परीक्षण तापमान सेंसर - मेरे लिए कौन सा ?: 15 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

भौतिक कंप्यूटिंग के लिए नवागंतुकों को पहले सेंसर में से एक तापमान को मापने के लिए कुछ करना है। सबसे लोकप्रिय सेंसर में से चार TMP36 हैं, जिसमें एनालॉग आउटपुट है और डिजिटल कनवर्टर के लिए एक एनालॉग की आवश्यकता है, DS18B20, जो एक-तार कनेक्टिविटी, DHT22, या थोड़ा सस्ता DHT11 का उपयोग करता है, जिसे केवल एक डिजिटल पिन की आवश्यकता होती है, लेकिन यह भी एक आर्द्रता रीडिंग प्रदान करता है, और अंत में BME680 जो I2C (SPI के साथ-साथ कुछ ब्रेकआउट बोर्डों पर) का उपयोग करता है और तापमान, आर्द्रता, गैस (VOC) और वायुमंडलीय दबाव देता है लेकिन इसकी लागत थोड़ी अधिक होती है।

मैं देखना चाहता हूं कि वे कितने सटीक हैं, और किसी भी फायदे या नुकसान की खोज करें। मेरे पास पहले से ही एक सटीक पारा थर्मामीटर है, जो रासायनिक प्रसंस्करण के दिनों में रंगीन फोटोग्राफिक प्रिंटिंग से बचा हुआ है, जिससे उनकी तुलना की जा सके। (किसी भी चीज़ को कभी भी बाहर न फेंके - आपको बाद में इसकी आवश्यकता होगी!)

मैं इन परीक्षणों के लिए सर्किटपायथन और एक एडफ्रूट इटसिबिट्सी एम4 विकास बोर्ड का उपयोग करने जा रहा हूं। सभी उपकरणों के लिए उपयुक्त ड्राइवर उपलब्ध हैं।

आपूर्ति

मेरी प्रारंभिक सूची:

• इट्सिबिट्सी एम४ एक्सप्रेस माइक्रोकंट्रोलर
• माइक्रो यूएसबी केबल - प्रोग्रामिंग के लिए
• टीएमपी36
• DS18B20
• 4.7K ओम रोकनेवाला
• DHT22
• बीएमई६८०
• मल्टी मीटर
• ब्रेडबोर्ड या स्ट्रिप बोर्ड
• कनेक्टिंग वायर

चरण 1: सर्किट

नारंगी तार 3.3 V. हैं

काले तार GND. हैं

बोर्ड के निचले भाग में वोल्टेज मापने के लिए परीक्षण बिंदु हैं। (3.3v, GND और TMP36 एनालॉग आउटपुट)

केंद्र सॉकेट हैं, बाएं से दाएं:

• TMP36: 3.3v, एनालॉग सिग्नल आउट, GND
• DS18B20: GND, डिजिटल सिग्नल आउट, 3.3v
• DHT22: 3.3v, सिग्नल आउट, खाली, GND
• BME680: 3.3v, SDA, SCL, खाली, GND

रियर कनेक्टर, IB M4E बोर्ड से कनेक्ट करने के लिए, बाएँ से दाएँ

• 3.3
• TMP36 - A2. को पिन करने के लिए एनालॉग आउट
• जीएनडी
• D3 को पिन करने के लिए DS18B20 डिजिटल आउट - हरा
• DHT22 डिजिटल आउट D2 को पिन करने के लिए - पीला
• एसडीए - सफेद
• एससीएल - गुलाबी

4.7K ओम रोकनेवाला DS18B20 पर 0ne-वायर कनेक्शन के लिए सिग्नल से 3.3v तक एक पुलअप है।

बोर्ड के पीछे 2 कट ट्रैक हैं:

गुलाबी और सफेद दोनों तारों के बाएं छोर के नीचे। (पीले तार के नीचे।)

