Автоматическая регулировка температуры в доме с помощью терморезистора и Arduino: схема и программа

Наверняка многие из вас задумывались об автоматической регулировке температуры в доме – то есть чтобы нагрев дома включался автоматически (без вашего участия) при понижении температуры ниже некоторого минимального порога. В этой статье мы рассмотрим подобный проект автоматического управления температурой в доме на основе использования платы Arduino и терморезистора. Ранее на нашем сайте мы уже рассматривали подключение терморезистора к плате Arduino.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
NTC thermistor 10 кОм (терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом) (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Электрическая лампочка.
Реле (5v).
Соединительные провода.
Резистор 10 кОм (купить на AliExpress).
Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Схема содержит такие элементы как плата Arduino, ЖК дисплей, реле (Relay) и терморезистор (термистор). При повышении температуры реле будет включаться, а при понижении температуры ниже заданного порога – выключаться. Реле управляет цепью электрической лампочки – оно выполняет роль домашнего устройства, управляемого в зависимости от температуры. Весь процесс измерения температуры и включения/выключения лампочки выполняется платой Arduino. Также плата Arduino выводит информацию о температуре и статусе системы на экран ЖК дисплея.

Реле (Relay)

Реле представляет собой электромагнитный переключатель, который управляется слабым током, а может включать и выключать значительно большие токи. Реле хорошо подходят для управления устройвами, питающимися от сети переменного тока, с помощью маломощных устройств постоянного тока.

Мы в нашем проекте будем использовать реле типа SPDT (Single Pole Double Throw - однополюсное на два направления), которое имеет 5 контактов как показано на следующем рисунке.

Когда к катушке реле не приложено никакого напряжения общий провод реле COM соединен с контактом NC (normally closed contact – нормально замкнутым контактом). Когда же к катушке реле будет приложено управляющее напряжение, то оно переключит рычаг (якорь) реле и тогда контакт COM будет уже соединен с контактом NO (normally open contact – нормально разомкнутым контактом), что позволит сравнительно большому току протекать через эти контакты. Реле изготавливаются на различные номиналы напряжения, мы в нашем проекте использовали реле на 5 В, которое позволяет коммутировать переменный ток 7A-250VAC.

Внешний вид реле показан на следующем рисунке. Реле сравнительно просто можно купить в любом магазине электронных деталей.

Внутренняя схема соединений реле показана на рисунке ниже и она содержит в своем составе транзистор, диод и резистор.

Расчет температуры с помощью терморезистора

Схема используемого нами делителя напряжения представлена на следующем рисунке.

Напряжение на терморезисторе в этой схеме можно определить из известного напряжения:

V_out=(V_in*Rt)/(R+Rt).

Из этой формулы можно выразить значение сопротивления терморезистора Rt (R – известное сопротивление 10 кОм):

Rt=R(V_in/V_out)-1.

Значение V_out мы затем будем определять в коде программы с помощью считывания значения на выходе АЦП на контакте A0 платы Arduino.

Математически, сопротивление терморезистора можно вычислить с помощью известного уравнения Стейнхарта-Харта (Stein-Hart equation).

T = 1/(A + B*ln(Rt) + C*ln(Rt)³).

В этой формуле A, B и C — константы, Rt – сопротивление терморезистора, ln — натуральный логарифм.

Мы для проекта использовали терморезистор со следующими константами: A = 1.009249522×10⁻³, B = 2.378405444×10⁻⁴, C = 2.019202697×10⁻⁷. Эти константы можно определить с помощью данного калькулятора, введя в нем значения сопротивления терморезистора при трех значениях температуры или вы их можете непосредственно узнать из даташита на ваш терморезистор.

Таким образом, для определения значения температуры нам будет нужно только значение сопротивления терморезистора – после его определения мы просто подставляем его значение в уравнение Стейнхарта-Харта и с его помощью рассчитываем значением температуры в кельвинах.

Объяснение программы для Arduino

Полный текст программы приведен в конце статьи, здесь же рассмотрим его наиболее важные фрагменты.

