הצדדים וכתוצאה מכך:

תרמיסטור = (vRef * Resistor / vOut) - נגד

ולבסוף, בעזרת המאפיין ההפצה, פשט:

תרמיסטור = נגד * ((vRef / vOut) - 1)

החלפת ערכת WiFi 32 A0 ספירת קלט אנלוגי 0 עד 4095 עבור vOut, והחלפת הערך 4096 עבור vRef, משוואת מחלק הנגדים המספקת את ערך ההתנגדות התרמיסטור הנדרשת על ידי משוואת שטיינהרט-הארט הופכת:

תרמיסטור = נגד * ((4096 / ספירת קלט אנלוגי) - 1)

אז כשהמתמטיקה מאחורינו, בואו להרכיב קצת אלקטרוניקה.

שלב 2: הרכבת האלקטרוניקה

עבור האלקטרוניקה, הרכיבתי בעבר את מפגן ה- ESP32 Touch Capititive Touch https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive… עם הרכבה זו, נדרשים הרכיבים הנוספים הבאים:

• חמישה, 4 אינץ 'של חוט 28awg (אחד אדום, אחד שחור, אחד צהוב ושני ירוק).
• בדיקה אחת, Maverick "ET-72 Temperature Probe" (https://www.maverickthermometers.com/product/pr-003/).
• מחבר אחד, 2.5 מ"מ "טלפון", לוח הר (https://www.mouser.com/ProductDetail/502-TR-2A).
• אחד, 33 קילו אוהם 1% 1/8 וואט.
• האחד, זמזם פייזו https://www.adafruit.com/product/160. אם אתה בוחר זמזם פיצו אחר וודא שהוא תואם את המפרט של זה (גל מרובע מונע, <= פלט הנוכחי של ה- ESP32).

כדי להרכיב את הרכיבים הנוספים, ביצעתי את השלבים הבאים:

• הפשילו והצבעו את הקצוות של כל אורך חוט בגודל 4 אינץ 'כפי שמוצג.
• מולחם קצה אחד של החוט הצהוב וקצה אחד של הנגד 33k אוהם לפין "קצה" של מחבר הטלפון.
• מולחם קצה אחד של החוט השחור לקצה החופשי של הנגד 33k אוהם וחתך את חוט הנגד העודף.
• צינורות כיווץ חום יישומיים מעל החוטים והנגד.
• מולחם קצה אחד של החוט האדום לסיכה "שרוול" במחבר הטלפון.
• מולחם את הקצה החופשי של החוט הצהוב לסיכה 36 בערכת ה- WiFi 32.
• מולחם את הקצה החופשי של החוט השחור לפין ה- GND בערכת ה- WiFi 32.
• מולחם את הקצה החופשי של החוט האדום לפין 3V3 בערכת WiFi 32.
• מולחם חוט ירוק אחד לעופרת אחת של זמזם הפיצו.
• מולחם את החוט הירוק שנותר לעופרת הנותרת של זמזם הפיצו
• הלחם את הקצה החופשי של אחד מחוטי הפיזו הירוקים לסיכה 32 בערכת ה- WiFi 32.
• מולחם את הקצה החופשי של חוטי הפיצו הירוקים הנותרים לסיכת ה- GND בערכת ה- WiFi 32.
• חיבר את בדיקת הטמפרטורה למחבר הטלפון.

כאשר כל החיווט הושלם, בדקתי שוב את עבודתי.

שלב 3: התקנת התוכנה

הקובץ "AnalogInput.ino" הוא קובץ סביבת Arduino המכיל את התוכנה לעיצוב. בנוסף לקובץ זה, תזדקק לספריית הגרפיקה "U8g2lib" לתצוגת WiFi Kit32 OLED (ראה https://github.com/olikraus/u8g2/wiki למידע נוסף על ספרייה זו).

כאשר הספרייה הגרפית U8g2lib מותקנת בספריית Arduino שלך ו- "AnalogInput.ino" נטענת בסביבת ה- Arduino, הידור והורד את התוכנה לערכת WiFi 32. לאחר הורדה והפעלה, השורה העליונה של תצוגת OLED בערכת WiFi. 32 צריך לקרוא "טמפרטורה" כאשר הטמפרטורה הנוכחית מוצגת בטקסט גדול במרכז התצוגה.

