Как подключить термопару к ардуино

Подключение термопары к плате Ардуино

Функциональность и богатство возможностей микроконтроллеров помогают автоматизировать многие ниши, требовавшие ранее человеческого внимания. Охранные системы, управление климатом помещений или контроль производственных линий — все названное под силу цифровым помощникам человека, которые не просто выполняют последовательность действий, но и реагируют в рамках своей программы на изменившиеся обстоятельства.

Одной из распространенных моделей микроконтроллеров стали Arduino. Мини-компьютер, обладающий расширенной функциональностью и возможностью относительно простого подключения внешнего оборудования — по праву держит пальму первенства в деле производства прототипов, финальных устройств или участия в DIY-проектах.

Одно из применений Arduino — контроль температуры и запуск вспомогательной аппаратуры в зависимости от ее изменений. Примером служит обычный кондиционер — он работает только в те периоды, когда требуется нагреть или охладить воздух в помещении для приведения его характеристик в соответствие с заложенными значениями. Схематичная конструкция аппарата достаточно проста и характерна для всех устройств, содержащих логический контур:

Вместо вентилятора и нагревателя применяют другие автоматы включения внешнего оборудования, термометр может быть заменен на любой иной датчик или их комплекс. В число подобных входят сенсоры, реагирующие на освещение, звук, приближение, движение среды или нагрев. Причем последние могут быть представлены как специализированными термометрами, так и термопарой, подключаемой к Arduino. Вместо блока дистанционного управления используются электронные компоненты, обеспечивающие многообразие интерфейса с пользователем.

Применение термопары с микроконтроллером

Одной из популярных схем для Ардуино стали «умные» измерители нагрева, способные не только демонстрировать температуру, но и производить различные действия в зависимости от ее текущих значений. Измерения в пределах от −50 до 150 ℃ проводятся достаточно несложным датчиком соединяемым с микроконтроллером. Другое дело, если речь идет об очень высоких или сверхнизких значениях характеристики от −273 до 400 ℃ или выше. Здесь потребуется подключить термопару к Ардуино.

Нишей потребления связки контроллера и термодатчика могут стать паяльники, печи, холодильные установки сверхнизких температур, детекторы открытого пламени. Все те сферы, где требуется точно знать критические уровни нагрева или охлаждения.

Что такое термопара

Термопара представляет собой два соединенных сваркой проводника из разных металлов. За счет отличия температуры холодной части спайки и нагреваемой, на концах электродов возникает ток (эффект Зеебека). Сила его зависит от материалов, применяемых для каждого из проводников, но, в лучшем случае, не превышает нескольких милливольт на сантиметр их поверхности.

Подключение термопары к микроконтроллеру

Определение нагрева с помощью термопары требует обязательного получения информации о температуре холодной части конструкции. Последние данные используются для расчета показаний. Соответственно к Ардуино подключается не только сама термопара, но и датчик определяющий текущее состояние нагрева одного из ее концов.

Так как вырабатываемый ток связкой проводников низок, в обязательном порядке требуется усилитель, для соединения их с микроконтроллером. Нужна и подстройка самодельных устройств под используемые материалы в спайке и их длину. Облегчается ситуация при использовании специализированных АЦП, наподобие MAX6675 или MAX31855. Устройства преобразуют характеристики тока, полученные от термопары, в числовые значения, которые уже и передаются в Ардуино посредством пинов данных. Если использовать только прямое повышение уровня тока иными схемами, — соединение усилителя производится к аналоговым входам микроконтроллера. К сожалению, градация последних составляет всего 1024 уровня, что непосредственно влияет на точность получаемых показаний.

АЦП MAX6675, MAX31855

Представленная далее схема, как и сам АЦП изначально не рассчитаны на использование с термопарами, требующими заземления, что нужно учитывать при разработке финальной конструкции устройства. Платы MAX6675 и MAX31855 электрически взаимозаменяемы. Единственное различие в подключаемой библиотеке. Для первого АЦП получить ее можно по адресу http://github.com/adafruit/MAX6675-library, для второго https://github.com/adafruit/Adafruit-MAX31855-library.