चरण 2: विधि

प्रत्येक सेंसर के लिए मैं कई बार तापमान (और यदि उपलब्ध हो तो अन्य आइटम) पढ़ने के लिए एक छोटी स्क्रिप्ट लिखूंगा और अपने पारा (एचजी) थर्मामीटर के खिलाफ तापमान की जांच करूंगा। मैं यह देखना चाहूँगा कि पारा रीडिंग की तुलना में तापमान कितनी बारीकी से है और यदि रीडिंग स्थिर / सुसंगत हैं।

मैं यह देखने के लिए दस्तावेज़ीकरण को भी देखूंगा कि क्या रीडिंग अपेक्षित सटीकता के भीतर फिट होती है और क्या ऐसा कुछ है जो सुधार करने के लिए किया जा सकता है।

चरण 3: TMP36 - प्रारंभिक परीक्षण

बायां पैर 3.3v है, दाहिना पैर GND है और केंद्र पैर एक एनालॉग वोल्टेज है जो निम्न सूत्र का उपयोग करके तापमान का प्रतिनिधित्व करता है। TempC = (मिलीवोल्ट - 500) / 10

तो, 750 मिलीवोल्ट 25 C. का तापमान देता है

ऐसा लगता है कि यहां कुछ समस्याएं हैं। 'सामान्य', पारा थर्मामीटर से तापमान, TMP36 की तुलना में बहुत कम है और रीडिंग बहुत सुसंगत नहीं हैं - कुछ 'घबराना' या शोर है।

TMP36 सेंसर तापमान के अनुपात में वोल्टेज भेजता है। तापमान की गणना करने से पहले इसे ए/डी कनवर्टर द्वारा पढ़ा जाना चाहिए। आइए मल्टी-मीटर के साथ सेंसर मिडिल लेग से सीधे वोल्टेज को पढ़ें और इसकी तुलना ए/डी के परिणाम से करें। मेरे मल्टी-मीटर के साथ सेंटर लेग से रीडिंग 722 मिलीवोल्ट है, बहुत कम और बहुत स्थिर रीडिंग।

दो चीजें हैं जिन्हें हम आजमा सकते हैं। TMP36 के लिए एक पोटेंशियोमीटर रखें और गणना में वोल्टेज को माइक्रोकंट्रोलर के वास्तविक वोल्टेज में समायोजित करें। फिर हम देखेंगे कि क्या परिकलित वोल्टेज करीब है और यदि शोर/घबराना कम हो गया है।

आइए मेरे माइक्रोकंट्रोलर और ए/डी का उपयोग किए जा रहे वास्तविक वोल्टेज को मापें। इसे 3.3v मान लिया गया था लेकिन वास्तव में यह केवल 3.275v है।

चरण 4: पोटेंशियोमीटर प्रतिस्थापन परिणाम

यह बहुत बेहतर है। रीडिंग बहुत कम शोर के साथ मिलीवोल्ट के एक जोड़े के भीतर हैं। इससे पता चलता है कि शोर A/D के बजाय TMP36 से है। मीटर पर रीडिंग हमेशा स्थिर रहती है - कोई घबराहट नहीं। (मीटर झटकेदार आउटपुट को 'चिकनाई' कर सकता है।)

स्थिति को सुधारने का एक तरीका औसत रीडिंग लेना हो सकता है। जल्दी से दस रीडिंग लें और औसत का उपयोग करें। परिणामों के प्रसार का संकेत देने के लिए, जब मैं कार्यक्रम बदल रहा हूँ, तो मैं मानक विचलन की गणना भी करूँगा। मैं माध्य के 1 मानक विचलन के भीतर रीडिंग की संख्या भी गिनूंगा - जितना अधिक बेहतर होगा।

चरण 5: औसत रीडिंग और एक परिणाम

अभी भी बहुत अधिक शोर है और TMP36 से रीडिंग अभी भी पारा थर्मामीटर से अधिक है। शोर को कम करने के लिए मैंने सिग्नल और GND. के बीच एक 100NF संधारित्र शामिल किया है

