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2.13 Thermometer

In dieser Lektion lernen wir, wie man einen Thermistor mit dem Raspberry Pi Pico 2 W zur Temperaturmessung verwendet. Ein Thermistor ist ein Widerstand, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur erheblich ändert. Wir verwenden speziell einen NTC-Thermistor, dessen Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

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

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

LINK

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

Du kannst sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

SN

KOMPONENTE

MENGE

LINK

1

Einführung in den Pico 2 W

1

2

Micro-USB-Kabel

1

3

Breadboard

1

KAUFEN

4

Jumper-Kabel

Mehrere

KAUFEN

5

Widerstand

1 (10KΩ)

KAUFEN

6

Thermistor

1

KAUFEN

Verständnis des Thermistors

Ein NTC-Thermistor ist ein temperaturabhängiger Widerstand. Sein Widerstand verringert sich mit steigender Temperatur. Indem wir ihn in einen Spannungsteiler-Schaltkreis einbauen, können wir die Spannung über ihm messen, die sich mit der Temperatur ändert. Mit dem Analog-Digital-Wandler (ADC) des Raspberry Pi Pico 2 W können wir diese Spannung messen und die entsprechende Temperatur berechnen.

Schaltbild

sch_temp

In diesem Schaltkreis bilden ein 10K-Widerstand und ein NTC-Thermistor einen Spannungsteiler, wobei GP28 die Spannung über dem Thermistor liest. Der 10K-Widerstand bietet auch Schutz, indem er den Strom begrenzt.

  • Hohe Temperatur: Der Widerstand des Thermistors sinkt, was seine Spannung und den GP28-Wert verringert. Bei hohen Temperaturen nähert sich der Widerstand Null und GP28 liest nahezu 0.

  • Niedrige Temperatur: Der Widerstand des Thermistors steigt, was seine Spannung und den GP28-Wert erhöht. Bei extremer Kälte wird der Widerstand nahezu unendlich und GP28 liest nahezu 65535.

Der 10K-Widerstand stellt sicher, dass 3.3V und GND nicht direkt verbunden sind, was einen Kurzschluss verhindert.

Verdrahtungsdiagramm

wiring_temp

Bemerkung

  • Der Thermistor ist schwarz und mit 103 gekennzeichnet.

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

Programmierung

Wir schreiben ein MicroPython-Programm, um den analogen Wert des Thermistors zu lesen, die Temperatur in Celsius und Fahrenheit zu berechnen und anzuzeigen.

Bemerkung

  • Öffne die 2.13_thermometer.py aus pico-2w-kit-main/micropython oder kopiere den Code in Thonny, dann klicke auf „Ausführen“ oder drücke F5.

  • Stelle sicher, dass der richtige Interpreter ausgewählt ist: MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx.

import machine
import utime
import math

# Konstanten
BETA = 3950  # Beta-Koeffizient des Thermistors
T0 = 298.15  # Referenztemperatur (25°C in Kelvin)
R0 = 10000   # Widerstand bei T0 (10 kΩ)

# Initialisiere ADC auf GP28
thermistor = machine.ADC(28)

while True:
    # Lese den analogen Wert (0-65535)
    analog_value = thermistor.read_u16()

    # Konvertiere den analogen Wert in Spannung
    voltage = analog_value * 3.3 / 65535

    # Berechne den Widerstand des Thermistors
    Rt = (voltage * R0) / (3.3 - voltage)

    # Berechne die Temperatur in Kelvin mit der Beta-Formel
    tempK = 1 / ( (1 / T0) + (1 / BETA) * math.log(Rt / R0) )

    # Konvertiere Kelvin in Celsius
    tempC = tempK - 273.15

    # Konvertiere Celsius in Fahrenheit
    tempF = tempC * 9 / 5 + 32

    # Drucke die Ergebnisse
    print('Temperature: {:.2f}°C  {:.2f}°F'.format(tempC, tempF))

    # Warte vor der nächsten Messung
    utime.sleep(2)

Wenn der Code läuft, zeigt die Konsole die Temperatur in Celsius und Fahrenheit an.

