Безконтактний термометр на arduino nano

171

Часто потрібно оцінити температуру якогось об’єкта (мікросхема, блок живлення, лампа, гаряча вода, тіло і т.д.). Для цього є чудовий прилад-іч безконтактний термометр. Зараз його часто можна зустріти в руках контролерів, що вимірюють температуру тіла на вході в громадські місця.

А чи складно зробити такий термометр в домашніх умовах? і які будуть його експлуатаційні характеристики?у мережі зустрічаються різні конструкції. Одні — на рівні макета (як використовувати іч-датчик), інші не дуже практичні або громіздкі, треті – дорогі по комплектуючих… Загалом відповідного проекту для себе не знайшов. Вирішив зробити свій варіант.виходив з наявності під рукою основних комплектуючих: — мікроконтролер arduino nano, — датчик gy — 906 mlx90614,- цифровий дисплей tm1637.прилад повинен бути компактний, працювати автономно і виконувати наступні функції:- дистанційне вимірювання температури;- настройка коефіцієнта компенсації (необхідність підстроювання з’ясувалася вже в процесі роботи над приладом).додаткові вимоги: — підсвічування точки вимірювання температури лазерним діодом.

матеріали та інструменти отже, нам знадобляться наступні інструменти і матеріали:- 3d принтер з пластиком (тип і колір будь – який-на ваш смак); — 3 гвинтика m2 x 8-10мм з гайками; — викрутка під гвинтики; — наждачний папір, надфіль; — клейовий пістолет; — електронні компоненти (посилання наведені для інформації): — — – arduino nano-1 шт. (посилання);— цифровий дисплей tm1637 (посилання) – 1 шт.; — — — плата з датчиком gy-906 mlx90614 (посилання) – 1 шт;— лазерний діод 3-5v (посилання) – 1 шт; – — — кнопка для діода (посилання) — 1 шт; — — — кнопка для налаштування (посилання) — 1 шт.; — – — мікроперемикач (посилання) — 1 шт; — — — батарея типу крона з контактним роз’ємом — 1 шт;

опис приладу і порядку його складання прилад має іч-датчик для виміру температури об’єкта. Лазерний діод вказує передбачуване розміщення об’єкта. Дисплей показує температуру об’єкта. Через відсутність можливості у мого дисплея tm1637 показувати точку в розряді (є тільки 4 семисегментних розряду), для відображення дрібних значень на дисплеї нанесена мітка перед крайнім правим розрядом, що вказує на те, що в останньому розряді десяткові значення. Для цього дробові значення температури (точність 1 знак після коми) перед виведенням множаться на 10. При використанні дисплея з точками у розрядів необхідно внести відповідні зміни в скетч.

Кнопка налаштування призначена для перемикання дисплея в режим введення коефіцієнта компенсації випромінювання. Так як різні матеріали з різною інтенсивністю випромінюють іч промені, то це необхідно враховувати при розрахунку температури об’єкта. Коефіцієнт може змінюватися в діапазоні від 0.10 до 1.00. Кнопка натисканням з утриманням переводить дисплей в режим налаштування коефіцієнта. При цьому дисплей (з урахуванням останнього дробового розряду) показує поточне значення, помножене на 1000 (тобто масштабує з діапазону 0.10 — 1.00 в діапазон від 10.0 до 100.0).

Перемикання в режим налаштування і назад здійснюється натисканням і утриманням кнопки.у режимі налаштування коефіцієнта компенсації одноразове натискання кнопки зменшує значення коефіцієнта на 5 (реальний коефіцієнт зменшується на 0.05), а подвійне натискання – збільшує на 5 (реальний коефіцієнт збільшується на 0.05). Встановити більш дрібний крок, наприклад, 1, можна в скетчі.встановлене нове значення коефіцієнта зберігається в пам’яті датчика.на передній стінці корпусу розташований датчик і лазерний діод.кнопка на ручці включає лазерний діод.