मैंने तब इंटरनेट पर अन्य समाधानों की खोज की और इन्हें पाया: https://www.doctormonk.com/2015/02/accurate-and-re… डॉ मोंक संकेत और जीएनडी के बीच 47 k ओम अवरोधक सहित सुझाव देते हैं।

www.desert-home.com/2015/03/battery-operate… जबकि यह आदमी 15 रीडिंग को क्रम में क्रमबद्ध करने और केंद्र के औसत 5 का सुझाव देता है।

मैंने इन सुझावों को शामिल करने के लिए स्क्रिप्ट और सर्किट को संशोधित किया और पारा थर्मामीटर से एक रीडिंग शामिल की।

अंत में! अब हमारे पास डिवाइस विवरण की सटीकता सीमा के भीतर स्थिर रीडिंग है।

सेंसर को काम करने के लिए यह काफी प्रयास था जिसमें केवल निर्माता की सटीकता होती है:

शुद्धता - उच्चतम (निम्नतम): ±3°C (±4°C) इनकी कीमत लगभग $1.50 (£2) है

चरण 6: DS18B20 - प्रारंभिक परीक्षण

बहुत सावधान रहें। यह पैकेज TMP36 के समान दिखता है, लेकिन पैर दूसरी तरफ 3.3v के साथ दाईं ओर और GND बाईं ओर हैं। सिग्नल आउट केंद्र में है। इस उपकरण को काम करने के लिए हमें सिग्नल और 3.3v के बीच 4.7 k ओम रोकनेवाला चाहिए। यह डिवाइस वन-वायर प्रोटोकॉल का उपयोग करता है और हमें इट्सिबिट्सी एम4 एक्सप्रेस के लिब फोल्डर में कुछ ड्राइवरों को डाउनलोड करने की आवश्यकता है।

इसकी कीमत लगभग $4 / £4तकनीकी विशिष्टताएँ हैं:

• प्रयोग करने योग्य तापमान सीमा: -55 से 125 डिग्री सेल्सियस (-67 डिग्री फ़ारेनहाइट से + 257 डिग्री फ़ारेनहाइट)
• 9 से 12 बिट चयन करने योग्य संकल्प
• 1-वायर इंटरफ़ेस का उपयोग करता है - संचार के लिए केवल एक डिजिटल पिन की आवश्यकता होती है
• अद्वितीय 64 बिट आईडी चिप में जल गई
• एकाधिक सेंसर एक पिन साझा कर सकते हैं
• ±0.5°C सटीकता -10°C से +85°C. तक
• तापमान-सीमा अलार्म सिस्टम
• क्वेरी समय 750ms. से कम है
• 3.0V से 5.5V पावर के साथ प्रयोग करने योग्य

इस सेंसर के साथ मुख्य समस्या यह है कि यह डलास 1-वायर इंटरफ़ेस का उपयोग करता है और सभी माइक्रोकंट्रोलर के पास उपयुक्त ड्राइवर नहीं होता है। हम भाग्यशाली हैं, इट्सिबिट्सी एम4 एक्सप्रेस के लिए एक ड्राइवर है।

चरण 7: DS18B20 अच्छी तरह से काम कर रहा है

यह एक शानदार परिणाम दिखाता है।

बिना किसी अतिरिक्त काम और परिकलन ओवरहेड्स के रीडिंग का एक स्थिर सेट। मेरे पारा थर्मामीटर की तुलना में रीडिंग ± 0.5 डिग्री सेल्सियस की अपेक्षित सटीकता सीमा के भीतर हैं।

लगभग $ 10 पर एक जलरोधक संस्करण भी है जिसे मैंने अतीत में समान सफलता के साथ उपयोग किया है।