  • Versuche, den Thermistor zu berühren, um zu sehen, wie die Temperatur steigt.

  • Verwende Eis oder einen kalten Gegenstand, um eine Temperaturabnahme zu beobachten.

Verständnis des Codes

  1. Importiere Module:

    • machine: Ermöglicht den Zugriff auf hardwarebezogene Funktionen.

    • utime: Ermöglicht die Nutzung von zeitbezogenen Funktionen wie sleep.

    • math: Enthält mathematische Funktionen wie log.

  2. Konstanten:

    • BETA: Der Beta-Koeffizient des Thermistors (im Datenblatt angegeben, häufig um 3950).

    • T0: Referenztemperatur in Kelvin (25°C + 273.15).

    • R0: Widerstand des Thermistors bei T0 (10 kΩ).

  3. Initialisiere den ADC-Pin:

    • thermistor = machine.ADC(28): Richtet GP28 als analogen Eingang ein.

  4. Hauptschleife:

    • analog_value = thermistor.read_u16(): Liest den rohen analogen Wert.

    • voltage = analog_value * 3.3 / 65535: Konvertiert den rohen Wert in eine Spannung.

    • Rt = (voltage * R0) / (3.3 - voltage): Verwendet die Spannungsteilerformel, um den Widerstand des Thermistors zu finden.

    • tempK = 1 / ( (1 / T0) + (1 / BETA) * math.log(Rt / R0) ): Verwendet die Steinhart-Hart-Gleichung, vereinfacht für einen einzigen Beta-Wert.

    • Konvertiere Kelvin in Celsius und Fahrenheit:

      tempC = tempK - 273.15
tempF = tempC * 9 / 5 + 32

    • print('Temperatur: {:.2f}°C {:.2f}°F'.format(tempC, tempF)): Drucke die Ergebnisse

    • utime.sleep(2): Wartet 2 Sekunden vor der nächsten Messung.

Verständnis der Temperaturberechnung

  • Steinhart-Hart-Gleichung:

Die Steinhart-Hart-Gleichung liefert ein Modell des Widerstands des Thermistors in Abhängigkeit von der Temperatur:

temp_format

  • T ist die Temperatur des Thermistors in Kelvin.

  • T0 ist eine Referenztemperatur, üblicherweise bei 25°C (was 273.15 + 25 in Kelvin ist).

  • B ist der Beta-Parameter des Materials, der Beta-Koeffizient des in diesem Kit verwendeten NTC-Thermistors beträgt 3950.

  • R ist der gemessene Widerstand.

  • R0 ist der Widerstand bei der Referenztemperatur T0, der Widerstand des NTC-Thermistors in diesem Kit bei 25°C beträgt 10 Kilohm.

Sicherheitshinweis

Sei vorsichtig beim Erhitzen des Thermistors. Setze ihn keinen hohen Temperaturen aus, die ihn oder den Raspberry Pi Pico 2 beschädigen könnten.

Weitere Experimente

  • Datenprotokollierung: Modifiziere den Code, um Temperaturmessungen auf dem Pico in einer Datei zu protokollieren.

  • Temperaturschwellen: Füge Bedingungen hinzu, um Aktionen auszulösen, wenn die Temperatur bestimmte Werte über- oder unterschreitet (z.B. eine LED einschalten oder einen Summer aktivieren).

  • Anzeigeausgabe: Verbinde ein LCD- oder OLED-Display, um die Temperaturmessungen anzuzeigen.

Fazit

Durch den Einsatz eines Thermistors mit dem Raspberry Pi Pico 2 W hast du ein grundlegendes Thermometer erstellt, das Temperaturänderungen messen kann. Dieses Projekt demonstriert, wie man analoge Eingänge liest, Berechnungen durchführt und Sensordaten interpretiert, um aussagekräftige Informationen zu gewinnen.