Саморобка складається з двох частин: корпус термометра і електронна начинка. Спочатку друкується корпус термометра. Далі в корпус встановлюються і кріпляться електронні компоненти. Прилад збирається.отже, вперед!

крок перший: друк корпусу на 3d принтері для друку на 3d принтері нам знадобиться модель, яка складається з наступних деталей:- короб корпусу;- кришка короба;- ручка;- кришка батарейного відсіку ручки.

Модель можна завантажити за посиланням: stl_files.rar [204.14 kb] (завантажень: 3) друкувати будь-яким пластиком при стандартній або високій якості. Корпус проектувався під наявні комплектуючі. При наявності інших типів електронних компонентів (ардуіно, дисплей, кнопки) може знадобитися змінити розміри корпусу або отворів.у верхній частині корпусу (короб) розміщується дисплей, датчик, лазерний діод, вимикач і кнопка настройки.у ручці приладу розташовується батарея. Конструкція ручки дозволяє вставляти в неї крону або 1-2 батареї типу ncr18650b. При друку короба корпусу необхідно включити режим підтримок для вирізу під дисплей. Інші елементи, включаючи отвори, можна друкувати без підтримок.при друку кришки короба необхідно використовувати режим» брім » — щоб уникнути відшарування деталі від столу принтера при друку.ручка друкується «догори ногами» з включенням підтримки в області кнопки і в області кришки відсіку для батареї.

В результаті друку ми отримуємо 4 деталі.

Через усадки пластика може знадобитися підточити надфілем виступи кришки. Кришка повинна щільно вставлялася в короб і утримуватися в ньому.

крок другий: обробка і підгонка деталей якщо друк був на підкладці або в режимі «брім», то необхідно відірвати підкладку і брім і обробити нижню частину підстави наждачним папером. Також при необхідності наждачкою потрібно прибрати всі шорсткості, що виникли в результаті друку як зовні, так і всередині деталей.у зв’язку з тим, що у різних пластиків різний коефіцієнт усадки, то може знадобитися підгонка отворів під гвинтики шилом або ручним дрилем зі свердлом 2 мм (щоб розвальцювати отвори).

крок третій: збірка електронних компонентів для з’єднання електронних компонентів я використовував комутаційну плату (зробив з макетної, обрізавши до потрібних розмірів). На платі розмістив контактні групи типу»мама». У перший ряд вставляється ардуїна, найдальший від ардуїни — це «земля», потім – «+5в», потім йдуть 2 ряди для пінів ардуїни. Таким чином для підключення електронних компонентів використовується 4-х контактна планка типу «тато», яка вставляється перпендикулярно мікроконтролеру. На зворотному боці плати проведена розводка з’єднань контактів.

До дисплея, датчика, мікроперемикача, лазерного діода, кнопки припаюються з’єднувальні дроти. Дисплей, датчик, кнопка і лазерний діод підключаються до комутаційної плати за допомогою контактних груп (на 4 контакту) типу «тато». Довжину проводів слід вибирати так, щоб вона була достатня для підключення до комутаційної плати.

На фото видно сліди оплавлення пластика – довелося по ходу роботи допрацьовувати модель паяльником. У файлах 3d моделі дані «доопрацювання» враховані.після підключення лазерного діода (при необхідності) можна підкоригувати ширину променя обертанням мікрооб’єктива.

Для з’єднання компонентів можна використовувати будь – які інші варіанти, наприклад-пряме з’єднання. Кожен майстер сам визначає, як йому зручно.схема з’єднання компонентів наведена нижче.

Слід зазначити, що з причини відсутності під рукою батареї крона для живлення приладу використовувався один елемент ncr18650b з вихідною напругою 3,7 в. Тому для підвищення напруги після мікроперемикача додатково використовувався конвертер mt3608, вихідна напруга якого було встановлено в 7 в.