Схема подключения

У обоих АЦП на плате 5 выходных контактов. Два используются для питания, на них подается +5В и GND соответственно. Остальные размечены следующим образом:

В качестве линий питания и земли можно также использовать цифровые пины Arduino, но нежелательно. Будут заняты еще два контакта. В случае, если все же требуется использовать такую конструкцию, в инициализацию void setup () нужно добавить следующие строки:

pinMode(pVCC, OUTPUT);
pinMode(pGND, OUTPUT);
digitalWrite(pVCC, HIGH);
digitalWrite(pGND, LOW);
//Пауза на активацию датчика
delay(500);

Соответственно в шапке скетча задать

// пин на котором +5В
#define pVCC 5
// пин для земли
#define pGND 6

Скетч работы с АЦП

// пины соединенные с АЦП MAX
#define DO 2
#define CS 3
#define CLK 4
// для MAX6675
#include «max6675.h»
MAX6675 TD(CLK, CS, DO);
// для MAX
#include «Adafruit_MAX31855.h»
Adafruit_MAX31855 TD(CLK,CS,DO);
void setup() <
Serial.begin(9600);
>
void loop() <
Serial.print(«Celsius = «);
Serial.println(TD.readCelsius());
Serial.print(«; Farentgeit = «);
Serial.println(TD.readFahrenheit());
delay(500);
>

Некоторые замечания по специализированным АЦП

В случае с аналого-цифровым преобразователем непонятно откуда он берет температуру «холодного» конца термопары. Скорее всего считает ее равной измеренной встроенным термодатчиком. Соответственно точность показаний зависит от непосредственного расположения усиливающей платы рядом с измеряющей линией.

Кроме вышеназванной проблемы стоит не забывать о «шумности» входов преобразователя, на которую жалуются пользователи АЦП MAX. Для уменьшения мешающего фактора рекомендуется разместить между контактами термопары фильтрующий конденсатор от 0.001 до 0.01 мкФ.

Критичны и выходные параметры самих спаянных рабочих проводников. Термопара должна давать именно то количество вольт на градус разницы, на которые рассчитаны усилители.

В окончание

Подключить термопару к Arduino очень просто, и программно, и аппаратно. Требуется только операционный усилитель. За рамки статьи вышел разговор об использовании аналоговых его вариантов, зато в целом и полностью рассмотрена схема с применением преобразующих силу полученного тока в цифровой сигнал моделей.

Видео по теме

Источник

Как подключить термопару к ардуино

Какую статью добавить следующей?

Подключение термопары к Arduino через MAX6675

Термопара отличается от других датчиков температуры низкой стоимостью, скоростью измерения и большим диапазоном «горячих» температур, обычно от 0 до 400 ºC. Но напрямую к Ардуино ее не подключить, прийдется использовать преобразователь на базе чипа MAX6675.

Схема подключения

Для подачи питания и земли будем использовать 5й и 6й контакты на плате Arduino.

Скетч

Для работы понадобится библиотека MAX6675

Результат работы MAX6675

на глаз +-1°C. Проверял нагрев паяльника до 201 градуса минуты 3, больше ждать не стал, понятно, что работает отлично!

ПыСы не забываем что нумерация выводов плат может отличаться.

Добавить строку аналогичную этой
MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO);
Но с изменением названия и ножек, например:
MAX6675 thermocoupleNewOne(thermoCLK, thermoCS,12);

А данные соответственно считывать :
float x=thermocouple.readCelsius();// считываем в x данные с первой термопары
float y=thermocoupleNewOne.readCelsius();// считываем в у данные со второй термопары

Ну и дальше отталкиваетесь от того что надо, к разным устройствам ли подключать или фильтрацию делать на одном устройстве

Источник

#32. Подключение термопары К-типа к Arduino с помощью модуля max6675.

