Kế hoạch kiểm tra nhiệt điện trở: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Mục tiêu của kế hoạch thử nghiệm này là để xem liệu chúng ta có thể đo nhiệt độ cơ thể con người hay không. Kế hoạch thử nghiệm này sẽ cung cấp cho bạn hướng dẫn về cách chế tạo một nhiệt kế kỹ thuật số đơn giản, hiệu chuẩn, lập trình và sau đó sử dụng nó để xem liệu bạn có thể phát hiện ra một cơn sốt mô phỏng (nhiệt độ 40 độ C) hay không.

Bước 1: Bước 1 - Thu thập tài liệu của bạn

Một kế hoạch kiểm tra tốt luôn phải bắt đầu bằng cách đưa ra các tài liệu bạn sẽ cần.

Đối với kế hoạch kiểm tra nhiệt điện trở của chúng tôi, chúng tôi yêu cầu những điều sau:

Bộ vi điều khiển Arduino Uno

Cáp USB (để kết nối Arduino với máy tính)

Máy tính xách tay

Thermistor

Điện trở (10, 000 Ohm)

Breadboard

Beaker

Nước

Đĩa nóng

Băng

Nhiệt kế rượu

Bước 2: Bước 2: Kết nối mạch của bạn

Bước tiếp theo là bắt đầu xây dựng mạch cho phép bạn đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở.

Làm theo sơ đồ trên để kết nối nhiệt điện trở với Arduino của bạn theo cách cho phép bạn đo nhiệt độ. Như bạn có thể thấy, đầu ra 5V của Arduino được kết nối với điện trở nhiệt của bạn. Đầu kia của nhiệt điện trở được nối với điện trở 10kOhm. Cuối cùng, đầu kia của điện trở 10kOhm được kết nối với chân nối đất trên Arduino, hoàn thành mạch.

Bạn cũng sẽ nhận thấy dây màu vàng kết nối đường giao nhau giữa nhiệt điện trở và điện trở với chân đầu vào tương tự "A0" trên Arduino. Đừng quên kết nối dây này! Dây đó là dây cho phép Arduino của bạn thực sự đo nhiệt điện trở. Nếu không có nó, bạn sẽ không nhận được bất kỳ phép đo nào.

Bước 3: Bước 3: Lập trình Arduino của bạn

Bước tiếp theo là lập trình Arduino của bạn để bạn có thể bắt đầu đo điện áp trên nhiệt điện trở của mình. Để làm như vậy, hãy sao chép mã ở trên vào trình chỉnh sửa của bạn và sau đó tải nó lên Arduino của bạn.

Mã này sẽ đọc từ nhiệt điện trở của bạn một lần mỗi giây và sẽ ghi số đọc đó trên màn hình nối tiếp. Hãy nhớ rằng: các giá trị sẽ được ghi trên màn hình nối tiếp ở đây là các giá trị điện áp. Để tạo ra các giá trị nhiệt độ, chúng tôi sẽ cần phải hiệu chỉnh thiết bị.

Bước 4: Bước 4: Ghi lại dữ liệu hiệu chuẩn của bạn

Hiện tại, Arduino của bạn không tạo ra các giá trị nhiệt độ. Chúng ta cần phải hiệu chỉnh nó, có nghĩa là thực hiện một loạt các phép đo điện áp với Arduino ở các nhiệt độ khác nhau, đồng thời ghi lại nhiệt độ ở mỗi lần đo điện áp. Bằng cách này, chúng ta có thể tạo một biểu đồ có các giá trị điện áp ở bên trái và nhiệt độ ở bên phải. Từ biểu đồ này, chúng ta có thể đưa ra một phương trình cho phép chúng ta tự động chuyển đổi giữa vôn và độ.

Để lấy dữ liệu hiệu chuẩn, bạn cần đặt một cốc đầy nước trên bếp điện và bật nó lên. Đặt một nhiệt kế rượu vào nước và theo dõi khi nhiệt độ tăng lên. Khi nhiệt độ đạt đến 18 độ C, hãy đặt điện trở nhiệt của bạn vào nước và bật Arduino để bạn có thể đọc màn hình nối tiếp.

Khi nhiệt độ trên nhiệt kế của bạn là 20 độ C, hãy ghi lại nhiệt độ đó. Bên cạnh nó, ghi lại số đọc điện áp mà Arduino của bạn đang đặt trên màn hình nối tiếp. Khi nhiệt kế đọc 21 độ C, hãy lặp lại điều này. Tiếp tục lặp lại nó cho đến khi nhiệt kế của bạn đọc 40 độ C.

Bây giờ bạn sẽ có một loạt các giá trị điện áp, với mỗi giá trị tương ứng với một nhiệt độ cụ thể. Nhập chúng vào một bảng tính Excel như trong ảnh ở trên.

Bước 5: Bước 5: Tạo đường cong hiệu chuẩn của bạn

Bây giờ tất cả dữ liệu của bạn đều ở trong Excel, chúng tôi sẽ sử dụng nó để tạo đường chuẩn và tạo ra một phương trình cho phép chúng tôi chuyển đổi giữa các giá trị điện áp và nhiệt độ.

Trong Excel, đánh dấu dữ liệu của bạn (đảm bảo các giá trị điện áp nằm ở bên trái) và chọn "Chèn" trên thanh công cụ ở trên cùng, sau đó nhấp vào "Biểu đồ phân tán hoặc bong bóng" từ phần Biểu đồ. Một biểu đồ sẽ xuất hiện với một loạt các dấu chấm trên đó. Kiểm tra kỹ để đảm bảo rằng trục Y biểu thị các giá trị nhiệt độ và trục X biểu thị các giá trị điện áp.

