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用Arduino打造機械傳動結構溫度計，顛覆你...

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樓主
無意中觀察到家里面使用的溫度計，是那種最傳統的，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意義上對溫度計的理解。而現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，發現木飾面占據了大多數，我還是覺得使用椴木層板比較好。



   更加吻合現代的風格，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定和指示溫度的精確。也曾想過使用絲桿加滑臺來驅動，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同步輪作為驅動輪，驅動同步帶轉動，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。

   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，它可以測量環境的溫濕度，單總線傳輸數據的方式更加節省端口資源，得益于Arduino的開源環境，使用它也是十分容易，只需要一個函數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。

   這里再次感謝Arduino的開源環境，各路大神早已為我們寫好了此驅動模塊的函數庫，我們只需要調用即可。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，經過一小會忙活，設計好圖紙，發送給廠家切割，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動都是使用的數字信號，所以我只使用了ArduinoUno的數字端口。線路與元件都安裝好之后，接下倆就是對ArduinoUno編程了。

程序：
  1. //首先我們需要引入頭文件，沒有這些頭文件，在編程中一些函數就無法調用。

  3. #include <dht11.h>   //引用dht11溫濕度傳感器庫文件，使得下面可以調用相關參數
  4. #include <Stepper.h>  ///引用步進電機驅動庫文件，使得下面可以調用相關參數

  6. //接著依據電路圖，我們來定義元件的接口。

  8. #define DHT11PIN 6     //dht11溫濕度傳感器的數據輸出接在ArduinoUno的6號數字引腳
  9. Stepper myStepper(stepsPerRevolution,2,3,4,5); //步進電機驅動的輸入信號接在ArduinoUno的2，3，4，5號數字引腳
  10. dht11 DHT11;  //實例化DHT11對象，便于后面讀取溫度使用

  12. //接下來定義一些變量，來存儲溫度數據或者步進電機的位置信息

  14. int stepsPerRevolution = 128;  //步進電機每次轉動步數
  15. int temlast=0;    //temlast代表上一次讀取到的溫度數據
  16. int chk,tem;     //chk代表讀取到的溫濕度數據，tem代表讀取到的溫度數據

  18. //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。

  20. void setup() {                                                      
  21. Serial.begin(9600);           //設置串口波特率
  22. pinMode(DHT11PIN,OUTPUT);   //定義溫濕度傳感器的端口為輸出
  23. myStepper.setSpeed(50);      //設置步進電機速度為50r/min

  25. delay(1000);
  26. chk = DHT11.read(DHT11PIN); //讀取溫濕度的值賦給chk                                          
  27. tem=DHT11.temperature;    //從DHT11對象中將溫度數據分離出來
  28. 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
  29. }

  31. //接下來就是主要循環程序，對于控制步進電機轉動的方法，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，根據比較大小來控制步進電機轉動方向，具體實現代碼如下。

  33. void loop() {                                                   
  34. chk = DHT11.read(DHT11PIN);        //讀取溫濕度的值賦chk
  35. tem=DHT11.temperature;         //從DHT11對象中將溫度數據分離出來

  37. delay(100);
  38. Serial.print("Tempeature:");       //串口打印出Tempeature:
  39. Serial.println(tem);              //打印溫度結果

  41. 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
  42. {
  43. myStepper.step(stepsPerRevolution); //步進電機正向轉動
  44. Serial.println("add");              //串口打印增加
  45. temlast=tem;                    //更新上一次測量的溫度值
  46. }

  48. 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         
  49. {
  50. myStepper.step(-stepsPerRevolution); //步進電機反向轉動
  51. Serial.println("less");            //串口打印減小
  52. temlast = tem;                 //更新上一次測量的溫度值
  53. }
  54. delay(500);                     //延時500ms
  55. }
復制代碼
   連接電腦，燒寫代碼到ArduinoUno中，打開串口監視器，根據屏幕上顯示的溫度數值。

   來調整回形針指針的位置以及張緊彈簧的位置。調整好之后，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，這款溫度計我已經做成了套材，想了解的請訪問鏈接
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沙發
ID:452731 發表于 2019-1-24 22:31 | 只看該作者
這個創意真的很不錯！一切都是滿滿的智慧
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板凳
ID:159403 發表于 2019-4-30 13:43 | 只看該作者
想法真的很厲害
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地板
ID:619987 發表于 2020-2-14 19:52 | 只看該作者
學習了，很詳細謝謝樓主
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5#
ID:231819 發表于 2020-3-31 16:20 | 只看該作者
好厲害啊，謝謝樓主分享！
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6#
ID:143767 發表于 2021-3-7 15:57 | 只看該作者
你好樓主，我在編譯的時候出現下述問題：
_______:11:19: error: 'stepsPerRevolution' was not declared in this scope

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

                   ^~~~~~~~~~~~~~~~~~

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

請問怎么解決，謝謝
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7#
ID:844772 發表于 2021-3-8 10:56 | 只看該作者
dj3365191 發表于 2021-3-7 15:57
你好樓主，我在編譯的時候出現下述問題：
_______:11:19: error: 'stepsPerRevolution' was not declared  ...

把這句移動到你那句前面  int stepsPerRevolution = 128;  //步進電機每次轉動步數
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8#
ID:143767 發表于 2021-3-9 16:31 | 只看該作者
glinfei 發表于 2021-3-8 10:56
把這句移動到你那句前面  int stepsPerRevolution = 128;  //步進電機每次轉動步數

謝謝你，按照你的辦法現在問題解決了，再次感謝！
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9#
ID:143767 發表于 2021-3-10 15:38 | 只看該作者
但是燒錄程序到ARDUINO UNO后發現不管溫度上升還是下降步進電機只往一個方向轉，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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