Для измерения высоких температур обычные датчики, такие как DS18B20, термистор – не подойдут. Высокие температуры можно измерять с помощью термопары. Но как ее подключить к Arduino? Для решения данной проблемы есть недорогой модуль max6675 который позволяет преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Полученное цифровое значение считывает Arduino, таким образом, мы получаем показание с термопары К-типа. А сейчас подробно разберемся, что такое термопара К-типа и как подключить модуль max6675 к Arduino.

Что такое термопар. Характеристики термопары K-типа.

Термопара – это термоэлектрическое устройство замкнутой цепи, чувствительное к температуре, которое состоит из двух проводников, выполненных из разнородных металлов. Электрический ток создается, когда температура на одном конце или спае, отличается от температуры на другом конце. Это явление носит название эффект Зеебека, который является основой измерения температуры с помощью термопар.

Существует много типов термопар, в которых используются различные сочетания металлов. Эти сочетания имеют разные выходные характеристики, которые определяют диапазон температур, в котором можно применять ту или иную термопару, и соответствующий выходной сигнал напряжения.

Термопары K-типа (хромель – алюмель).

Хромель (Chromel) – это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel) – это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния. Термоэлектрод из сплава Chromel имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel.

Корпус термопары, который используется в нашем примере, рассчитан на температуру до 600 °C, значит и измерения необходимо производить в диапазоне от 0 до 600 °С.

Описание модуля max6675.

Модуль преобразователя MAX6675 поставляется как вместе с термопарой, так и отдельно. Немного расскажу о самом модуле, на котором установлена одна микросхема MAX6675ISA фирмы Maxim Integrated Products конденсатор и пару разъемов. Микросхема имеет 12 битный АЦП, SPI интерфейс и точность микросхемы 0,25°C (это точность самой микросхемы, у термопары точность другая). Если необходима более подробная информация о микросхеме MAX6675, можете воспользоваться документаций, скачать можно внизу статьи.

Характеристики модуля max6675:

Для подключения модуля MAX6675 к микроконтроллеру используется интерфейс SPI, для этого на модуле выведен пяти контактный разъем, назначение каждого вывода приведено ниже.

Назначение контактов:

MAX6675 подключение к Arduino.

Для урока понадобится:

Схема подключения MAX6675 к Arduino UNO.

Подключаем питание, выводы VCC и GND (модуля MAX6675) подключаем к выводам +5В и GND (Arduino). Теперь можно подключить интерфейс ISP, для этого выводы SCK, CS, SO (модуля MAX6675), подключаем к выводам 2, 3, 4 (Arduino).

Установка библиотеки MAX6675.

В открывшемся окне ищем «MAX6675» и устанавливаем библиотеку. Сейчас можно приступить к коду для Arduino.

Скетч MAX6675 + Arduino считывания показаний с термопары и вывод значений в монитор порта.

Данный пример кода просто считывает показание с термопары и выводит значение в монитор порта.

Вот такое значения температуры с термопары мы увидим в мониторе порта.

В данном уроке мы рассмотрели основы работы с термопарой и модулем MAX6675. У меня есть несколько реализованных проектов с использованием термопары, вот один из нихАвтоматизация вакуумного пресса на Arduino и дисплее Nextion.

В следующих Arduino Уроках рассмотрим, как автоматически регулировать температуру с помощью IRF520 MOSFET.

Появились вопросы или предложения, не стесняйся, пиши в комментарии!

Не забывайте подписываться на канал Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.

Всем Пока-Пока.

И до встречи в следующем уроке.

Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Arduino и датчик температуры термопары на основе MAX6675

Термопара типа K является наиболее распространенным типом термопар. Она недорогая, точная, надежная и имеет широкий температурный диапазон. В этой статье показано, как использовать микроконтроллер Arduino Uno / Nano с модулем дисплея OLED для считывания данных термопары типа K. Как и следовало ожидать, существует аналоговый интерфейс MAX6675 для прямого цифрового преобразования выходных данных термопары типа K. Программное обеспечение, выполняемое в фоновом режиме, переводит показания термопары в воспринимаемые значения температуры в градусах Цельсия или Фаренгейта.

Микросхема MAX6675, доступная в 8-контактном корпусе SO, выполняет компенсацию холодного спая и оцифровывает сигнал от термопары типа K. Окончательный вывод данных производится в 12-разрядном формате, совместимом с SPI.

Микросхема также имеет функцию обнаружения открытой термопары. Для быстрого создания прототипа было бы лучше использовать предварительно смонтированную плату MAX6675, а не чистую микросхему, припаянную к адаптеру SMD, потому что отладочная плата обычно доступна в виде экономичного комплекта, который включает термопару типа K. Выше приведено изображение такого модуля.

Подключение данного модуля с MAX6675 к Arduino выполняется довольно просто: Vcc к 5 V, Gnd к Gnd, SO к D4, CS/SS к D5, CSK к D6. Термопара подключается к модулю MAX6675 с противоположной стороны от контактов, ведущих к Arduino.

Ниже приведен простой скетч для теста. Для работы с модулем вам понадобится библиотека MAX6675 (https://github.com/adafruit/MAX6675-library).

Окно последовательного монитора при запуске программы может выглядеть следующим образом:

Теперь подключим к полученной конструкции OLED-дисплей 128 × 64 к Arduino по шине I2C (OLED SDA к A4, OLED SCL к A5).

Код программы приведен далее. Как видно из кода, он усредняет выходную информацию оборудования термопары в 25 раз, чтобы получить разумные показания термометра. Следует отметить, что это замедлит обновление дисплея, но не повлияет на реакцию термопары. На экране дисплея отображается максимальная температура в верхнем левом углу, минимальная температура в верхнем правом углу и текущая температура в нижней строке.

Использование Arduino и термопары с MAX6675 – это простой и недорогой способ создания простого, но надежного ручного цифрового термометра.

Источник

Термопара и Arduino

Термопары часто используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования: обогревателях, бойлерах, печах, и т.д. и т.п. В этой статье мы остановимся на термопарах типа K (один из самых распространенных типов термопар, который очень легко подключается).

Основные технические характеристики

Это технические характеристики термопары типа K из магазина Adafruit:

Подключение термопары

Подключите провода термопары к вашей интерфейсной плате:

Платы MAX6675 и MAX31855 не совместимы с термопарами, которым необходимо заземление.

Иногда встречаются термопары с неправильной маркировкой (цветами) проводов. Если после проверки работоспособности вы обнаружите, что температура понижается, вместо того, чтобы расти, попробуйте поменять местами красный и желтый кабели.

Использование термопары

Если вы используете интерфейсный чип AD595, можно просто подключить выходное напряжение к аналоговому входу на вашем Arduino (или другом микроконтроллере) и произвести дополнительную математическую операцию, чтобы преобразовать ваши 10 мВ/°C в числовое значение на выходе.

Если вы планируете использовать MAX6675/MAX31855 или их аналоги, подключение будет чуть сложнее. Первое: Vin и GND надо подключить к источнику питания 3-5 В. Оставшиеся три пина (data пины) подключаются к цифровым контактам Arduino:

Если вы используете MAX31855 v1.0 в зашумленных условиях, рекомендуется добавить конденсатор на 0.01 мкФ между контактами термопары (смотрите на рисунке выше).

MAX31855 не поддерживает заземленные термопары. Если сенсор заземляется, чип вернет вам ошибку.

Библиотека Arduino

Перезагрузите Arduino IDE, откройте скетч, который находится в File->Examples->MAX6675/Adafruit_MAX31855->serialthermocouple и загрузите его на ваш Arduino. После загрузки скетча на плату, откройте окно серийного монитора, в котором должен отображаться вектор-столбец текущей температуры в градусах по Цельсию и в градусах по Фаренгейту.

