5.10 Temperaturmessung

Ein Thermistor ist ein Temperatursensor, der eine starke Temperaturabhängigkeit aufweist, und er kann in zwei Typen eingeteilt werden: Negative Temperature Coefficient (NTC) und Positive Temperature Coefficient (PTC). Der Widerstand eines NTC-Thermistors nimmt mit steigender Temperatur ab, während der Widerstand eines PTC-Thermistors mit steigender Temperatur zunimmt.

In diesem Projekt werden wir einen NTC-Thermistor verwenden. Durch Anschluss des NTC-Thermistors an einen analogen Eingangspin des ESP32-Mikrocontrollers können wir seinen Widerstand messen, der direkt proportional zur Temperatur ist.

Durch die Einbindung des NTC-Thermistors und die Durchführung der notwendigen Berechnungen können wir die Temperatur genau messen und auf dem I2C LCD1602-Modul anzeigen. Dieses Projekt ermöglicht eine Echtzeit-Temperaturüberwachung und bietet eine visuelle Schnittstelle zur Temperaturanzeige.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

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ESP32 Starter Kit

320+

ESP32 Starter Kit

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

KOMPONENTENBESCHREIBUNG

KAUF-LINK

ESP32 WROOM 32E

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ESP32-Kameraerweiterung

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Steckbrett

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Überbrückungsdrähte

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Widerstand

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Thermistor

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Verfügbare Pins

  • Verfügbare Pins

    Hier ist eine Liste der verfügbaren Pins auf dem ESP32-Board für dieses Projekt.

    Verfügbare Pins

    IO14, IO25, I35, I34, I39, I36

  • Strapping Pins

    Die folgenden Pins sind Strapping-Pins, die den Startvorgang des ESP32 beim Einschalten oder Zurücksetzen beeinflussen. Sobald der ESP32 jedoch erfolgreich hochgefahren ist, können sie als reguläre Pins verwendet werden.

    Strapping-Pins

    IO0, IO12

Schaltplan

../../_images/circuit_5.10_thermistor.png

Wenn die Temperatur steigt, nimmt der Widerstand des Thermistors ab, was dazu führt, dass der auf I35 abgelesene Wert sinkt. Zusätzlich können Sie durch Verwendung einer Formel den Analogwert in Temperatur umrechnen und dann ausdrucken.

Verdrahtung

../../_images/5.10_thermistor_bb.png

Bemerkung

  • Der Thermistor ist schwarz und mit 103 gekennzeichnet.

  • Der Farbring des 10K-Ohm-Widerstands ist rot, schwarz, schwarz, rot und braun.

Code

Bemerkung

  • Öffnen Sie die Datei 5.10_thermistor.py, die sich im Pfad esp32-starter-kit-main\micropython\codes befindet, oder kopieren und fügen Sie den Code in Thonny ein. Klicken Sie dann auf „Run Current Script“ oder drücken Sie F5, um ihn auszuführen.

  • Stellen Sie sicher, dass der Interpreter „MicroPython (ESP32).COMxx“ in der unteren rechten Ecke ausgewählt ist.

# Import the necessary libraries
from machine import ADC, Pin
import time
import math

# Define the beta value of the thermistor, typically provided in the datasheet
beta = 3950

# Create an ADC object (thermistor)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Set the attenuation
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

# Start an infinite loop to continuously monitor the temperature
while True:
    # Read the voltage in microvolts and convert it to volts
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calculate the resistance of the thermistor based on the measured voltage
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Use the beta parameter and resistance value to calculate the temperature in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Convert to Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Convert to Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Print the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
    time.sleep(0.5)

Wenn der Code ausgeführt wird, zeigt die Shell die Temperaturen in Celsius und Fahrenheit an.

Wie funktioniert das?

Jeder Thermistor hat einen normalen Widerstand. Hier beträgt er 10k Ohm, gemessen bei 25 Grad Celsius.

Wenn die Temperatur steigt, nimmt der Widerstand des Thermistors ab. Dann werden die Spannungsdaten durch den A/D-Adapter in digitale Werte umgewandelt.

Die Temperatur in Celsius oder Fahrenheit wird durch Programmierung ausgegeben.

Hier ist die Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur:

RT = RN expB(1/TK - 1/TN)

  • RT ist der Widerstand des NTC-Thermistors bei der Temperatur TK.

  • RN ist der Widerstand des NTC-Thermistors unter der Nenntemperatur TN. Hier beträgt der numerische Wert von RN 10k.

  • TK ist eine Kelvin-Temperatur und die Einheit ist K. Hier beträgt der numerische Wert von TK 373.15 + degree Celsius.

  • TN ist eine Nenntemperatur in Kelvin; die Einheit ist ebenfalls K. Hier beträgt der numerische Wert von TN 373.15+25.

  • Und B(Beta), die Materialkonstante des NTC-Thermistors, wird auch als Wärmeempfindlichkeitsindex bezeichnet, mit einem numerischen Wert von 4950.

  • exp ist die Abkürzung für Exponential, und die Basiszahl e ist eine natürliche Zahl und entspricht ungefähr 2,7.

Konvertieren Sie diese Formel TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN), um die Kelvin-Temperatur zu erhalten, die minus 273,15 Grad Celsius entspricht.

Diese Beziehung ist eine empirische Formel. Sie ist nur genau, wenn die Temperatur und der Widerstand innerhalb des effektiven Bereichs liegen.

Weitere Informationen

Sie können auch die berechneten Temperaturen in Celsius und Fahrenheit auf dem I2C LCD1602 anzeigen.

../../_images/5.10_thermistor_lcd_bb.png

Bemerkung

  • Öffnen Sie die Datei 5.10_thermistor_lcd.py, die sich im Pfad esp32-starter-kit-main\micropython\codes befindet, oder kopieren und fügen Sie den Code in Thonny ein. Klicken Sie dann auf „Run Current Script“ oder drücken Sie F5, um ihn auszuführen.

  • Stellen Sie sicher, dass der Interpreter „MicroPython (ESP32).COMxx“ in der unteren rechten Ecke ausgewählt ist.

  • Hier müssen Sie die Bibliothek lcd1602.py verwenden, überprüfen Sie bitte, ob sie auf den ESP32 hochgeladen wurde. Für eine detaillierte Anleitung siehe 1.4 Bibliotheken Hochladen (Wichtig).

# Import the necessary libraries
from machine import ADC, Pin
from lcd1602 import LCD
import time
import math

# Define the beta value of the thermistor, typically provided in the datasheet
beta = 3950

# Create an ADC object (thermistor)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Set the attenuation
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

lcd = LCD()

# Start an infinite loop to continuously monitor the temperature
while True:
    # Read the voltage in microvolts and convert it to volts
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calculate the resistance of the thermistor based on the measured voltage
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Use the beta parameter and resistance value to calculate the temperature in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Convert to Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Convert to Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Print the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))

    # Clear the LCD screen
    lcd.clear()

    # Display the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    lcd.message('Cel: %.2f \xDFC \n' % Cel)
    lcd.message('Fah: %.2f \xDFF' % Fah)
    time.sleep(1)