Termistortestplan: 8 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Målet med denne testplan er at se, om vi kan måle menneskets kropstemperatur. Denne testplan giver dig instruktioner om, hvordan du bygger et simpelt digitalt termometer, kalibrerer det, programmerer det og derefter bruger det til at se, om du kan registrere en simuleret feber (en temperatur på 40 grader Celsius).

Trin 1: Trin 1 - Saml dine materialer

En god testplan bør altid starte med at lægge de materialer, du får brug for.

Til vores termistortestplan kræver vi følgende:

Arduino Uno mikrokontroller

USB -kabel (til tilslutning af Arduino til computeren)

Bærbar computer

Termistor

Modstande (10.000 Ohm)

Brødbræt

Bægerglas

Vand

Varm tallerken

Tape

Alkoholtermometer

Trin 2: Trin 2: Tilslutning af dit kredsløb

Det næste trin er at begynde at konstruere kredsløbet, der giver dig mulighed for at måle temperaturen ved hjælp af termistoren.

Følg diagrammet ovenfor for at forbinde din termistor til din Arduino på en måde, der giver dig mulighed for at måle temperaturen. Som du kan se, er 5V -udgangen på din Arduino forbundet til din termistor. Den anden ende af termistoren er forbundet til 10 kOhm modstanden. Endelig er den anden ende af 10kOhm -modstanden forbundet til jordstiften på Arduino, hvilket fuldender kredsløbet.

Du vil også bemærke den gule ledning, der forbinder krydset mellem termistoren og modstanden med den analoge indgangsstift "A0" på Arduino. Glem ikke at tilslutte denne ledning! Denne ledning er den, der giver din Arduino mulighed for faktisk at måle termistoren. Uden det får du ingen målinger.

Trin 3: Trin 3: Programmering af din Arduino

Det næste trin er at programmere din Arduino, så du kan begynde at måle spændingen over din termistor. For at gøre det skal du kopiere ovenstående kode til din editor og derefter uploade den til din Arduino.

Denne kode tager en aflæsning fra din termistor en gang i sekundet og skriver denne aflæsning på den serielle skærm. Husk: de værdier, der vil blive skrevet på den serielle skærm her, er spændingsværdier. For at producere temperaturværdier skal vi kalibrere enheden.

Trin 4: Trin 4: Registrering af dine kalibreringsdata

Lige nu producerer din Arduino ikke temperaturværdier. Vi er nødt til at kalibrere det, hvilket betyder at tage en række spændingsmålinger med Arduino ved forskellige temperaturer, samtidig med at temperaturen registreres ved hver spændingsmåling. På denne måde kan vi oprette et diagram, der har spændingsværdier til venstre og temperaturer til højre. Fra dette diagram vil vi kunne komme med en ligning, der giver os mulighed for automatisk at konvertere mellem volt og grader.

For at tage dine kalibreringsdata skal du lægge et bægerglas fuld af vand på en kogeplade og tænde det. Placer et sprittermometer i vandet og se, når temperaturen stiger. Når temperaturen når 18 grader Celsius, skal du også placere din termistor i vandet og tænde for din Arduino, så du kan læse den serielle skærm.

Når temperaturen på dit termometer læser 20 grader Celsius, skal du skrive den temperatur ned. Ved siden af det skal du nedskrive spændingsaflæsningen, som din Arduino lægger på den serielle skærm. Når termometeret læser 21 grader Celsius, gentages dette. Fortsæt med at gentage det, indtil dit termometer læser 40 grader Celsius.

Du skal nu have en række spændingsværdier, der hver svarer til en bestemt temperatur. Indtast disse i et Excel -regneark som på billedet ovenfor.

Trin 5: Trin 5: Oprettelse af din kalibreringskurve

Nu hvor alle dine data er i Excel, bruger vi dem til at oprette en kalibreringskurve og generere en ligning, der giver os mulighed for at konvertere mellem spændings- og temperaturværdier.

Fremhæv dine data i Excel (sørg for, at spændingsværdierne er til venstre), og vælg "Indsæt" på værktøjslinjen øverst, og klik derefter på "Scatter or Bubble Chart" i sektionen Diagrammer. En graf skal dukke op med en række prikker på den. Dobbelttjek, at Y-aksen repræsenterer temperaturværdier, og X-aksen repræsenterer spændingsværdier.

