Piano di test del termistore: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

L'obiettivo di questo piano di test è vedere se possiamo misurare la temperatura corporea umana. Questo piano di test ti fornirà istruzioni su come costruire un semplice termometro digitale, calibrarlo, programmarlo e quindi usarlo per vedere se riesci a rilevare una febbre simulata (una temperatura di 40 gradi Celsius).

Passaggio 1: Passaggio 1 - Raccogli i tuoi materiali

Un buon piano di test dovrebbe sempre iniziare disponendo i materiali di cui avrai bisogno.

Per il nostro piano di test del termistore, richiediamo quanto segue:

Microcontrollore Arduino Uno

Cavo USB (per collegare Arduino al computer)

Computer portatile

termistore

Resistori (10.000 Ohm)

tagliere

Becher

Acqua

Piatto caldo

Nastro

Termometro ad alcool

Passaggio 2: Passaggio 2: Collegamento del circuito

Il prossimo passo è iniziare a costruire il circuito che ti permetterà di misurare la temperatura usando il termistore.

Segui lo schema sopra per collegare il tuo termistore al tuo Arduino in un modo che ti permetterà di misurare la temperatura. Come puoi vedere, l'uscita 5V del tuo Arduino è collegata al tuo termistore. L'altra estremità del termistore è collegata al resistore da 10kOhm. Infine, l'altra estremità del resistore da 10kOhm è collegata al pin di massa dell'Arduino, completando il circuito.

Noterai anche il filo giallo che collega la giunzione tra il termistore e il resistore al pin di ingresso analogico "A0" sull'Arduino. Non dimenticare di collegare questo filo! Quel filo è quello che consente al tuo Arduino di misurare effettivamente il termistore. Senza di esso, non otterrai alcuna misurazione.

Passaggio 3: Passaggio 3: Programmazione di Arduino

Il prossimo passo è programmare il tuo Arduino in modo che tu possa iniziare a misurare la tensione attraverso il tuo termistore. Per fare ciò, copia il codice sopra nel tuo editor e quindi caricalo sul tuo Arduino.

Questo codice prenderà una lettura dal tuo termistore una volta al secondo e scriverà quella lettura sul monitor seriale. Ricorda: i valori che verranno scritti sul monitor seriale qui sono valori di tensione. Per produrre valori di temperatura, dovremo calibrare il dispositivo.

Passaggio 4: Passaggio 4: Registrazione dei dati di calibrazione

In questo momento, il tuo Arduino non sta producendo valori di temperatura. Dobbiamo calibrarlo, il che significa prendere una serie di misurazioni di tensione con Arduino a varie temperature, registrando contemporaneamente le temperature ad ogni misurazione di tensione. In questo modo possiamo creare un grafico che ha a sinistra i valori di tensione e a destra le temperature. Da questo grafico potremo ricavare un'equazione che ci permetterà di convertire automaticamente tra volt e gradi.

Per prendere i tuoi dati di calibrazione, dovrai mettere un bicchiere pieno d'acqua su una piastra calda e accenderlo. Metti un termometro ad alcool nell'acqua e osserva l'aumento della temperatura. Quando la temperatura raggiunge i 18 gradi Celsius, metti anche il termistore nell'acqua e accendi Arduino in modo da poter leggere il monitor seriale.

Quando la temperatura sul termometro segna 20 gradi Celsius, annota quella temperatura. Accanto ad esso, annota la lettura della tensione che il tuo Arduino sta mettendo sul monitor seriale. Quando il termometro segna 21 gradi Celsius, ripeti l'operazione. Continua a ripeterlo finché il termometro non segna 40 gradi Celsius.

Ora dovresti avere una serie di valori di tensione, ciascuno corrispondente a una temperatura specifica. Inseriscili in un foglio di calcolo Excel come nella foto sopra.

Passaggio 5: Passaggio 5: creazione della curva di calibrazione

Ora che tutti i tuoi dati sono in Excel, li useremo per creare una curva di calibrazione e generare un'equazione che ci permetterà di convertire tra i valori di tensione e temperatura.

In Excel, evidenzia i tuoi dati (assicurati che i valori di tensione siano a sinistra) e seleziona "Inserisci" nella barra degli strumenti in alto, quindi fai clic su "Grafico a dispersione o a bolle" dalla sezione Grafici. Dovrebbe apparire un grafico con una serie di punti sopra. Ricontrolla che l'asse Y rappresenti i valori di temperatura e l'asse X rappresenti i valori di tensione.

