سنسورها یکی از مهم ترین و پرکابردترین ابزارها در طراحی سیستم های مختلف به شمار می روند. سیستم های دیجیتال و میکروکنترلری، با دریافت داده از سنسورها، آن هار پردازش کرده و خروجی مناسب با ورودی دریافت شده را تولید می کنند. یکی از مهم ترین و پرکابردترین سنسورها، حسگرهای دمایی هستند. این ابزار می تواند میزان دمای محیط را سنجیده و به شکل آنالوگ و یا دیجیتال، به خروجی تحویل دهد. از این نوع سنسور در پروژه های مختلف خانگی، صنعتی، اداری و…. استفاده می شود. سنسورهای دما دارای انواع مختلفی هستند. در این نوشتار قصد داریم تا به بررسی این قطعه کلیدی و مدل های مختلف آن ها بپردازیم. در ادامه پست بررسی سنسور دما بر اساس خروجی سیگنال با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
سنسور دما: تعریف و کاربرد
در ابتدای بحث، به بررسی سنسور دما، کاربرد و عملکرد آن می پردازیم. یک سنسور دما، وظیفه سنجش میزان دمای محیط و ارسال آن به میکروکنترلر را دارد. سنسورهای دما دارای بازه دمایی مشخص جهت اندازه گیری هستند. به عنوان مثال، یک سنسور دما از یک شرکت می تواند بین ۷۰- الی ۱۲۰+ درجه سانتی گراد را اندازه گیری کند. مثلا سنسور دمای LM35 که بسیار کاربردی است، می تواند بین ۵۵- الی ۱۵۰ درجه سانتی گراد را اندازه گیری کند.
سنسورهای دما در بسیاری از پروژه ها کاربرد دارند. به عنوان مثال، پروژه های IOT، سیستم های کنترل دما مانند تهویه مطبوع خودرو، سیستم های گرمایش منازل و… سنسورهای دما به عنوان عنصر کلیدی مورد استفاده قرار می گیرند. سنسورهای دما در حقیقت مبدل میزان دما به سیگنال هستند. این سیگنال در خروجی سنسور قرار گرفته و میکروکنترلر با دریافت آن، می تواند میزان دمای محیط را بسنجد. سیگنال خروجی سنسورهای دما، به طور عمده به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند. در قسمت بعد به این موضوع می پردازیم.
خروجی سنسورها بر مبنای سیگنال
سنسورهای دما دارای خروجی های مختلف هستند. اما به صورت کلی خروجی سنسورهای دما را می توان به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی نمود. در مدل آنالوگ، خروجی سنسور یک ولتاژ نسبت به دماست. به عنوان مثال در سنسور LM35 با خروجی آنالوگ، خروجی این سنسور به ازای هر درجه افزایش دما، ۱۰ میلی ولت افزایش می یابد. این سنسور در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد، خروجی ولتاژی در حدود ۲۵۰ میلی ولت دارد. در کنار این، خروجی آنالوگ تنها مختص به ولتاژ نیست. به عنوان مثال، سنسور دمای NTC، یک مقاومت حساس به دماست. در حقیقت این سنسور دارای مقاومت داخلی بوده که نسبت به دما، مقدار آن تغییر می کند. جهت سنجش دما در این نوع خاص سنسور، باید یک ولتاژ از آن عبور داده، با یک مقاومت دیگر آن را به صورت تقسیم مقاومتی در آورده تا از ولتاژ تقسیم مقاومتی، به مقاومت سنسور و سپس دمای محیط برسیم. تصویر زیر جدول دمای این سنسور را نمایش می دهد.
جهت اطلاعات بیشتر در زمینه سنسورهای NTC، می توانید با کلیک بر روی این لینک، آموزش آن را مطالعه کنید. سنسورهای NTC نوع بسیار پرکابردی در صنعت هستند. از این نوع سنسورها در پکیج ها، خودروها و… استفاده می شود. ذکر این نکته ضروری است که برای خواندن مقدار خروجی سنسورهای آنالوگ، باید از واحد ADC میکروکنترلر خود استفاده کنیم. به کمک واحد تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال، می توانیم مقدار دمای اندازه گیری شده توسط سنسور را در میکروکنترلر محاسبه کرده و نسبت به برنامه، خروجی مورد نیاز ایجاد شود. در کنار این، سنسورهای دیجیتال نیز بسیار پرکابرد هستند. قسمت بعد به این موضوع می پردازد.
