آموزش ساخت ترموستات دیجیتال با سنسور دما LM35 و آردوینو نانو NANO

ترموستات در دستگاه و سیستم هایی که در یک حد بالا و یا پایین مشخص سرد و یا گرم می‌شوند استفاده می‌شود. گرمایش ساختمان ها، گرمایش مرکزی، سیستم های تهویه؛ آبگرمن و تجهزیات آشپزخانه نمونه مصارف استفاده ترموستات می‌باشد. در این آموزش که مربوط به کیت دما رطوبت بر پایه آردوینو است، یک ترموستات دیجیتال آماده طراحی خواهیم کرد. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی دیجی اسپارک همراه باشید. سنسور LM35 از سری سنسورهای کاربردی است که در این آموزش برای طراحی ترموستات دیجیتال استفاده شده است.

سنسور دما LM35

برای ساخت ترموستات دیجیتال به سنسور دما نیاز داریم. سنسور دما LM35 سنسوری به نسبت ارزان با دقت بالا در حدود +- ۰٫۵ درجه سانتی گراد است. ولتاژ سنسور طبق دیتاشیت ۴ تا ۳۰ ولت است اما به صورت کلی از ولتاژ ۵ ولت جهت راه اندازی استفاده می‌شود. رنج دمای اندازه گیری شده توسط سنسور – ۵۵ تا + ۱۵۰ درجه سانتی گراد است. پایه دیتای سنسور خروجی آنالوگ Analog است و ولتاژ خروجی به صورت مستقیم و خطی است و به ازای هر یک درجه سانتی گراد افزایش دما ولتاژ ۱۰ میی ولت افزایش می‌یابد. به دلیل پشتیبانی از خروجی آنالوگ و استفاده از ADC با تمامی میکروکنترلرها قابل تست و راه اندازی است.

ولتاژ ورودی سنسور LM35 را ۵ ولت گذاشته و پایه دیگر را به زمین GND میکروکنترلر اتصال دهید. خروجی دیتا بر حسب سانتی گراد با ولتاژ ۰ mv تا ۱۰ mv تغییر کرده و قابلیت خواندن ولتاژ را دارد. به عنوان مثال اگر دمای اندازه گیری شده ۰ درجه سانتی گراد باشد، ولتاژ هم ۰ ولت خواهد بود و سپس با افزایش هر یک درجه سانتی گراد ولتاژ ۰٫۰۱ ولت افزایش می‌یابد. فرمول تبدیل ولتاژ به دما به صورت زیر است:

کاربرد سنسور LM35

• سنسور دمای LM35 برای اندازه گیری دمای محیط بسیار مناسب و دقیق است.
• استفاده به عنوان سیستم هشدار دما در جهت افزایش و کاهش دما
• مانیتورینگ دمای باتری
• اندازه گیری دمای HVAC Application

استفاده از سنسور LM35 در ترموستات دیجیتال

همانطور که در کاربرد سنسور LM35 اشاره شد، از این سنسور به عنوان سیتسم هشدار دمایی میتوان استفاده کرد. با توجه به ابعاد بسیار کوچک و اتصالات سه سیمه و در نهایت دقت اندازه گیری مناسب به راحتی میتوانید یک ترموستات دیجیتال طراحی کنید. دمای اندازه گیری شده توسط سنسور در بازه – ۵۵ تا + ۱۵۰ درجه است و میتوانید ترموستات را در این بازه منفی و مثبت طراحی و برنامه نویسی کنید. برای خروجی ترموستات فقط به یک رله نیاز خواهید داشت. یک خروجی رله برای اتصال فن در نقش سیستم خنک کننده و یا یک خروجی برای تولید گرما به کار می‌رود.

آردوینو Nano و نصب نرم افزار آردوینو

برد آردوینو میکروکنترلری با قابلیت دسترسی به پورت های دیجیتال و آنالوگ و پروتکل‌های I2C و SPI است. در این آموزش از آردوینو Arduino مدل UNO استفاده شده است. برد آردوینو Arduino دارای تراشه Atmega328P است و با در اختیار داشتن پایه‌های کنترلی آنالوگ و دیجیتال I/O میتوان با سنسورهای مختلف ارتباط برقرار کرد. با در نظر گرفتن پروتکل ارتباطی، آن‌ها را راه اندازی و کدنویسی کرد. محیط برنامه نویسی IDE Arduino است که نباز به دانش برنامه نویسی C++ خواهد داشت. با انتقال کد به محیط برنامه نویسی و کامپایل کد پروژه آماده اجرا خواهد بود.

برد آردوینو نانو NANO، یک برد کامل با ابعاد کوچک در حدود ۱۸ * ۴۵ میلی متر و مناسب پروژه های DIY است. آردوینو نانو NANO دارای ۸ عدد پایه آنالوگ و ۱۲ پایه دیجیتال است. با توجه به ابعاد بسیار مناسب آن از جمله بردهای پرطرفدار به شمار می‌آید. آردوینو نانو NANO دارای میکروکنترلر ATMEGA328 است و بر اساس AVR طراحی شده است.  ولتاژ مورد نیاز جهت راه اندازی آردوینو نانو ۵ ولت DC است. حافظه فلش مموری Flash برابر با ۳۲KB که ۲KB آن توسط بوت لودر BootLoader مصرف می‌شود. همچنین حافظه SRAM برابر با ۲KB و حافظه EEPROM برابر با ۱KB است. سرعت پردازش فرکانس در برد آردوینو نانو ۱۶MHz از این رو سرعت پردازش دیتا بالا خواهد بود. برد آردوینو نانو NANO دارای ۸ پایه آنالوگ Analog و ۲۲ پایه دیجیتال است که ۶ تای آن پایه PWM می‌باشد. همین مورد برد آردوینو نانو NANO را با دیگر بردهای آردوینو Arduino متفاوت کرده است. جریان هر یک از پین های آردوینو در حدود ۴۰میلی آمپر است که باید در هنگام اتصال سنسور به پایه های جریان پایه ها از این مقدار بیشتر نشود. در ادامه در لینک زیر روش نصب نرم افزار آردوینو قرار گرفته شده است. نصب نرم افزار آردوینو Arduino