Как видите, пользоваться этой библиотекой очень просто. Для отображения температуры в градусах по Цельсию и по Фаренгейту используются функции readCelsius() и readFahrenheit() соответственно.

Добавляем внешний дисплей

Очень часто возникает необходимость выводить данные температуры с термопары на внешний дисплей. Для этого можно подключить к Arduino вот такой LCD экран.

Для подобной схемы в библиотеке предусмотрен пример. Его можно загрузить на Arduino из меню File->Examples->MAX31855>lcdthermocouple. Термопара с дополнительной интерфейсной платой подключается так же как это было описано выше. В результате вы получите значения температуры в градусах по Цельсию и в градусах по Фаренгейту на экране как это показано выше.

Часто задаваемые вопросы

Кажется, температура, которую показывает моя термопара меняется в противоположном направлении! Я повышаю температуру, а по показаниям она уменьшается.

Скорее всего это случилось из-за того, что вы неправильно подключили контакты термопары или они неправильно маркированы. Попробуйте поменять местами красный и оранжевый провода термопары.

Выходной сигнал с MAX31855 очень нестабильный и зашумленный. Когда я трогаю или перемещаю провода термопары, показания температуры буквально сходят с ума!

Платы MAX31855 очень чувствительные. Для того, чтобы исправить эту проблему, можно установить конденсатор на 0.001 или 0.01 мкФ между контактами термопары (например, установить конденсатор в терминале для подключения контактов термопары или припаять его снизу как это показано на фото ниже).

Мне кажется, что показания с термопары не точные. У меня несколько термопар и показания с них не одинаковые.

Термопары типа K не являются прецизионными (точными) сенсорами! Отклонения в показаниях наверняка будут. Эти отклонения можно компенсировать на уровне программы для Arduino или другого микроконтроллера. Как правило, термометры, в которых используется термопара, калибруются именно на уровне программного обеспечения.

Для точного измерения температуры можно использовать 1% термистор.

Как подключать несколько термопар одновременно?

Вы можете подключить столько плат MAX31855, сколько у вас пинов на Arduino. При этом объедините пины CLK и DO со всех плат и подключите к одному пину на Arduino, а контакты CS подключайте к отдельным пинам на Arduino.

После этого создайте новые функции для термопар в скетче Arduino IDE подобным образом:

Adafruit_MAX31855 thermocouple1(thermoCLK, thermoCS1, thermoDO);

Adafruit_MAX31855 thermocouple2(thermoCLK, thermoCS2, thermoDO);

Adafruit_MAX31855 thermocouple3(thermoCLK, thermoCS3, thermoDO);

Можно использовать одинаковые CS и CLK пины, но разные контакты DO

Adafruit_MAX31855 thermocouple1(thermoCLK, thermoCS, thermoDO1);

Adafruit_MAX31855 thermocouple2(thermoCLK, thermoCS, thermoDO2);

Adafruit_MAX31855 thermocouple3(thermoCLK, thermoCS, thermoDO3);

При очень высоких или очень низких температурах, измерения некорректные

Чип Maxim 31855 отлично справляется с линейными диапазонами термопар типа K, но в нем не предусмотрена коррекция нелинейности в показаниях, которая возникает в экстремумах (максимальных и минимальных значениях) измеряемого диапазона. Поэтому для этих участков необходимо предусмотреть отдельный алгоритм сглаживания. Скетчи, которые предлагаются для решения данный проблемы можно найти на форуме Adafruit можно найти здесь.

Примеры проектов с использованием термопары

Вам нужны идеи? Зацените эти проекты!

Термопара, подключенная к ATmega168 меняет цвет RGB светодиода при изменении температуры:

Автомат для обжарки кофейных зерен (сайт на английском языке):

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Источник