Nhấp chuột phải vào một trong các điểm dữ liệu và chọn "Định dạng Đường xu hướng". Một hộp thoại sẽ xuất hiện. Trong "Tùy chọn đường xu hướng", chọn "Tuyến tính", sau đó ở dưới cùng chọn hộp có nội dung "Hiển thị phương trình trên biểu đồ".

Biểu đồ của bạn bây giờ sẽ giống như biểu đồ trong ảnh trên. Viết ra phương trình đó, vì đó là những gì bạn sẽ lập trình vào Arduino của mình để làm cho nó tự động chuyển đổi điện áp thành nhiệt độ.

Bước 6: Bước 6: Hiệu chỉnh hệ thống của bạn

Bây giờ bạn đã tạo thành công đường cong hiệu chuẩn và suy ra phương trình cho phép bạn chuyển đổi các giá trị điện áp thành nhiệt độ, bạn phải cập nhật mã của mình để Arduino in các giá trị nhiệt độ lên màn hình nối tiếp.

Quay lại mã Arduino của bạn và thực hiện các thay đổi sau:

Thay vì thiết lập biến "val" dưới dạng "int", hãy gọi nó dưới dạng "float". Điều này là do "int" có nghĩa là số nguyên hoặc một số nguyên. Vì chúng ta sẽ đặt giá trị điện áp được lưu trữ trong "val" thông qua một phương trình, chúng ta cần cho phép nó có giá trị thập phân, nếu không chuyển đổi của chúng ta sẽ không chính xác. Bằng cách gọi "val" là một biến "float", chúng tôi sẽ đảm bảo rằng toán học của chúng tôi hoạt động đúng.

Tiếp theo, bạn cần thêm một dòng mới sau "val = analogRead (0);". Trên dòng mới này, viết như sau: "float nhiệt độ". Điều này sẽ thiết lập một biến mới, nhiệt độ, mà chúng tôi sẽ hiển thị ngay sau đây.

Bước tiếp theo là chuyển đổi giá trị điện áp trong "val" thành nhiệt độ mà chúng ta có thể lưu trữ trong "nhiệt độ". Để làm điều này, hãy quay lại phương trình mà bạn nhận được từ đường chuẩn. Miễn là điện áp trên trục X và nhiệt độ trên trục Y của đồ thị của bạn, thì phương trình có thể được dịch như sau: y = a * x + b trở thành nhiệt độ = a * val + b. Trên dòng tiếp theo, viết "nhiệt độ = a * val + b", trong đó "a" và "b" là các số mà bạn nhận được từ phương trình hiệu chuẩn của mình.

Tiếp theo, thay đổi xóa "Serial.println (val)". Chúng ta sẽ không xem xét nhiệt độ mà thay vào đó sẽ sử dụng câu lệnh if để quyết định xem chúng ta có đang ở trên một nhiệt độ nhất định hay không.

Cuối cùng, chúng tôi sẽ thêm một đoạn mã sẽ sử dụng thông tin nhiệt độ để đưa ra quyết định xem bạn có bị sốt hay không. Trên dòng tiếp theo, viết như sau:

nếu (nhiệt độ> 40) {

Serial.println ("Tôi bị sốt!")

}

Lưu mã của bạn và tải nó lên Arduino.

Bước 7: Bước 7: Kiểm tra thiết bị của bạn

Xin chúc mừng! Bây giờ bạn đã chế tạo một nhiệt kế kỹ thuật số có thể đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở và Arduino. Bây giờ bạn phải kiểm tra nó cho chính xác.

Đặt cốc của bạn lên bếp điện một lần nữa và bắt đầu đun nước. Đặt nhiệt kế cồn và nhiệt điện trở vào nước. Xem màn hình nối tiếp cũng như nhiệt kế rượu. Khi màn hình nối tiếp của bạn thông báo "Bạn bị sốt!", Hãy ghi nhiệt độ trên nhiệt kế cồn của bạn và tắt bếp điện.

Để nước nguội khoảng 32 độ C rồi lặp lại quy trình trên. Làm điều này 5 lần và ghi lại những quan sát của bạn trong một biểu đồ như trên.

Bước 8: Bước 8: Tính độ chính xác của thiết bị

Bây giờ bạn đã ghi lại 5 thử nghiệm kiểm tra, bạn có thể tính toán khoảng cách giữa thiết bị của bạn với nhiệt độ thực.

Hãy nhớ rằng chúng tôi đã thiết lập thiết bị của bạn để thiết bị hiển thị "Tôi bị sốt!" bất cứ khi nào nó phát hiện nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 40 độ C. Điều đó có nghĩa là chúng tôi sẽ so sánh các giá trị nhiệt kế rượu với 40 độ và xem chúng khác nhau như thế nào.

Trong Excel, trừ đi 40 cho mỗi giá trị nhiệt độ bạn đã ghi lại. Điều này cung cấp cho bạn sự khác biệt giữa từng giá trị thực và các giá trị đo được của bạn. Tiếp theo, chia các giá trị này cho 40 và nhân với 100. Điều này sẽ cung cấp cho chúng tôi lỗi phần trăm cho mỗi phép đo.

Cuối cùng, tính trung bình tất cả các lỗi phần trăm của bạn. Con số này là sai số phần trăm tổng thể của bạn. Độ chính xác của thiết bị của bạn là bao nhiêu? Có phải phần trăm lỗi dưới 5% không? 1%?