Fare clic con il pulsante destro del mouse su uno dei punti dati e selezionare "Formatta linea di tendenza". Apparirà una finestra di dialogo. In "Opzioni della linea di tendenza", seleziona "Lineare", quindi in basso seleziona la casella "Visualizza equazione sul grafico".

Il tuo grafico dovrebbe ora assomigliare a quello nella foto sopra. Annota quell'equazione, poiché è ciò che stai per programmare nel tuo Arduino per fargli convertire automaticamente la tensione in temperatura.

Passaggio 6: Passaggio 6: calibrazione del sistema

Ora che hai creato con successo una curva di calibrazione e derivato l'equazione che ti consente di convertire i valori di tensione in temperature, devi aggiornare il codice in modo che Arduino stampi i valori di temperatura sul monitor seriale.

Torna nel tuo codice Arduino e apporta le seguenti modifiche:

Invece di stabilire la variabile "val" come "int", chiamala come "float". Questo perché "int" significa intero o un numero intero. Poiché inseriremo il valore di tensione memorizzato in "val" attraverso un'equazione, dobbiamo consentirgli di avere valori decimali, altrimenti la nostra conversione sarà errata. Chiamando "val" come variabile "float", ci assicureremo che i nostri calcoli funzionino correttamente.

Successivamente è necessario aggiungere una nuova riga dopo "val=analogRead(0);". Su questa nuova riga, scrivi quanto segue: "temperatura di galleggiamento". Questo stabilirà una nuova variabile, la temperatura, che mostreremo a breve.

Il passo successivo è convertire il valore di tensione in "val" in una temperatura che possiamo memorizzare in "temperatura". Per fare ciò, torna all'equazione che hai ottenuto dalla curva di calibrazione. Finché la tensione è sull'asse X e la temperatura è sull'asse Y del grafico, l'equazione può essere tradotta come segue: y = a*x + b diventa temperatura = a*val + b. Nella riga successiva, scrivi "temperatura = a*val + b", dove "a" e "b" sono i numeri che ottieni dall'equazione di calibrazione.

Quindi, cambia cancella "Serial.println(val)". Non esamineremo la temperatura in sé, ma useremo invece un'istruzione if per decidere se siamo al di sopra di una certa temperatura o meno.

Infine, aggiungeremo un pezzo di codice che utilizzerà le informazioni sulla temperatura per decidere se hai o meno la febbre. Nella riga successiva scrivi quanto segue:

if (temperatura > 40) {

Serial.println("Ho la febbre!")

}

Salva il tuo codice e caricalo su Arduino.

Passaggio 7: Passaggio 7: test del dispositivo

Congratulazioni! Ora hai costruito un termometro digitale in grado di misurare la temperatura utilizzando un termistore e un Arduino. Ora devi testarlo per la precisione.

Riposizionare il becher sulla piastra calda e iniziare a scaldare l'acqua. Metti il termometro ad alcool e il termistore nell'acqua. Guarda il monitor seriale e il termometro ad alcool. Quando il tuo monitor seriale dice "Hai la febbre!", annota la temperatura sul termometro ad alcool e spegni la piastra calda.

Lascia raffreddare l'acqua a circa 32 gradi Celsius e poi ripeti la procedura sopra. Fallo 5 volte e registra le tue osservazioni in un grafico come quello sopra.

Passaggio 8: Passaggio 8: Calcola la precisione del tuo dispositivo

Ora che hai registrato 5 prove di test, puoi calcolare la distanza del tuo dispositivo dalla temperatura reale.

Ricorda che abbiamo impostato il tuo dispositivo in modo che mostri "Ho la febbre!" ogni volta che ha rilevato una temperatura maggiore o uguale a 40 gradi Celsius. Ciò significa che confronteremo i valori del termometro ad alcool con 40 gradi e vedremo quanto erano diversi.

In Excel, sottrai 40 da ogni valore di temperatura che hai registrato. Questo ti dà la differenza tra ogni valore reale e i tuoi valori misurati. Quindi, dividi questi valori per 40 e moltiplica per 100. Questo ci darà l'errore percentuale per ogni misurazione.

Infine, fai la media di tutti i tuoi errori percentuali. Questo numero è il tuo errore percentuale complessivo. Quanto era preciso il tuo dispositivo? L'errore percentuale era inferiore al 5%? 1%?