Højreklik på et af datapunkterne og vælg "Format Trendline". En dialogboks vises. Under "Trendline -indstillinger" skal du vælge "Lineær", og derefter markere feltet nederst "Display Equation on chart" nederst.

Dit diagram skal nu ligne det på billedet ovenfor. Skriv ligningen ned, da det er det, du skal programmere i din Arduino for at få den til automatisk at konvertere spænding til temperatur.

Trin 6: Trin 6: Kalibrering af dit system

Nu hvor du med succes har oprettet en kalibreringskurve og afledt ligningen, der giver dig mulighed for at konvertere spændingsværdier til temperaturer, skal du opdatere din kode, så din Arduino udskriver temperaturværdier til den serielle skærm.

Gå tilbage til din Arduino -kode, og foretag følgende ændringer:

I stedet for at etablere variablen "val" som en "int", skal du kalde den som en "float". Dette skyldes, at "int" betyder heltal eller et helt tal. Da vi vil sætte spændingsværdien lagret i "val" gennem en ligning, er vi nødt til at tillade den at have decimalværdier, ellers vil vores konvertering være forkert. Ved at kalde "val" som en "float" -variabel vil vi sikre, at vores matematik fungerer korrekt.

Dernæst skal du tilføje en ny linje efter "val = analogRead (0);". På denne nye linje skal du skrive følgende: "flydende temperatur". Dette vil etablere en ny variabel, temperatur, som vi snart viser.

Det næste trin er at konvertere spændingsværdien i "val" til en temperatur, som vi kan gemme i "temperatur". For at gøre dette skal du gå tilbage til din ligning, som du fik fra din kalibreringskurve. Så længe spændingen er på X-aksen og temperaturen er på Y-aksen i din graf, kan ligningen oversættes som følger: y = a*x + b bliver temperatur = a*val + b. På den næste linje skal du skrive "temperatur = a*val + b", hvor "a" og "b" er tal, som du får fra din kalibreringsligning.

Dernæst skal du ændre slette "Serial.println (val)". Vi vil ikke se på selve temperaturen, men vil i stedet bruge en if -sætning til at afgøre, om vi er over en bestemt temperatur eller ej.

Endelig vil vi tilføje et stykke kode, der vil bruge temperaturoplysningerne til at træffe en beslutning om, hvorvidt du har feber eller ej. Skriv følgende på den næste linje:

hvis (temperatur> 40) {

Serial.println ("Jeg har feber!")

}

Gem din kode, og upload den til Arduino.

Trin 7: Trin 7: Test af din enhed

Tillykke! Du har nu konstrueret et digitalt termometer, der kan måle temperaturen ved hjælp af en termistor og en Arduino. Nu skal du teste det for nøjagtighed.

Sæt dit bægerglas på kogepladen igen, og begynd at varme vandet op. Placer dit alkoholtermometer og din termistor i vandet. Se seriemonitoren samt alkoholtermometeret. Når din serielle skærm siger "Du har feber!", Skal du skrive temperaturen ned på dit alkoholtermometer og slukke for kogezonen.

Lad vandet afkøle til cirka 32 grader Celsius, og gentag derefter ovenstående procedure. Gør dette 5 gange, og registrer dine observationer i et diagram som det ovenfor.

Trin 8: Trin 8: Beregn din enheds nøjagtighed

Nu hvor du har registreret 5 forsøg med test, kan du beregne, hvor langt din enhed var fra den sande temperatur.

Husk, at vi har konfigureret din enhed, så den viser "Jeg har feber!" når den registrerede en temperatur større end eller lig med 40 grader Celsius. Det betyder, at vi vil sammenligne alkoholtermometerværdier til 40 grader og se, hvor forskellige de var.

I Excel trækkes 40 fra hver temperaturværdi, du har registreret. Dette giver dig forskellen mellem hver sand værdi og dine målte værdier. Derefter divideres disse værdier med 40 og ganges med 100. Dette giver os procentvis fejl for hver måling.

Endelig gennemsnit alle dine procentvise fejl. Dette tal er din samlede procentvise fejl. Hvor præcis var din enhed? Var procentfejlen under 5%? 1%?