3.1.8 Überhitzungsüberwachung

Einleitung

Sie möchten ein Überhwärmeüberwachungsgerät entwickeln, das in verschiedenen Situationen angewendet werden kann, z. B. in einer Fabrik, wenn ein Alarmsignal ausgelöst und die Maschine rechtzeitig ausgeschaltet werden soll, wenn es zu einer Überhitzung des Stromkreises kommt. In diesem Projekt verwenden wir einen Thermistor, einen Joystick, einen Summer, eine LED und ein LCD, um ein intelligentes Temperaturüberwachungsgerät zu erstellen, dessen Schwellenwert einstellbar ist.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

../_images/4.1.13_overheat_monitor_list.png

Schaltplan

T-Karte Name

physisch

wiringPi

BCM

GPIO17

Pin 11

0

17

GPIO18

Pin 12

1

18

GPIO27

Pin 13

2

27

GPIO22

Pin15

3

22

GPIO23

Pin16

4

23

GPIO24

Pin18

5

24

SDA1

Pin 3

SCL1

Pin 5
../_images/4.1.13_overheat_monitor_schematic.png

Versuchsdurchführung

Schritt 1: Bauen Sie die Schaltung.

../_images/4.1.13_overheat_monitor_circuit.png

Schritt 2: Gehen Sie zum Ordner mit dem Code.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 3: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 3.1.8_OverheatMonitor_zero.py

Während der Code ausgeführt wird, werden die aktuelle Temperatur und die Hochtemperaturschwelle von 40 auf einem I2C LCD1602 angezeigt. Wenn die aktuelle Temperatur höher ist als die Schwelle, wird der Summer und die LED aktiviert, um Sie zu alarmieren.

Der Joystick dient dazu, die Hochtemperaturschwelle anzupassen. Das Drehen des Joystick in Richtung der X- und Y-Achse kann die aktuelle Hochtemperaturschwelle erhöhen oder verringern. Drücken Sie den Joystick erneut, um die Schwelle auf den Ausgangswert zurückzusetzen.

Bemerkung

  • Wenn der Fehler FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1' auftritt, müssen Sie I2C-Konfiguration aufrufen, um I2C zu aktivieren.

  • Wenn der Fehler ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2' auftritt, führen Sie sudo pip3 install smbus2 aus.

  • Wenn der Fehler OSError: [Errno 121] Remote I/O error auftritt, bedeutet dies, dass das Modul falsch angeschlossen ist oder defekt ist.

  • Wenn der Code und die Verkabelung in Ordnung sind, das LCD jedoch keinen Inhalt anzeigt, können Sie den Potenziometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.

Code

Bemerkung

Sie können den folgenden Code ändern/zurücksetzen/kopieren/ausführen/anhalten. Davor müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie raphael-kit/python gehen. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um die Wirkung zu sehen.

#!/usr/bin/env python3

import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import ADC0834
import time
import math

# Initialisieren Sie Joystick-Taste, Summer und LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)

# Setzen Sie die anfängliche obere Temperaturschwelle
upperTem = 40

# Setup ADC- und LCD-Module
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)

def get_joystick_value():
    """
    Liest die Joystick-Werte und gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück.
    """
    x_val = ADC0834.getResult(1)
    y_val = ADC0834.getResult(2)
    if x_val > 200:
        return 1
    elif x_val < 50:
        return -1
    elif y_val > 200:
        return -10
    elif y_val < 50:
        return 10
    else:
        return 0

def upper_tem_setting():
    """
    Passt die obere Temperaturschwelle an und zeigt sie auf dem LCD an.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Oben anpassen: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

def temperature():
    """
    Liest die aktuelle Temperatur vom Sensor und gibt sie in Grad Celsius zurück.
    """
    analogVal = ADC0834.getResult()
    Vr = 5 * float(analogVal) / 255
    Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
    Cel = temp - 273.15
    return round(Cel, 2)

def monitoring_temp():
    """
    Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Temperaturschwelle an. Aktiviert den Summer und die LED, wenn die Temperatur den oberen Grenzwert überschreitet.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Oben: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        buzzPin.on()
        ledPin.on()
    else:
        buzzPin.off()
        ledPin.off()