نمایشگر ال سی دی کاراکتری

در آموزش ترموستات دیجیتال با سنسور دما LM35 برای نمایش دیتای دریافتی سنسور دما از ال سی دی کاراکتری استفاده می‌کنیم. ال سی دی های کاراکتری در ابعاد و رنگ های مختلف تولید شده است و دارای ۱۶ پایه هستند. ال سی دی های کاراکتری با بردهای آردوینو سازگاری دارند. جهت سهولت در استفاده از ال سی دی های کاراکتری با توجه به حجم بالای سیم ها از مبدل I2C استفاده کنید. LCD کاراکتری ۱۶*۲ یکی از پرطرفدارترین نمایشگرها است. این LCD در بسیاری از مدارها کاربرد دارد. یکی از دلایل پر مصرف بودن این مدل ال سی دی در مقابل نمایشگرهایی همچون سون سگمنت، عدم محدودیت در نمایش کاراکترها می‌باشد. ال سی دی از ۱۶ پایه تشکیل شده است که با بردهای آردوینو نانو، آردوینو UNO و آردوینو Mega2560 قابل راه اندازی است. جهت راه اندازی و آموزش کار با نمایشگر ال سی دی کاراکتری بر روی لینک زیر کلیک کنید. آموزش راه اندازی ۳ مدل ال سی دی کاراکتری LCD با آردوینو Arduino

استفاده از رله Relay

رله نوعی کلید الکترونیکی عملگر است که به دو حالت خاموش و روشن میتوانید آنرا تغییر وضعیت دهید. برای ساخت ترموستات با سنسور دما LM35 و فرمان به وسایل برقی نیازمند رله هستیم. توسط رله می‌توانید جریان را عبور و یا قطع کنید. تمامی ماژول های رله در تعداد پایه‌های خروجی برابر است و مدل‌های مختلفی مانند رله تک کانال، رله دو کانال، چهار کانال و هشت کانال در بازار موجود است. مشخصا اتصال پایه‌های سنسور به پایه‌های ورودی رله بسیار ساده است. پایه‌هایی که با IN مشخص شده است مستقیم به پایه‌های برد میکروکنترلر متصل می‌شود. در این آموزش از رله دو کانال استفاده شده است که هر کانال را جداگانه میتوانید به یک خروجی مانند فن، پمپ وصل کنید.

اتصالات ترموستات دیجیتال Thermostat

برای انصال سنسور LM35 و رله و ال سی دی به برد آردوینو از جدول زیر استفاده کنید. اتصالات بسیار ساده است اما با توجه به اینکه به چندین پایه VCC نیاز داریم و فقط یک پایه در برد آردوینو برای ۵ ولت در نظر گرفته شده است، بایستی از پایه ها اشتراک بگیرید. برای اینکار از جامپر و کابل های قلت به همراه  برد بورد مخصوص استفاده کنید. سپس طبق جدول های زیر اتصالات را برقرار کنید.

کد آردوینو ترموستات دیجیتال LM35

برای اجرای برنامه ترموستات دیجیتال با سنسور دما LM35 کافیست نرم افزار آردوینو را باز کرده و سپس کد زیر را کپی و به نرم افزار انتقال دهید.

#include <LiquidCrystal.h>

int reading = 0;

int sensorPin = A0;

int relay =7;


LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

 

void setup() {


 lcd.begin(16, 2);

 pinMode(relay,OUTPUT);

}

 

void loop() {

 reading = analogRead(sensorPin);

 int celsius = reading/2;

 lcd.setCursor(0, 0);

 lcd.print("Temperature: "); 

 lcd.setCursor(0,1);

 lcd.print(celsius, DEC);

 lcd.print((char)223);

 lcd.print("C");

 if (celsius >35) {

  digitalWrite(7,HIGH);

 } else {

  digitalWrite(7,LOW);

 }

 delay(500);

 lcd.clear();

}

نصب کتابخانه LCD

در کد ترموستات دیجیتال با سنسور دما LM35 آردوینو از کتابخانه LiquidCrystal استفاده شده است. جهت نصب کتابخانه از منو نرم افزار آردوینو مسیر زیر را طی کنید.

Arduino/ Tools/ Manage libraries

 سپس عبارت زیر را در صفحه باز شده فیلتر کنید و کتابخانه زیر را نصب کنید.

تحلیل کد آردوینو ترموستات

#include <LiquidCrystal.h>

int reading = 0;

int sensorPin = A0;

int relay =7;


LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {


 lcd.begin(16, 2);

 pinMode(relay,OUTPUT);

}

void loop() {

 reading = analogRead(sensorPin);

 int celsius = reading/2;

 lcd.setCursor(0, 0);

 lcd.print("Temperature: "); 

 lcd.setCursor(0,1);

 lcd.print(celsius, DEC);

 lcd.print((char)223);

 lcd.print("C");

 if (celsius >35) {

  digitalWrite(7,HIGH);

 } else {

  digitalWrite(7,LOW);

 }

 delay(500);

 lcd.clear();

}