चरण 8: DHT22 और DHT11

DHT22 तापमान प्राप्त करने के लिए एक थर्मिस्टर का उपयोग करता है और इसकी लागत लगभग $ 10 / £ 10 है और यह छोटे DHT11 का अधिक सटीक और महंगा भाई है। यह एक-तार इंटरफ़ेस का भी उपयोग करता है लेकिन DS18B20 के साथ उपयोग किए जाने वाले डलास प्रोटोकॉल के साथ संगत नहीं है। यह नमी के साथ-साथ तापमान को भी महसूस करता है। इन उपकरणों को कभी-कभी 3.3 v और सिग्नल पिन के बीच पुल अप रेसिस्टर की आवश्यकता होती है। इस पैकेज में एक पहले से स्थापित है।

• कम लागत
• 3 से 5V पावर और I/O
• रूपांतरण के दौरान 2.5mA अधिकतम वर्तमान उपयोग (डेटा का अनुरोध करते समय)
• 2-5% सटीकता के साथ 0-100% आर्द्रता रीडिंग के लिए अच्छा है
• -40 से 80 डिग्री सेल्सियस तापमान रीडिंग ± 0.5 डिग्री सेल्सियस सटीकता के लिए अच्छा है
• 0.5 हर्ट्ज नमूना दर से अधिक नहीं (हर 2 सेकंड में एक बार)
• शरीर का आकार 27 मिमी x 59 मिमी x 13.5 मिमी (1.05 "x 2.32" x 0.53 ")
• 4 पिन, 0.1" रिक्ति
• वजन (सिर्फ DHT22): 2.4g

DHT11 की तुलना में, यह सेंसर अधिक सटीक, अधिक सटीक है और तापमान/आर्द्रता की एक बड़ी रेंज में काम करता है, लेकिन यह बड़ा और अधिक महंगा है।

चरण 9: DHT22 परिणाम

ये बहुत कम प्रयास के साथ उत्कृष्ट परिणाम हैं। रीडिंग काफी स्थिर हैं और अपेक्षित सहनशीलता के भीतर हैं। आर्द्रता पढ़ना एक बोनस है।

आप हर सेकेंड में केवल रीडिंग ले सकते हैं।

चरण 10: डीटीएच 11 टेस्ट

मेरे पारा थर्मामीटर ने २१.९ डिग्री सेल्सियस दिखाया। यह एक बहुत पुराना DHT11 है जिसे मैंने एक पुराने प्रोजेक्ट से प्राप्त किया है और आर्द्रता का मान कुछ मिनट पहले DHT22 रीडिंग से बहुत अलग है। इसकी कीमत लगभग $ 5 / £ 5 है।

इसके विवरण में शामिल हैं:

• 5% सटीकता के साथ 20-80% आर्द्रता रीडिंग के लिए अच्छा है
• 0-50 डिग्री सेल्सियस तापमान रीडिंग के लिए अच्छा है ± 2 डिग्री सेल्सियस सटीकता - डीटीएच 22. से कम

ऐसा प्रतीत होता है कि तापमान अभी भी सटीकता सीमा में है, लेकिन मुझे इस पुराने उपकरण से आर्द्रता पढ़ने पर भरोसा नहीं है।

चरण 11: बीएमई६८०

इस सेंसर में एक ही पैकेज में तापमान, आर्द्रता, बैरोमीटर का दबाव और वीओसी गैस सेंसिंग क्षमताएं शामिल हैं, लेकिन यहां परीक्षण के लिए सेंसर का सबसे महंगा है। इसकी कीमत लगभग £18.50 / $22 है। गैस सेंसर के बिना एक समान उत्पाद है जो थोड़ा सस्ता है।

यह पांचों का गोल्ड स्टैंडर्ड सेंसर है। तापमान संवेदक सटीक है, और उपयुक्त ड्राइवरों के साथ, उपयोग करने में बहुत आसान है। यह संस्करण I2C का उपयोग करता है लेकिन Adafruit ब्रेकआउट बोर्ड SPI का भी उपयोग कर सकता है।

BME280 और BMP280 की तरह, बॉश का यह सटीक सेंसर ± 3% सटीकता के साथ आर्द्रता को माप सकता है, ± 1 hPa पूर्ण सटीकता के साथ बैरोमीटर का दबाव और ± 1.0 डिग्री सेल्सियस सटीकता के साथ तापमान माप सकता है। क्योंकि ऊंचाई के साथ दबाव बदलता है, और दबाव माप बहुत अच्छे होते हैं, आप इसे ± 1 मीटर या बेहतर सटीकता के साथ एक altimeter के रूप में भी उपयोग कर सकते हैं!