גע בלחצן המרכזי (T5) להצגת תצוגת "הגדר טמפרטורת אזעקה". כוונן את טמפרטורת האזעקה על ידי לחיצה על הלחצן השמאלי (T4) או הכפתור הימני (T6) כמתואר בהקדמה. כדי לבדוק את האזעקה, התאם את טמפרטורת האזעקה כך שהיא תהיה שווה או נמוכה מהטמפרטורה הנוכחית והאזעקה צריכה להישמע. בסיום הגדרת טמפרטורת האזעקה, גע בלחצן המרכזי כדי לחזור לתצוגת הטמפרטורה.

הערכים dProbeA, dProbeB, dProbeC ו- dResistor בתוכנה הם הערכים שקבעתי במהלך כיול החללית בה השתמשתי בעיצוב זה וצריכים לייצר קריאות טמפרטורה מדויקות עד כמה מעלות. אם לא, או אם רצוי דיוק גבוה יותר, כיול הוא הבא.

שלב 4: כיול בדיקת הטמפרטורה של NTP

הפריטים הבאים נדרשים לכיול בדיקת הטמפרטורה:

• אחמד דיגיטלי אחד.
• מד חום דיגיטלי מדויק אחד המסוגל 0 עד 250 מעלות צלזיוס.
• כוס אחת של מי קרח.
• סיר אחד של מים רותחים (היו מאוד מאוד זהירים!).

התחל בקבלת ערך הנגד 33k בפועל:

• הסר את הכוח מלוח ה- WiFi Kit 32.
• הסר את בדיקת הטמפרטורה ממחבר הטלפון (ייתכן שיהיה צורך גם בהלחמה של החוט השחור מתוך ערכת ה- WiFi 32, בהתאם לאוממטר הדיגיטלי שלך).
• פתח את הגיליון האלקטרוני של שטיינהרט-הארט.
• מדוד את הערך של הנגד 33k אוהם באמצעות מד המתח הדיגיטלי והזן אותו בתיבת "הנגד" הצהוב בגיליון האלקטרוני ולמשתנה "dResistor" בתוכנה. למרות שזה עשוי להיראות מוגזם, עמידות של 33% אוהם 1% אכן יכולה להשפיע על הדיוק של תצוגת הטמפרטורה.
• חבר את בדיקת הטמפרטורה למחבר הטלפון.

לאחר מכן השג את מקדמי שטיינהרט-הארט:

• הפעל את מד החום הדיגיטלי המדויק הידוע.
• חבר מקור מתח USB לערכת ה- WiFi 32.
• לחץ בו זמנית על הלחצנים השמאליים (T4) והימנית (T6) עד להופעת תצוגת "ספירת תרמיסטור".
• אפשר למדחום הדיגיטלי ולמסכי ספירת התרמיסטור להתייצב.
• הזן את הטמפרטורה וספירות התרמיסטור בעמודות הצהובות "מעלות F ממדחום" ו- "ספירות AD מה- ESP32" בשורה "חדר".
• הכנס את שני המדחום הדיגיטלי ואת בדיקות התרמיסטור למי הקרח ואפשר לשני הצגים להתייצב.
• הזן את הטמפרטורה וספירות התרמיסטור בעמודות הצהובות "מעלות F ממדחום" ו- "ספירות AD מה- ESP32" בשורה "מים קרים".
• הכנס את מד החום הדיגיטלי ואת בדיקות התרמיסטור למים רותחים והניח לשני המסכים להתייצב.
• הזן את הטמפרטורה וספירות התרמיסטור בעמודות הצהובות "מעלות F ממדחום" ו- "ספירות AD מה- ESP32" בשורה "מים רותחים".
• העתק את מקדם "A:" הירוק למשתנה "dProbeA" בקוד המקור.
• העתק את מקדם "B:" הירוק למשתנה "dProbeB" בקוד המקור.
• העתק את מקדם "C:" הירוק למשתנה "dProbeC" בקוד המקור.

הידור והורד התוכנה לערכת WiFi 32.

שלב 5: הדפסת תלת מימד והרכבה סופית

הדפסתי הן "מארז, Top.stl" והן "מארז, Bottom.stl" בגובה שכבה.1 מ"מ, 50% מילוי, ללא תומכים.

