用Arduino打造機械傳動結構溫度計，顛覆你...

ID:241755 · 發(fā)表于 2018-9-12 13:33

無意中觀察到家里面使用的溫度計，是那種最傳統(tǒng)的，使用紅色酒精來測量溫度的溫度計

這種外觀的溫度計是我傳統(tǒng)意義上對溫度計的理解。而現(xiàn)在的廠商設計的溫度計未免太沒新意，用一塊LED顯示屏就草草了事，方方正正外觀也是十分古板，與家庭氛圍不和。我于是想到用傳統(tǒng)的溫度計外觀，結合一些機械結構來顯示溫度，用同步帶齒輪來傳達溫度的變化，成為家中的一個亮點。

結構：

首先是選擇材料，我之前在亞克力和椴木板上徘徊，不知道用那種材料好，但是觀察過一些家庭的裝修之后，發(fā)現(xiàn)木飾面占據(jù)了大多數(shù)，我還是覺得使用椴木層板比較好。

更加吻合現(xiàn)代的風格，并且木板更易于加工，給后面的工序也帶來了便利。

對于溫度的顯示，我想用類似3D打印機的原理，使用步進電機驅(qū)動同步帶，同步帶帶動指針在表盤上移動，這樣做保證了指針的穩(wěn)定和指示溫度的精確。也曾想過使用絲桿加滑臺來驅(qū)動，但是由于絲桿滑臺價格高昂，最終放棄。

接著就是對于電機以及驅(qū)動部件的選擇，市面上常見的步進電機就是42步進電機，其常常被使用在各種機器人或者3D打印機上，穩(wěn)定性非常有保障，但是缺點是體積過于龐大，不適合溫度計使用，最后經(jīng)過一番挑選，選用了28BYJ48這款減速步進電機。

這款步進電機體積小巧，工作電流小，使用ULN2003芯片即可驅(qū)動，價格也比42步進電機便宜，并且含有減速裝置，在扭矩方面也有了保障。輸出軸也是5MM的D形軸，可以兼容市面上常見的同步輪。在傳動系統(tǒng)的選擇上，使用3D打印機常用的標準件即可，我使用了16齒的GT2同步輪作為驅(qū)動輪，驅(qū)動同步帶轉(zhuǎn)動，從動輪方面就比較簡單了，用兩顆軸承即可，這樣做既簡單也便宜，沒必要花錢去購買惰輪。同步帶的松緊決定了指針的指示是否精確，于是我增加了一個張緊彈簧來保證同步帶時刻都是張緊狀態(tài)。

指針的做法就比較多變了，我使用了一個回形針來指示溫度，回形針可以牢固的夾在同步帶上，不易晃動。

電路：

單片機選擇方面，我選擇的是ArduinoUno

因為ArduinUno支持很多開源庫以及傳感器，所以編寫程序起來也是十分簡單，易于操作，相比較其他單片機需要了解各種復雜的寄存器起來，ArduinoUno只需要簡單的語句即可實現(xiàn)很多功能。單片機性能方面，ArduinoUno所搭載的Atmega328單片機的資源也足夠使用，并且有RISC精簡指令集的加持，ArduinoUno足夠勝任本項目。

選擇好單片機之后，其他元件的選擇就簡單了許多，溫度測量方面使用了DHT11溫濕度傳感器，它可以測量環(huán)境的溫濕度，單總線傳輸數(shù)據(jù)的方式更加節(jié)省端口資源，得益于Arduino的開源環(huán)境，使用它也是十分容易，只需要一個函數(shù)即可獲取溫濕度信息，是制作溫度計的不二之選。

步進電機的驅(qū)動模塊使用ULN2003大功率達林頓晶體管陣列模塊，此模塊很易于找到并且價格低廉，搭配我選擇的步進電機是不二之選。板載4路led指示燈可以清楚的觀察到各相的工作狀態(tài)。

這里再次感謝Arduino的開源環(huán)境，各路大神早已為我們寫好了此驅(qū)動模塊的函數(shù)庫，我們只需要調(diào)用即可。這里是設計好的電路圖：

完成的結構設計以及元件之后，接下來就是設計木板的圖紙了，經(jīng)過一小會忙活，設計好圖紙，發(fā)送給廠家切割，幾天后，收到了切好的木板：

接下來就是安裝了，將各個元件悉數(shù)安裝到對應位置，并將線路接好：

因為溫度傳感器以及步進電機驅(qū)動都是使用的數(shù)字信號，所以我只使用了ArduinoUno的數(shù)字端口。線路與元件都安裝好之后，接下倆就是對ArduinoUno編程了。

程序：

//首先我們需要引入頭文件，沒有這些頭文件，在編程中一些函數(shù)就無法調(diào)用。

#include <dht11.h> //引用dht11溫濕度傳感器庫文件，使得下面可以調(diào)用相關參數(shù)

#include <Stepper.h>  ///引用步進電機驅(qū)動庫文件，使得下面可以調(diào)用相關參數(shù)

//接著依據(jù)電路圖，我們來定義元件的接口。

#define DHT11PIN 6    //dht11溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)輸出接在ArduinoUno的6號數(shù)字引腳