दस्तावेज़ीकरण का कहना है कि इसे गैस सेंसर के लिए कुछ 'बर्न-इन टाइम' की आवश्यकता है।

चरण 12: मुझे किसका उपयोग करना चाहिए?

• TMP36 बहुत सस्ता, छोटा और लोकप्रिय है लेकिन उपयोग में काफी कठिन है और गलत हो सकता है।
• DS18B20 छोटा, सटीक, सस्ता, उपयोग में आसान और वाटरप्रूफ संस्करण है।
• DTH22 नमी को भी इंगित करता है, इसकी कीमत मामूली है और उपयोग में आसान है लेकिन बहुत धीमी हो सकती है।
• BME680 दूसरों की तुलना में बहुत अधिक काम करता है लेकिन महंगा है।

अगर मुझे सिर्फ तापमान चाहिए तो मैं DS18B20 का उपयोग ± 0.5 ° C सटीकता के साथ करूंगा लेकिन मेरा पसंदीदा BME680 है क्योंकि यह बहुत अधिक करता है और इसे बड़ी संख्या में विभिन्न परियोजनाओं में उपयोग करने के लिए रखा जा सकता है।

एक अंतिम विचार। सुनिश्चित करें कि आप अपने तापमान संवेदक को माइक्रोप्रोसेसर से दूर रखें। कुछ रास्पबेरी पीआई एचएटी मुख्य बोर्ड से गर्मी को सेंसर को गर्म करने की अनुमति देते हैं, जिससे झूठी रीडिंग मिलती है।

चरण 13: आगे के विचार और प्रयोग

मैंने अब तक जो कुछ किया है उस पर आपकी टिप्पणियों के लिए धन्यवाद गुलिवरर, क्रिश्चियनसी२३१ और पेजगेन। मुझे देरी के लिए खेद है, लेकिन मैं कुछ हफ़्ते के लिए अपने इलेक्ट्रॉनिक्स किट तक पहुंच के बिना आयरलैंड में छुट्टी पर हूं।

यहां एक साथ काम कर रहे सेंसर को दिखाने का पहला प्रयास है।

मैंने सेंसर को बारी-बारी से पढ़ने और हर 20 सेकंड में तापमान मानों को प्रिंट करने के लिए एक स्क्रिप्ट लिखी।

मैंने सब कुछ ठंडा करने के लिए किट को एक घंटे के लिए फ्रिज में रख दिया। मैंने इसे पीसी में प्लग किया और परिणाम प्रिंट करने के लिए म्यू मिला। फिर आउटपुट को कॉपी किया गया, एक.csv फ़ाइल (अल्पविराम से अलग किए गए चर) में बदल दिया गया और एक्सेल में परिणामों से ग्राफ़ खींचे गए।

परिणाम दर्ज होने से पहले किट को फ्रिज से बाहर निकालने में लगभग तीन मिनट का समय लगा, इसलिए इस अंतराल में तापमान में कुछ वृद्धि हुई थी। मुझे संदेह है कि चार सेंसर में अलग-अलग थर्मल क्षमताएं हैं और इसलिए अलग-अलग दरों पर गर्म हो जाएंगे। जैसे-जैसे सेंसर कमरे के तापमान के करीब आएंगे, वार्मिंग की दर में कमी आने की उम्मीद है। मैंने इसे अपने पारा थर्मामीटर के साथ 24.4 डिग्री सेल्सियस के रूप में दर्ज किया।