سنسورهای دما دیجیتال
در مقابل سنسورهای آنالوگ، سنسورهای دیجیتال نیز عرض اندام می کنند. سنسورهای دیجیتال دارای مدار رفع نویز داخلی هستند. بنابراین دقت این سنسورها نسبت به مدل آنالوگ، بیشتر است. همانطور که اطلاع دارید، خروجی های آنالوگ غالبا با نویز همراه هستند. اما سنسورهای دیجیتال به دلیل مدار فیلتر داخلی و نویز گیری، خروجی مطمعنی ایجاد می کنند. سنسورهای دیجیتال دارای خروجی با پروتکل های استاندارد ارتباط سریال مانند I2C یا SPI هستند. البته برخی از سنسورها با وجود اینکه خروجی دیجیتال ایجاد می کنند، در این دسته بندی قرار نمی گرند. یکی از سنسورهای بسیار پرکابرد دیجیتال، سنسور SHT10 است. این سنسور از پروتکل سریال I2C جهت ارسال و دریافت دما استفاده می کند. به تصویر زیر دقت کنید.
سنسور SHT10 می تواند دما را در بازه ۴۰- الی ۱۲۸+ درجه سانتی گراد، اندازه گیری کند. با اتصال این سنسور به پورت I2C میکروکنترلر خود، می توانید میزان دما را بخوانید. در این روش میکروکنترلر با ارسال فرمان، داده ها را از سنسور دریافت می کند. البته جهت راه اندازی و کار با این سنسور، کتابخانه تحت آردوینو توسعه یافته که کار را بسیار آسان می کند. در کنار این، سنسور دمای DS18B20، یک سنسور دمای بی نهایت کاربردی است. این سنسور که به سنسور یخچالی هم معروف است، می تواند دما را در بازه ۵۵- الی ۱۲۵+ درجه سانتی گراد اندازه گیری کند.
سنسور دمای DS18B20 از پروتکل ارتباطی یک سیمه یا همان ONE WIRE استفاده می کند. این پروتکل داده ها را تنها از طریق یک سیم انتقال می دهد. بدین ترتیب تنها یک پایه از میکرو کنترلر اشغال می شود. در کنار این، از آنجاییکه این سنسور ها آدرس پذیر هستند، شما می توانید تا ۱۲۸ سنسور را تنها از طریق یک سیم! به میکروکنترلر متصل کنید. در کنار سنسورها با پروتکل مشخص، دو سنسور پرکاربرد با پروتکل خاص خود و به طور دیجیتال کار می کنند. یکی از این سنسورها، سنسور DHT11 است. این سنسور داده ها را از طریق یک سیم، ولی تا با پروتکل یک سیمه به میکروکنترلر ارسال می کند. این سنسور می تواند دما و رطوبت را اندازه گیری و در بازه ۰ الی ۵۰ درجه سانتی گراد، بسنجد.
در کنار این سنسور، سنسور SMT172 هم پروتکل دیجیتال خاص خود را دارد. این سنسور نسبت به دمای حس شده، در خروجی خود یک موج مربعی با عرض پالس مشخص تولید می کند. با اندازه گیری عرض پالس، می توان میزان دما را اندازه گیری کرد. توجه داشته باشید که این سنسور در بازه ۴۵- الی ۱۳۰+ درجه سانتی گراد را می تواند اندازه گیری کند.
لوازم مورد نیاز
لینک خرید انواع سنسور دما، کلیک کنید
جمع بندی
در این آموزش به تحلیل و بررسی انواع مختلف سنسورهای دما پرداختیم. سنسورهای دما یکی از مهم ترین ابزارها در پروژه های مختلف به شمار می روند. به کمک این سنسورها می توان در پروژه های مختلف نظیر ترموستات های دیجیتال، سیستم های تهویه مطبوع و…. استفاده نمود. در این آموزش به بررسی انواع مختلف سنسورهای دما از حیث خروجی پرداختیم. در این آموزش به بررسی سنسورهای آنالوگ و دیجیتال و نحوه تحویل خروجی، بحث نمودیم.
