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5.10 Misurazione della Temperatura

Un termistore è un sensore di temperatura che mostra una forte dipendenza dalla temperatura e può essere classificato in due tipi: coefficiente di temperatura negativo (NTC) e coefficiente di temperatura positivo (PTC). La resistenza di un termistore NTC diminuisce all’aumentare della temperatura, mentre la resistenza di un termistore PTC aumenta con l’aumentare della temperatura.

In questo progetto, utilizzeremo un termistore NTC. Collegando il termistore NTC a un pin di ingresso analogico del microcontrollore ESP32, possiamo misurare la sua resistenza, che è direttamente proporzionale alla temperatura.

Incorporando il termistore NTC ed eseguendo i calcoli necessari, possiamo misurare accuratamente la temperatura e visualizzarla sul modulo I2C LCD1602. Questo progetto consente il monitoraggio in tempo reale della temperatura e fornisce un’interfaccia visiva per la visualizzazione della temperatura.

Componenti Necessari

In questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome

OGGETTI IN QUESTO KIT

LINK

ESP32 Starter Kit

320+

ESP32 Starter Kit

Puoi anche acquistarli separatamente dai link qui sotto.

INTRODUZIONE AI COMPONENTI

LINK PER L’ACQUISTO

ESP32 Scheda

ACQUISTA

Estensione Fotocamera ESP32

ACQUISTA

Breadboard

ACQUISTA

Cavi Jumper

ACQUISTA

Resistore

ACQUISTA

Termistore

ACQUISTA

Pin Disponibili

  • Pin Disponibili

    Ecco un elenco dei pin disponibili sulla scheda ESP32 per questo progetto.

    Pin Disponibili

    IO14, IO25, I35, I34, I39, I36

  • Pin di Strapping

    I seguenti pin sono pin di strapping, che influenzano il processo di avvio dell’ESP32 durante l’accensione o il reset. Tuttavia, una volta che l’ESP32 è avviato correttamente, possono essere utilizzati come pin regolari.

    Pin di Strapping

    IO0, IO12

Schema

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

Quando la temperatura aumenta, la resistenza del termistore diminuisce, causando una diminuzione del valore letto su I35. Inoltre, utilizzando una formula, è possibile convertire il valore analogico in temperatura e poi stamparlo.

Cablaggio

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

Nota

  • Il termistore è nero e contrassegnato 103.

  • L’anello colorato della resistenza da 10K ohm è rosso, nero, nero, rosso e marrone.

Codice

Nota

  • Apri il file 5.10_thermistor.py situato nel percorso esp32-starter-kit-main\micropython\codes, oppure copia e incolla il codice in Thonny. Successivamente, fai clic su «Esegui lo script corrente» o premi F5 per eseguirlo.

  • Assicurati di selezionare l’interprete «MicroPython (ESP32).COMxx» nell’angolo in basso a destra.

# Importa le librerie necessarie
from machine import ADC, Pin
import time
import math

# Definisci il valore beta del termistore, tipicamente fornito nel datasheet
beta = 3950

# Crea un oggetto ADC (termistore)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Imposta l'attenuazione
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

# Avvia un ciclo infinito per monitorare continuamente la temperatura
mentre True:
    # Leggi la tensione in microvolt e converti in volt
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calcola la resistenza del termistore in base alla tensione misurata
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Utilizza il parametro beta e il valore della resistenza per calcolare la temperatura in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Converti in Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Converti in Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Stampa i valori di temperatura sia in Celsius che in Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
    time.sleep(0.5)

Quando il codice viene eseguito, la Shell stamperà le temperature in Celsius e Fahrenheit.

Come funziona?

Ogni termistore ha una resistenza nominale. Qui è di 10k ohm, misurata a 25 gradi Celsius.

Quando la temperatura aumenta, la resistenza del termistore diminuisce. Successivamente, i dati di tensione vengono convertiti in quantità digitali dall’adattatore A/D.

La temperatura in Celsius o Fahrenheit viene fornita tramite programmazione.

Ecco la relazione tra resistenza e temperatura:

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

  • RT è la resistenza del termistore NTC quando la temperatura è TK.

  • RN è la resistenza del termistore NTC alla temperatura nominale TN. Qui, il valore numerico di RN è 10k.

  • TK è una temperatura in Kelvin e l’unità è K. Qui, il valore numerico di TK è 373,15 + gradi Celsius.

  • TN è una temperatura nominale in Kelvin; l’unità è anche K. Qui, il valore numerico di TN è 373,15 + 25.

  • E B(beta), la costante del materiale del termistore NTC, è anche chiamata indice di sensibilità termica con un valore numerico di 4950.

  • exp è l’abbreviazione di esponenziale, e il numero base e è un numero naturale che vale approssimativamente 2,7.

Converti questa formula TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) per ottenere la temperatura in Kelvin che, meno 273,15, equivale ai gradi Celsius.

Questa relazione è una formula empirica. È accurata solo quando la temperatura e la resistenza sono entro il range effettivo.

Approfondimenti

Puoi anche visualizzare le temperature calcolate in Celsius e Fahrenheit sul modulo I2C LCD1602.

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

Nota

  • Apri il file 5.10_thermistor_lcd.py situato nel percorso esp32-starter-kit-main\micropython\codes, oppure copia e incolla il codice in Thonny. Successivamente, fai clic su «Esegui lo script corrente» o premi F5 per eseguirlo.

  • Assicurati di selezionare l’interprete «MicroPython (ESP32).COMxx» nell’angolo in basso a destra.

  • Qui devi utilizzare la libreria chiamata lcd1602.py, controlla se è stata caricata su ESP32, per un tutorial dettagliato fai riferimento a 1.4 Carica le Librerie (Importante).

# Importa le librerie necessarie
from machine import ADC, Pin
from lcd1602 import LCD
import time
import math

# Definisci il valore beta del termistore, tipicamente fornito nel datasheet
beta = 3950

# Crea un oggetto ADC (termistore)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Imposta l'attenuazione
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

lcd = LCD()

# Avvia un ciclo infinito per monitorare continuamente la temperatura
mentre True:
    # Leggi la tensione in microvolt e converti in volt
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calcola la resistenza del termistore in base alla tensione misurata
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Utilizza il parametro beta e il valore della resistenza per calcolare la temperatura in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Converti in Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Converti in Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Stampa i valori di temperatura sia in Celsius che in Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))

    # Pulisci lo schermo LCD
    lcd.clear()

    # Visualizza i valori di temperatura sia in Celsius che in Fahrenheit
    lcd.message('Cel: %.2f \xDFC \n' % Cel)
    lcd.message('Fah: %.2f \xDFF' % Fah)
    time.sleep(1)