Stepper myStepper(stepsPerRevolution,2,3,4,5); //步進電機驅(qū)動的輸入信號接在ArduinoUno的2，3，4，5號數(shù)字引腳

dht11 DHT11;  //實例化DHT11對象，便于后面讀取溫度使用

//接下來定義一些變量，來存儲溫度數(shù)據(jù)或者步進電機的位置信息

int stepsPerRevolution = 128;  //步進電機每次轉(zhuǎn)動步數(shù)

int temlast=0; //temlast代表上一次讀取到的溫度數(shù)據(jù)

int chk,tem;    //chk代表讀取到的溫濕度數(shù)據(jù)，tem代表讀取到的溫度數(shù)據(jù)

//接下來就是初始化程序，里面包含了初始化溫度傳感器以及各個變量的代碼。

void setup() {

Serial.begin(9600);          //設置串口波特率

pinMode(DHT11PIN,OUTPUT); //定義溫濕度傳感器的端口為輸出

myStepper.setSpeed(50);    //設置步進電機速度為50r/min

delay(1000);

chk = DHT11.read(DHT11PIN); //讀取溫濕度的值賦給chk

tem=DHT11.temperature; //從DHT11對象中將溫度數(shù)據(jù)分離出來

temlast=tem;       //將溫度值賦給存儲上一次測量溫度值的變量，以便接下來的比較

}

//接下來就是主要循環(huán)程序，對于控制步進電機轉(zhuǎn)動的方法，我使用了比較的方法，將上一次測量的溫度存儲起來，與當前測量的溫度值比較，根據(jù)比較大小來控制步進電機轉(zhuǎn)動方向，具體實現(xiàn)代碼如下。

void loop() {

chk = DHT11.read(DHT11PIN);       //讀取溫濕度的值賦chk

tem=DHT11.temperature;       //從DHT11對象中將溫度數(shù)據(jù)分離出來

delay(100);

Serial.print("Tempeature:");    //串口打印出Tempeature:

Serial.println(tem);             //打印溫度結果

if(tem-temlast>=1)       //如果當前測量溫度的結果大于等于上一次測量的溫度值1度

{

myStepper.step(stepsPerRevolution); //步進電機正向轉(zhuǎn)動

Serial.println("add");             //串口打印增加

temlast=tem;                   //更新上一次測量的溫度值

}

else if(tem-temlast<=-1)    //如果當前測量溫度的結果小于等于上一次測量的溫度值1度

{

myStepper.step(-stepsPerRevolution); //步進電機反向轉(zhuǎn)動

Serial.println("less");          //串口打印減小

temlast = tem;                //更新上一次測量的溫度值

}

delay(500);                   //延時500ms

}
復制代碼
連接電腦，燒寫代碼到ArduinoUno中，打開串口監(jiān)視器，根據(jù)屏幕上顯示的溫度數(shù)值。

圖17.jpg (25.8 KB, 下載次數(shù): 101)

下載附件

2018-9-12 13:31 上傳

來調(diào)整回形針指針的位置以及張緊彈簧的位置。調(diào)整好之后，一件富有科技與藝術的溫度計就做成了，有問題的朋友請在下面留言，這款溫度計我已經(jīng)做成了套材，想了解的請訪問鏈接

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務必記住，如果有需要的朋友請發(fā)送我們的暗號“51黑電子”給我，我會給你們優(yōu)惠！

ID:452731 · 發(fā)表于 2019-1-24 22:31

這個創(chuàng)意真的很不錯！一切都是滿滿的智慧

ID:159403 · 發(fā)表于 2019-4-30 13:43

想法真的很厲害

ID:619987 · 發(fā)表于 2020-2-14 19:52

學習了，很詳細謝謝樓主

ID:231819 · 發(fā)表于 2020-3-31 16:20

好厲害啊，謝謝樓主分享！

ID:143767 · 發(fā)表于 2021-3-7 15:57

你好樓主，我在編譯的時候出現(xiàn)下述問題：
_______:11:19: error: 'stepsPerRevolution' was not declared in this scope

Stepper myStepper(stepsPerRevolution,2,3,4,5); //步進電機驅(qū)動的輸入信號接在ArduinoUno的2，3，4，5號數(shù)字引腳

^~~~~~~~~~~~~~~~~~

exit status 1
'stepsPerRevolution' was not declared in this scope

請問怎么解決，謝謝

ID:844772 · 發(fā)表于 2021-3-8 10:56

dj3365191 發(fā)表于 2021-3-7 15:57
你好樓主，我在編譯的時候出現(xiàn)下述問題：
_______:11:19: error: 'stepsPerRevolution' was not declared ...

把這句移動到你那句前面 int stepsPerRevolution = 128; //步進電機每次轉(zhuǎn)動步數(shù)

ID:143767 · 發(fā)表于 2021-3-9 16:31

glinfei 發(fā)表于 2021-3-8 10:56
把這句移動到你那句前面 int stepsPerRevolution = 128; //步進電機每次轉(zhuǎn)動步數(shù)

謝謝你，按照你的辦法現(xiàn)在問題解決了，再次感謝！

ID:143767 · 發(fā)表于 2021-3-10 15:38

但是燒錄程序到ARDUINO UNO后發(fā)現(xiàn)不管溫度上升還是下降步進電機只往一個方向轉(zhuǎn)，不知什么問題，請眾壇友幫忙分析一下，謝謝。
補充：DHT11信號接在6腳，ULN2003的A,B,C,D分別接在2,3,4,5腳

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