כאשר המארז מודפס, הרכבתי את האלקטרוניקה ואת המארז כדלקמן:

• הורדתי את החוטים משלושת תקעי החורים, לחצתי את תקעי החורים למקומם ב"מקרה, Top.stl ", ולאחר מכן הלחמתי מחדש את החוטים אל תקעי החורים, וציינתי בזהירות את שמאל (T4), מרכז (T5) וימין. (T6) חוטים והלחצנים המתאימים.
• אבטח את מחבר הטלפון לחור העגול ב- "Case, Bottom.stl" באמצעות האום המצורף.
• מיקם את זמזם הפיצו במכלול התחתון של המארז ליד מחבר הטלפון, ומאובטח במקומו בעזרת סרט דו צדדי.
• החלק את ערכת ה- WiFi 32 למקומה לתוך מכלול התחתון של המארז, וודא שיציאת ה- USB בערכה WiFi 32 מיושרת עם החור הסגלגל בתחתית המארז (אין ללחוץ על צג ה- OLED כדי למקם את ערכת ה- WiFi 32 בתחתית המארז. הרכבה, סמוך עליי בנושא הזה, רק אל תעשה את זה!).
• לחץ את מכלול החלק העליון על המכלול התחתון של המארז ומאובטח במקומו בעזרת נקודות קטנות של דבק ציאנואקרילט עבה בפינות.

שלב 6: אודות התוכנה

הקובץ "AnalogInput.ino" הוא שינוי של הקובץ "Buttons.ino" מההנחיה הקודמת שלי "https://www.instructables.com/id/ESP32-Capacitive-Touch-Buttons/". שיניתי את שלושת מקטעי הקוד המקוריים "setup ()", "loop ()" ו- "InterruptService ()" כך שיכללו תוכנות עבור החללית והאזעקה, והוספתי עוד שלושה מקטעי קוד "Analog ()", "Buttons ()" ו- "Display ()" כדי לנקות "לולאה ()" ולהוסיף את התוכנה הדרושה עבור החללית והאזעקה.

"אנלוגי ()" מכיל את הקוד הדרוש לקריאת ספירת התרמיסטורים למערך, ממוצע מערך הספירות, שימוש במחיצת המתח ליצירת ערך התרמיסטור ולבסוף שימוש במשוואות שטיינהרט-הארט ובמשוואות המרת הטמפרטורה ליצירת מעלות פרנהייט.

"Buttons ()" מכיל את הקוד הדרוש לעיבוד לחיצות כפתורים ועריכת טמפרטורת האזעקה.

"Display ()" מכיל את הקוד הדרוש להצגת המידע בתצוגת OLED.

אם יש לך שאלות או הערות לגבי הקוד, או כל היבט אחר של הוראה זו, אל תהסס לשאול ואני אעשה כמיטב יכולתי להשיב עליהם.

אני מקווה שנהנית (ועדיין ערה)!

שלב 7: "הפרויקט הקרוב"

הפרויקט הקרוב, "Intelligrill® Pro", הוא צג עישון טמפרטורה כפולה הכולל:

• חישובי בדיקת טמפרטורה של שטיינהרט-הארט (בניגוד לטבלאות "חיפוש") לדיוק מוגבר כפי שהוא משולב במדריך זה.
• זמן חיזוי להשלמה על בדיקה 1 המשלבת את הדיוק המוגבר הנגזר מהחישובים של שטיינהרט-הארט.
• בדיקה שנייה, בדיקה 2, לניטור טמפרטורת המעשן (מוגבלת ל -32 עד 399 מעלות).
• פקדי קלט מגע קיבוליים (כמו ב- Instructable הקודם).
• ניטור מרחוק מבוסס WIFI (עם כתובת IP קבועה, מאפשר מעקב אחר התקדמות המעשנים מכל מקום בו קיים חיבור לאינטרנט).
• טווח טמפרטורות מורחב (32 עד 399 מעלות).
• אזעקות להשלמה קולית הן בתוך משדר ® Intelligrill והן ברוב מכשירי הניטור המתאימים ל- WiFi.
• תצוגת טמפרטורה במעלות F או מעלות C.
• פורמט הזמן הן HH: MM: SS או HH: MM. תצוגת סוללה בוולט או באחוז טעון.
• ופלט PID למעשנים המבוססים על חרוז.

"Intelligrill® Pro" עדיין בוחן כדי להפוך ל- Intelligrill® המבוסס על HTML מדויק ביותר, תכונות ארוז ואמין ביותר שעיצבתי. זה עדיין בבדיקה, אבל עם הארוחות שהוא עוזר להכין במהלך הבדיקה, עליתי יותר מכמה קילוגרמים.

שוב, אני מקווה שאתה נהנה!