крок четвертий: програмування мікроконтролера для програмування мікроконтролера необхідно завантажити скетч за посиланням, встановити (якщо відсутні) необхідні в скетчі бібліотеки, скомпілювати і завантажити в arduino nano. Скетч був написаний в arduino ide 1.8.13. Скетч: ik_termometr.rar [2.28 kb] (завантажень: 4) в скетчі прокоментовані функції і змінні. Для налагодження передбачений режим з виведенням інформації в монітор порту. Рекомендується зібрати схему, завантажити скетч і переконається в працездатності електронних компонентів на макетній платі.

крок п’ятий: збірка приладу після того, як корпус оброблений і підігнані його складові, завантажена програма в мікроконтролер можна збирати прилад. Збірка проводиться в наступному порядку: — в ручку встановлюється кнопка і зсередини закріплюється контргайкою;

— в отвори ручки вставляються дроти живлення( крона), до кінців яких припаюється роз’єм для з’єднання з батареєю;- ручка трьома гвинтами з гайками прикручується до короба. При цьому дроти з ручки виводяться в короб через відповідні отвори;

— у короб вставляється мікроперемикач. Залежно від конструкції він кріпиться або гвинтиками, або на клей;- в короб вставляється кнопка настройки;- дисплей встановлюється так, щоб кнопка настройки впиралася в плату дисплея. При необхідності між платою дисплея іКнопкою прокладається пластикова або картонна діелектрична прокладка. Провід від мікроперемикача і кнопки настройки протягуються в кріпильні отвори плати дисплея.- у передній частині короба корпусу в отвори вставляється датчик. Для закріплення датчика використовується або пакувальний матеріал типу спіненого поліетилену (щоб заповнити простір між обмежує стінкою і платою датчика), або клейовий пістолет.

— над датчиком в отвір вставляється лазерний діод і фіксується клейовим пістолетом. При цьому необхідно промінь діода вирівняти так, щоб він вказував на точку вимірювання температури;- в короб встановлюється мікроконтролер з комутаційною платою. На фото в коробі додатково встановлений підвищує модуль (при бажанні його можна розмістити в ручці — замість другої батареї 18650).

Після установки всіх компонентів короб закривається кришкою. При необхідності кришку можна в декількох місцях точково зафіксувати клеєм.

Після складання можна проводити тестові випробування: включаємо прилад, направляємо його на об’єкт. Дисплей повинен показати температуру об’єкта.

висновок при створенні даної саморобки отримано досвід в проектуванні корпусу і роботи з датчиком, а також виявлені такі особливості електронних компонентів:1. Показання ік датчика тим точніше, чим ближче він до об’єкта. Для людського тіла — це 1-2 см.мабуть для великих відстаней потрібна система лінз. Для малих відстаней (1-10 см) лазерний діод не потрібен.2. Коефіцієнт компенсації по даташиту для людського тіла 0.98. Але на практиці з таким значенням показання датчика виходять заниженими на 5-6 градусів. Тому довелося робити кнопку настройки, щоб можна було додатково підлаштувати прилад. Можливо, що це особливість саме мого конкретного датчика.3. Якщо при включенні підвищує модуля mt3608 не відбувається підвищення напруги, то потрібно виконати наступний «магічний обряд»: крутити підлаштування резистор спочатку в одну сторону до клацання, а потім довго — в іншу. Тільки після цих дій мої модулі стали працювати коректно, тобто підвищувати вихідну напругу, рівень якого регулюється підлаштування резистором.

З економічної точки зору за ті ж гроші можна купити готовий прилад нижнього цінового сегмента. Заощадити можна, якщо купувати комплектуючі на розпродажі. Найдорожчим елементом в цій конструкції є датчик температури.ймовірно використання подібної конструкції в специфічних ситуаціях типу постійного моніторингу температури електронних компонентів і т.д. Буде вигідно і доцільно, але може зажадати доопрацювання як корпусу/кріплення, подачі живлення, так і програмного забезпечення (наприклад, для передачі даних моніторингу по wifi).