वक्र की शुरुआत में तापमान में व्यापक अंतर सेंसर की विभिन्न तापीय क्षमता के नीचे हो सकता है। मुझे यह देखकर प्रसन्नता हो रही है कि रेखाएं कमरे के तापमान के करीब पहुंचते ही अंत की ओर अभिसरित हो जाती हैं। मुझे चिंता है कि TMP36 हमेशा अन्य सेंसर की तुलना में बहुत अधिक होता है।

मैंने इन उपकरणों की वर्णित सटीकता को फिर से जांचने के लिए डेटा शीट को देखा

टीएमपी36

• तापमान पर ± 2 डिग्री सेल्सियस सटीकता (टाइप)
• ± 0.5 डिग्री सेल्सियस रैखिकता (टाइप)

DS18B20

±0.5°C सटीकता -10°C से +85°C. तक

DHT22

तापमान ± 0.5 डिग्री सेल्सियस

बीएमई६८०

± 1.0 डिग्री सेल्सियस सटीकता के साथ तापमान

चरण 14: पूर्ण ग्राफ

अब आप देख सकते हैं कि सेंसर ने अंततः स्तर को बंद कर दिया और उनकी वर्णित सटीकता के भीतर कम या ज्यादा तापमान पर सहमत हुए। यदि TMP36 मानों से 1.7 डिग्री हटा दिया जाता है (± 2 डिग्री सेल्सियस अपेक्षित है) तो सभी सेंसर के बीच अच्छा समझौता होता है।

पहली बार जब मैंने इस प्रयोग को चलाया तो DHT22 सेंसर में समस्या आई:

main.py आउटपुट:

14.9, 13.5, 10.3, 13.7

15.7, 14.6, 10.5, 14.0

16.6, 15.6, 12.0, 14.4

18.2, 16.7, 13.0, 15.0

18.8, 17.6, 14.0, 15.6

19.8, 18.4, 14.8, 16.2

21.1, 18.7, 15.5, 16.9

21.7, 19.6, 16.0, 17.5

22.4, 20.2, 16.5, 18.1

23.0, 20.7, 17.1, 18.7

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

ट्रेसबैक (सबसे हालिया कॉल अंतिम):

फ़ाइल "main.py", लाइन 64, in

फ़ाइल "main.py", लाइन 59, get_dht22. में

NameError: असाइनमेंट से पहले संदर्भित स्थानीय चर

इसलिए मैंने इस समस्या से निपटने के लिए स्क्रिप्ट को संशोधित किया और रिकॉर्डिंग को फिर से शुरू किया:

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

25.9, 22.6, -999.0, 22.6

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

25.9, 22.8, -999.0, 22.7

25.9, 22.9, 22.1, 22.8

25.9, 22.9, 22.2, 22.9

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

27.1, 23.0, -999.0, 23.0

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

27.2, 23.0, -999.0, 23.1

25.9, 23.3, 22.6, 23.2

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

28.4, 23.2, -999.0, 23.3

DHT रीड एरर: ('DHT सेंसर नहीं मिला, वायरिंग चेक करें',)

26.8, 23.1, -999.0, 23.3

26.5, 23.2, 23.0, 23.4

26.4, 23.3, 23.0, 23.5

26.4, 23.4, 23.1, 23.5

26.2, 23.3, 23.1, 23.6

मुझे दूसरे रन से कोई समस्या नहीं थी। Adafruit के दस्तावेज़ चेतावनी देते हैं कि कभी-कभी DHT सेंसर रीडिंग मिस कर देते हैं।

चरण 15: निष्कर्ष

यह वक्र स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि कुछ सेंसर की उच्च तापीय क्षमता उनके प्रतिक्रिया समय को बढ़ाती है।

सभी सेंसर तापमान के बढ़ने और गिरने को रिकॉर्ड करते हैं।

वे एक नए तापमान में बसने के लिए बहुत जल्दी नहीं हैं।

वे बहुत सटीक नहीं हैं। (क्या वे मौसम स्टेशन के लिए पर्याप्त हैं?)

आपको अपने सेंसर को किसी विश्वसनीय थर्मामीटर से कैलिब्रेट करने की आवश्यकता हो सकती है।