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4.1.10 Überhitzungsüberwachung

Einführung

Möglicherweise möchten Sie ein Gerät zur Überhitzungsüberwachung bauen, das in verschiedenen Situationen Anwendung findet, z.B. in der Fabrik, wenn wir bei einer Schaltkreisüberhitzung einen Alarm und das zeitnahe automatische Abschalten der Maschine wünschen. In diesem Projekt werden wir einen Thermistor, einen Joystick, einen Summer, eine LED und ein LCD verwenden, 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

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

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

LINK

Raphael Kit

337

Raphael Kit

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

KOMPONENTENVORSTELLUNG

KAUF-LINK

GPIO-Erweiterungsplatine

BUY

Steckbrett

BUY

Jumper-Kabel

BUY

Widerstand

BUY

LED

BUY

Joystick-Modul

-

ADC0834

-

Transistor

BUY

I2C LCD1602

BUY

Thermistor

BUY

Summer

-

Schaltplan

T-Board Name

physical

wiringPi

BCM

GPIO17

Pin 11

0

17

GPIO18

Pin 12

1

18

GPIO27

Pin 13

2

27

GPIO22

Pin 15

3

22

GPIO23

Pin 16

4

23

GPIO24

Pin 18

5

24

SDA1

Pin 3

SCL1

Pin 5
../_images/4.1.13_overheat_monitor_schematic.png

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie den Schaltkreis auf.

../_images/4.1.13_overheat_monitor_circuit.png

Schritt 2: Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 3: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 4.1.13_OverheatMonitor_zero.py

Während der Code ausgeführt wird, werden die aktuelle Temperatur und der hohe Temperaturschwellenwert 40 auf dem I2C LCD1602 angezeigt. Wenn die aktuelle Temperatur den Schwellenwert überschreitet, werden der Summer und die LED aktiviert, um Sie zu alarmieren.

Der Joystick dient hier dazu, den hohen Temperaturschwellenwert anzupassen. Durch Bewegen des Joysticks in X- und Y-Achsenrichtung kann der aktuelle hohe Temperaturschwellenwert erhöht oder verringert werden. Ein erneutes Drücken des Joysticks setzt den Schwellenwert auf den Anfangswert zurück.

Bemerkung

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

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

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

  • Wenn der Code und die Verdrahtung korrekt sind, das LCD aber immer noch keinen Inhalt anzeigt, können Sie das Potentiometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.

Code

Bemerkung

Sie können den untenstehenden Code Modifizieren/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Aber zuerst müssen Sie zum Quellcodepfad wie raphael-kit/python gehen. Nach der Modifikation des Codes können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3

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

# Initialize joystick button, buzzer, and LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)

# Set initial upper temperature threshold
upperTem = 40

# Setup ADC and LCD modules
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)

def get_joystick_value():
    """
    Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
    """
    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():
    """
    Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    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():
    """
    Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
    """
    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():
    """
    Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
    Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    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()

# Main execution loop
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Toggle between settings and monitoring mode
        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:
    # Clean up and exit
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()

Code-Erklärung

  1. Dieser Abschnitt importiert die notwendigen Bibliotheken für das Projekt. LCD1602 wird für das LCD-Display verwendet, gpiozero stellt Klassen für LED, Buzzer und Button bereit, ADC0834 dient der Analog-Digital-Umwandlung, und time sowie math sind Python-Standardbibliotheken für zeitbezogene Funktionen und mathematische Operationen.

    #!/usr/bin/env python3

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

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

    # Initialize joystick button, buzzer, and LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)

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

    # Set initial upper temperature threshold
upperTem = 40

# Setup ADC and LCD modules
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)

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

    def get_joystick_value():
    """
    Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
    """
    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 Temperaturgrenze unter Verwendung des Joystick-Eingangs an. Die neue Grenze wird auf dem LCD angezeigt.

    def upper_tem_setting():
    """
    Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    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 vom Sensor mit ADC0834 und konvertiert sie in Celsius.

    def temperature():
    """
    Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
    """
    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 Grenze an. Wenn die Temperatur die obere Grenze überschreitet, werden der Buzzer und die LED aktiviert.

    def monitoring_temp():
    """
    Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
    Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    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 Joystick-Knopfdrücken zwischen Einstellungs- und Überwachungsmodi. Sie aktualisiert kontinuierlich entweder die Temperatureinstellung oder überwacht die aktuelle Temperatur.

    # Main execution loop
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Toggle between settings and monitoring mode
        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()

  9. Dieser Abschnitt stellt eine ordnungsgemäße Bereinigung und Ressourcenfreigabe sicher, wenn das Programm unterbrochen wird.

    except KeyboardInterrupt:
    # Clean up and exit
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()