خطة اختبار الثرمستور: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

الهدف من خطة الاختبار هذه هو معرفة ما إذا كان بإمكاننا قياس درجة حرارة جسم الإنسان. ستمنحك خطة الاختبار هذه إرشادات حول كيفية إنشاء مقياس حرارة رقمي بسيط ومعايرته وبرمجته ثم استخدامه لمعرفة ما إذا كان يمكنك اكتشاف حمى محاكية (درجة حرارة 40 درجة مئوية).

الخطوة 1: الخطوة 1 - اجمع المواد الخاصة بك

يجب أن تبدأ خطة الاختبار الجيدة دائمًا بوضع المواد التي ستحتاجها.

بالنسبة لخطة اختبار الثرمستور الخاصة بنا ، نطلب ما يلي:

متحكم Arduino Uno

كبل USB (لتوصيل Arduino بالكمبيوتر)

كمبيوتر محمول

الثرمستور

المقاومات (10000 أوم)

اللوح

دورق

ماء

صفيحة ساخنة

الشريط

ترمومتر الكحول

الخطوة 2: الخطوة 2: توصيل دائرتك

الخطوة التالية هي البدء في إنشاء الدائرة التي تسمح لك بقياس درجة الحرارة باستخدام الثرمستور.

اتبع الرسم البياني أعلاه لتوصيل الثرمستور الخاص بك بـ Arduino بطريقة تسمح لك بقياس درجة الحرارة. كما ترى ، فإن خرج 5 فولت من Arduino متصل بالثرمستور الخاص بك. الطرف الآخر من الثرمستور متصل بمقاوم 10 كيلو أوم. أخيرًا ، يتم توصيل الطرف الآخر من المقاوم 10kOhm بالدبوس الأرضي على Arduino ، لإكمال الدائرة.

ستلاحظ أيضًا السلك الأصفر الذي يربط التقاطع بين الثرمستور والمقاوم بدبوس الإدخال التناظري "A0" على Arduino. لا تنسى توصيل هذا السلك! هذا السلك هو الذي يسمح لاردوينو بقياس الثرمستور بالفعل. بدونها ، لن تحصل على أي قياسات.

الخطوة 3: الخطوة 3: برمجة Arduino

الخطوة التالية هي برمجة Arduino بحيث يمكنك البدء في أخذ قياسات الجهد عبر الثرمستور الخاص بك. للقيام بذلك ، انسخ الكود أعلاه في المحرر الخاص بك ثم قم بتحميله على Arduino.

سيأخذ هذا الرمز قراءة من الثرمستور الخاص بك مرة واحدة في الثانية ، وسيكتب تلك القراءة على الشاشة التسلسلية. تذكر: القيم التي سيتم كتابتها على الشاشة التسلسلية هنا هي قيم الجهد. من أجل إنتاج قيم درجة الحرارة ، سنحتاج إلى معايرة الجهاز.

الخطوة 4: الخطوة 4: تسجيل بيانات المعايرة

في الوقت الحالي ، لا ينتج Arduino قيم درجة الحرارة. نحتاج إلى معايرته ، مما يعني أخذ سلسلة من قياسات الجهد باستخدام Arduino في درجات حرارة مختلفة ، مع تسجيل درجات الحرارة في نفس الوقت عند كل قياس للجهد. بهذه الطريقة ، يمكننا إنشاء مخطط يحتوي على قيم الجهد على اليسار ودرجات الحرارة على اليمين. من هذا المخطط ، سنتمكن من التوصل إلى معادلة تسمح لنا بالتحويل تلقائيًا بين الفولت والدرجات.

لأخذ بيانات المعايرة الخاصة بك ، سوف تحتاج إلى وضع كوب مملوء بالماء على صفيحة ساخنة وتشغيله. ضع ميزان حرارة كحولي في الماء وراقب ارتفاع درجة الحرارة. عندما تصل درجة الحرارة إلى 18 درجة مئوية ، ضع الثرمستور في الماء أيضًا وقم بتشغيل Arduino حتى تتمكن من قراءة الشاشة التسلسلية.

عندما تصل درجة الحرارة في ميزان الحرارة إلى 20 درجة مئوية ، اكتب درجة الحرارة هذه. بجانبه ، اكتب قراءة الجهد التي يضعها Arduino على الشاشة التسلسلية. عندما يقرأ مقياس الحرارة 21 درجة مئوية ، كرر هذا. استمر في تكرارها حتى يقرأ مقياس الحرارة 40 درجة مئوية.

يجب أن يكون لديك الآن سلسلة من قيم الجهد ، كل منها يتوافق مع درجة حرارة معينة. أدخل هذه في جدول بيانات Excel كما في الصورة أعلاه.

الخطوة 5: الخطوة 5: إنشاء منحنى المعايرة الخاص بك

الآن بعد أن أصبحت جميع بياناتك في Excel ، سنستخدمها لإنشاء منحنى معايرة وإنشاء معادلة تسمح لنا بالتحويل بين قيم الجهد ودرجة الحرارة.

في Excel ، قم بتمييز بياناتك (تأكد من أن قيم الجهد على اليسار) وحدد "إدراج" على شريط الأدوات في الجزء العلوي ، ثم انقر فوق "مخطط مبعثر أو فقاعي" من قسم الرسوم البيانية. يجب أن يظهر رسم بياني به سلسلة من النقاط. تحقق مرة أخرى من أن المحور Y يمثل قيم درجة الحرارة وأن المحور X يمثل قيم الجهد.