Для выполнения математических операций мы в программе должны подключить библиотеку “#include <math.h>”, а для работы с ЖК дисплеем – библиотеку “#include <LiquidCrystal.h>". Также мы должны инициализировать контакт, к которому подключено реле - “#define RELAY 8”. Также плате Arduino необходимо сообщить контакты, к которым подключен ЖК дисплей.

#include <math.h>
#include "LiquidCrystal.h"
#define RELAY 8  
LiquidCrystal lcd(6,7,5,4,3,2); // сообщаем плате Arduino контакты, к которым подключен ЖК дисплей, в формате LCD(Rs, EN, D4, D5, D6, D7)

#include <math.h>

#include "LiquidCrystal.h"

#define RELAY 8

LiquidCrystal lcd(6,7,5,4,3,2); // сообщаем плате Arduino контакты, к которым подключен ЖК дисплей, в формате LCD(Rs, EN, D4, D5, D6, D7)

Также в функции Void setup() мы должны инициализировать ЖК дисплей и задать режим работы на вывод данных для контакта, к которому подключено реле.

Void setup(){
 lcd.begin(16,2);
 lcd.clear();
 pinMode(RELAY, OUTPUT);
}

Void setup(){

lcd.begin(16,2);

lcd.clear();

pinMode(RELAY, OUTPUT);

}

Для расчета температуры с помощью уравнения Стейнхарта-Харта мы должны в программе выполнить ряд математических расчетов, описанных ранее в статье.

float a = 1.009249522e-03, b = 2.378405444e-04, c = 2.019202697e-07;
float T, logRt, Tf, Tc;
float Thermistor(int Vo) {
logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1)));
 T = (1.0 / (a + b*logRt + c* logRt * logRt * logRt)); // рассчитываем температуру в кельвинах с помощью уравнения Stein-Hart
 Tc = T - 273.15;                     // преобразуем кельвины в градусы Цельсия
 Tf = (Tc * 1.8) + 32.0;              // преобразуем кельвины в градусы по шкале Фаренгейта
 return T;
}

float a = 1.009249522e-03, b = 2.378405444e-04, c = 2.019202697e-07;

float T, logRt, Tf, Tc;

float Thermistor(int Vo) {

logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1)));

T = (1.0 / (a + b*logRt + c* logRt * logRt * logRt)); // рассчитываем температуру в кельвинах с помощью уравнения Stein-Hart

Tc = T - 273.15; // преобразуем кельвины в градусы Цельсия

Tf = (Tc * 1.8) + 32.0; // преобразуем кельвины в градусы по шкале Фаренгейта

return T;

}

В следующем участке кода мы считываем падение напряжения на терморезисторе и печатаем его на экране ЖК дисплея.

lcd.print((Thermistor(analogRead(0))));

1	lcd.print((Thermistor(analogRead(0))));

Также мы запрограммируем функцию, которая вычисляет температуру исходя из падения напряжения на терморезисторе.

float Thermistor(int Vo)

1	float Thermistor(int Vo)

Также мы должны запрограммировать условия для включения и выключения лампы в соответствии со значениями температуры. Если температура увеличивается более 28 градусов мы будем включать лампу подавая на контакт 8 (к нему подключено реле) напряжение высокого уровня, а когда температура падает ниже 28 градусов, мы будем выключать лампу.

if (Tc > 28) digitalWrite(RELAY, HIGH),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:ON "),delay(500);
else if (Tc < 28) digitalWrite(RELAY, LOW),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:OFF"),delay(500);

1 2	if (Tc > 28) digitalWrite(RELAY, HIGH),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:ON "),delay(500); else if (Tc < 28) digitalWrite(RELAY, LOW),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:OFF"),delay(500);

Работа проекта

Запитать плату Arduino можно по USB кабелю или через адаптер 12 В. На экране ЖК дисплея будет показываться температура в кельвинах, градусах Цельсия и по шкале Фаренгейта. С аналогового контакта A0 будет непрерывно считываться значение падения напряжения на терморезисторе и на его основе будет затем рассчитываться значение температуры.