# Hauptausführungsschleife
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Wechseln Sie zwischen Einstell- und Überwachungsmodus
        if currentState == 1 and lastState == 0:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState
        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
    # Bereinigen und beenden
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()

Code-Erklärung

  1. In diesem Abschnitt werden die erforderlichen Bibliotheken für das Projekt importiert. LCD1602 ist für das LCD-Display, gpiozero bietet Klassen für LED, Summer und Taste, ADC0834 ist für die Analog-Digital-Umwandlung und time und math sind Python-Standardbibliotheken für zeitbezogene Funktionen bzw. mathematische Operationen.

    #!/usr/bin/env python3

import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import ADC0834
import time
import math

  2. Hier werden die Joystick-Taste, der Summer und die LED initialisiert. Button(22) erstellt ein Tastenobjekt, das mit dem GPIO-Pin 22 verbunden ist. Buzzer(23) und LED(24) initialisieren den Summer bzw. die LED an den GPIO-Pins 23 bzw. 24.

    # Initialisieren Sie Joystick-Taste, Summer und LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)

  3. Legt die anfängliche obere Temperaturschwelle fest und initialisiert die ADC- und LCD-Module. Das LCD wird mit einer Adresse (0x27) und einem Modus (1) initialisiert.

    # Setzen Sie die anfängliche obere Temperaturschwelle
upperTem = 40

# Setup ADC- und LCD-Module
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)

  4. Diese Funktion liest die X- und Y-Werte des Joysticks mithilfe von ADC0834 aus. Sie gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück, der zur Anpassung der Temperaturschwelle verwendet wird.

    def get_joystick_value():
    """
    Liest die Joystick-Werte und gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück.
    """
    x_val = ADC0834.getResult(1)
    y_val = ADC0834.getResult(2)
    if x_val > 200:
        return 1
    elif x_val < 50:
        return -1
    elif y_val > 200:
        return -10
    elif y_val < 50:
        return 10
    else:
        return 0

  5. Passt die obere Temperaturschwelle mithilfe der Joystick-Eingabe an. Die neue Schwelle wird auf dem LCD angezeigt.

    def upper_tem_setting():
    """
    Passt die obere Temperaturschwelle an und zeigt sie auf dem LCD an.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Oben anpassen: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

  6. Liest die aktuelle Temperatur mithilfe des Sensors mit ADC0834 und gibt sie in Grad Celsius zurück.

    def temperature():
    """
    Liest die aktuelle Temperatur vom Sensor und gibt sie in Grad Celsius zurück.
    """
    analogVal = ADC0834.getResult()
    Vr = 5 * float(analogVal) / 255
    Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
    Cel = temp - 273.15
    return round(Cel, 2)

  7. Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Schwelle an. Wenn die Temperatur die obere Schwelle überschreitet, werden der Summer und die LED aktiviert.

    def monitoring_temp():
    """
    Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Temperaturschwelle an.
    Aktiviert den Summer und die LED, wenn die Temperatur den oberen Grenzwert überschreitet.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Oben: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        buzzPin.on()
        ledPin.on()
    else:
        buzzPin.off()
        ledPin.off()

  8. Die Hauptausführungsschleife wechselt basierend auf den Tastendrücken der Joystick-Taste zwischen Einstell- und Überwachungsmodus. Sie aktualisiert kontinuierlich entweder die Temperatureinstellung oder überwacht die aktuelle Temperatur.

    # Hauptausführungsschleife
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Wechseln Sie zwischen Einstell- und Überwachungsmodus
        if currentState == 1 and lastState == 0:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState
        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
    # Bereinigen und beenden
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()