انقر بزر الماوس الأيمن على إحدى نقاط البيانات وحدد "تنسيق خط الاتجاه". سيظهر مربع الحوار. ضمن "خيارات خط الاتجاه" ، حدد "خطي" ، ثم في الجزء السفلي حدد المربع الذي يشير إلى "عرض المعادلة على الرسم البياني".

يجب أن يبدو المخطط الخاص بك الآن مثل المخطط الموجود في الصورة أعلاه. اكتب هذه المعادلة ، لأن هذا هو ما ستقوم ببرمجته في Arduino لتحويل الجهد إلى درجة حرارة تلقائيًا.

الخطوة 6: الخطوة 6: معايرة نظامك

الآن بعد أن نجحت في إنشاء منحنى معايرة واشتقاق المعادلة التي تسمح لك بتحويل قيم الجهد إلى درجات حرارة ، يجب عليك تحديث الكود الخاص بك بحيث يطبع Arduino قيم درجة الحرارة على الشاشة التسلسلية.

ارجع إلى كود Arduino الخاص بك وقم بإجراء التغييرات التالية:

بدلاً من إنشاء المتغير "val" كـ "int" ، أطلق عليه اسم "float". هذا لأن "int" تعني عددًا صحيحًا ، أو عددًا صحيحًا. نظرًا لأننا سنضع قيمة الجهد المخزنة في "val" من خلال معادلة ، فإننا نحتاج إلى السماح لها بالحصول على قيم عشرية وإلا فسيكون تحويلنا غير صحيح. من خلال استدعاء "val" كمتغير "float" ، سنتأكد من أن الرياضيات لدينا تعمل بشكل صحيح.

بعد ذلك ، تحتاج إلى إضافة سطر جديد بعد "val = analogRead (0)؛". في هذا السطر الجديد ، اكتب ما يلي: "تعويم درجة الحرارة". سيؤسس هذا متغيرًا جديدًا ، درجة الحرارة ، سنعرضه قريبًا.

الخطوة التالية هي تحويل قيمة الجهد في "val" إلى درجة حرارة يمكننا تخزينها في "درجة الحرارة". للقيام بذلك ، ارجع إلى المعادلة التي حصلت عليها من منحنى المعايرة. طالما أن الجهد على المحور X ودرجة الحرارة على المحور Y في الرسم البياني الخاص بك ، فيمكن ترجمة المعادلة على النحو التالي: y = a * x + b تصبح درجة الحرارة = a * val + b. في السطر التالي ، اكتب "temperature = a * val + b" ، حيث "a" و "b" هي الأرقام التي تحصل عليها من معادلة المعايرة.

بعد ذلك ، قم بتغيير حذف "Serial.println (val)". لن ننظر إلى درجة الحرارة نفسها ، ولكن بدلاً من ذلك سنستخدم عبارة if لنقرر ما إذا كنا فوق درجة حرارة معينة أم لا.

أخيرًا ، سنضيف جزءًا من التعليمات البرمجية التي ستستخدم معلومات درجة الحرارة لاتخاذ قرار بشأن ما إذا كنت تعاني من الحمى أم لا. اكتب ما يلي في السطر التالي:

إذا كانت (درجة الحرارة> 40) {

Serial.println ("أعاني من حمى!")

}

احفظ الكود الخاص بك وقم بتحميله على Arduino.

الخطوة 7: الخطوة 7: اختبار جهازك

تهانينا! لقد قمت الآن بإنشاء مقياس حرارة رقمي يمكنه قياس درجة الحرارة باستخدام الثرمستور و Arduino. الآن يجب عليك اختباره للتأكد من دقته.

قم بإعداد الدورق الخاص بك على اللوح الساخن مرة أخرى وابدأ في تسخين الماء. ضع ميزان الحرارة والكحول في الماء. شاهد جهاز العرض التسلسلي بالإضافة إلى مقياس حرارة الكحول. عندما تقول الشاشة التسلسلية "لديك حمى!" ، اكتب درجة الحرارة على مقياس حرارة الكحول وأغلق الصفيحة الساخنة.

دع الماء يبرد إلى حوالي 32 درجة مئوية ثم كرر الإجراء أعلاه. افعل هذا 5 مرات ، وسجل ملاحظاتك في مخطط مثل الرسم أعلاه.

الخطوة 8: الخطوة 8: احسب دقة جهازك

الآن بعد أن سجلت 5 تجارب من الاختبارات ، يمكنك حساب المسافة التي يبعدها جهازك عن درجة الحرارة الحقيقية.

تذكر أننا قمنا بإعداد جهازك بحيث يظهر "أعاني من حمى!" كلما اكتشفت درجة حرارة أكبر من أو تساوي 40 درجة مئوية. هذا يعني أننا سنقارن قيم ترمومتر الكحول بـ 40 درجة ونرى مدى اختلافها.

في Excel ، اطرح 40 من كل قيمة درجة حرارة قمت بتسجيلها. يمنحك هذا الفرق بين كل قيمة حقيقية وقيمك المقاسة. بعد ذلك ، قسّم هذه القيم على 40 ، واضرب في 100. سيعطينا هذا النسبة المئوية للخطأ لكل قياس.

أخيرًا ، متوسط جميع الأخطاء في المئة الخاصة بك. هذا الرقم هو النسبة المئوية للخطأ الإجمالي الخاص بك. ما مدى دقة جهازك؟ هل كانت نسبة الخطأ أقل من 5٪؟ 1٪؟