При повышении температуры выше 28 градусов плата Arduino при помощи реле будет включать лампу, а при снижении температуры ниже 28 градусов выключать ее.

Решения, реализованные в данном проекте, можно применить в автоматическом регуляторе скорости вращения вентилятора и автоматическом управлении температурой кондиционера.

Также на нашем сайте можно посмотреть и другие проекты автоматизации домашних устройств:

Исходный код программы

Если у вас возникнут какие либо вопросы по тексту данной программы, вы можете задать их в комментариях к данной статье.

#include <math.h>
#include "LiquidCrystal.h"
#define RELAY 8   
LiquidCrystal lcd(6,7,5,4,3,2);
float A = 1.009249522e-03, B = 2.378405444e-04, C = 2.019202697e-07;
float T,logRt,Tf,Tc;
float Thermistor(int Vo) {
 logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1))); 
 T = (1.0 / (A + B*logRt + C*logRt*logRt*logRt));  // // рассчитываем температуру в кельвинах с помощью уравнения Stein-Hart
 Tc = T - 273.15;                 // преобразуем кельвины в градусы Цельсия
 Tf = (T * 1.8) + 32.0;           // преобразуем кельвины в градусы по шкале Фаренгейта
 return T;
}
void setup() {
 lcd.begin(16,2);
 lcd.clear();
pinMode(RELAY, OUTPUT); 
}
void loop() {
  
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Temperature:");
  lcd.print(int(Thermistor(analogRead(0))));
  lcd.print("C ");
  delay(500);  // ждем 0.5 секунды перед очередным измерением температуры
if (Tc > 28) digitalWrite(RELAY, HIGH),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:ON "),delay(500);
else if (Tc < 28) digitalWrite(RELAY, LOW),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:OFF"),delay(500);   
         
}

#include <math.h>

#include "LiquidCrystal.h"

#define RELAY 8

LiquidCrystal lcd(6,7,5,4,3,2);

float A = 1.009249522e-03, B = 2.378405444e-04, C = 2.019202697e-07;

float T,logRt,Tf,Tc;

float Thermistor(int Vo) {

logRt = log(10000.0*((1024.0/Vo-1)));

T = (1.0 / (A + B*logRt + C*logRt*logRt*logRt)); // // рассчитываем температуру в кельвинах с помощью уравнения Stein-Hart

Tc = T - 273.15; // преобразуем кельвины в градусы Цельсия

Tf = (T * 1.8) + 32.0; // преобразуем кельвины в градусы по шкале Фаренгейта

return T;

}

void setup() {

lcd.begin(16,2);

lcd.clear();

pinMode(RELAY, OUTPUT);

}

void loop() {

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Temperature:");

lcd.print(int(Thermistor(analogRead(0))));

lcd.print("C ");

delay(500); // ждем 0.5 секунды перед очередным измерением температуры

if (Tc > 28) digitalWrite(RELAY, HIGH),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:ON "),delay(500);

else if (Tc < 28) digitalWrite(RELAY, LOW),lcd.setCursor(0,1),lcd.print("Light status:OFF"),delay(500);

}

Видео, демонстрирующее работу схемы

(Проголосуй первым!)

Загрузка...

6 239 просмотров

Глеб говорит 20.10.2022 в 23:17:

Не вижу второго резистора на схеме. Где он должен быть?

Ответить ↓
- admin-new говорит 22.10.2022 в 14:28:
  
  Скорее всего, в списке необходимых компонентов опечатка
  
  Ответить ↓

Автоматическая регулировка температуры в доме с помощью терморезистора и Arduino

Необходимые компоненты

Работа схемы

Реле (Relay)

Расчет температуры с помощью терморезистора

Объяснение программы для Arduino

Работа проекта

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Комментарии

Автоматическая регулировка температуры в доме с помощью терморезистора и Arduino — 2 комментария

Добавить комментарий Отменить ответ

Необходимые компоненты

Работа схемы

Реле (Relay)

Расчет температуры с помощью терморезистора

Объяснение программы для Arduino

Работа проекта

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