בפוסט זה נחבר לארדואינו רכיב ממשפחת LM35 – חיישני טמפרטורה קטנים וזולים שמותאמים למדידה של מעלות בסולם צלזיוס – וניצור מדחום אלקטרוני, שבודק את הטמפרטורה בחדר, שולח את המידע למחשב, ואפילו מאפשר למשתמש לקבוע דרך המחשב את פרק הזמן שיעבור בין מדידה למדידה!

כמובן, לא חסרים רכיבים למדידת טמפרטורה, ולא חייבים לבחור דווקא ב-LM35. זהו פשוט רכיב זול ונפוץ מאד – אני רכשתי שניים באיביי תמורת שני דולרים. אם אתם בוחרים בדגם אחר, אל תשכחו לקרוא את המפרט הטכני שלו ולשנות את החיווט והתוכנה בהתאם. אפרופו, כדי למצוא מפרט טכני של רכיב כלשהו, פשוט הקלידו במנוע חיפוש את הקוד שלו ואת המילה Datasheet. כך גם אפשר למצוא מידע על שבבים ורכיבים לא מזוהים נוספים שעקרנו מתוך מעגלים ישנים.

חומרה

בתמונה הבאה מוצג המעגל בשלמותו. הרכיב הכחול הוא לוח ארדואינו מסוג Nano, שהוא בעיקרון פשוט גרסה מוקטנת של הלוחות Uno ו-Duemilanove. אמנם אין לו חיבור ייעודי לסוללה והוא זקוק למטריצה או לוח PCB כבסיס, אבל הוא חוסך מקום, אפשר להשיג אותו קצת יותר בזול מאחיו הגדולים והוא די נוח לשימוש.

חיברתי לארדואינו שלושה חוטים: חוט שחור ל-GND, חוט אדום ל-5V וחוט צהוב לכניסה האנלוגית A0. כל החוטים הללו מתחברים גם ל-LM35 הזעיר שבפינת המטריצה, וחשוב מאד להקפיד על חיבור החוטים לרגלי הרכיב הנכונות, אחרת הוא יעשה לכם בעיות רציניות. במבט מלמעלה, הרכיב נראה שטוח מצד אחד ובעל "בטן" מצדו השני; אם נחשוב על הצדדים האלה כעל גב וכרס של איש, אז ה-GND הולך לרגל הימנית שלו. המתח הולך לשמאלית, וה…רגל האמצעית היא הפלט. שימו לב שהמרחק בין רגלי ה-LM35 קטן יותר מזה שבין חורי המטריצה, כך שנאלצתי לכופף את הרגל האמצעית למעלה שלא תפריע. כל כיפוף כזה מחליש את המתכת, עד שבסוף היא נשברת. אל תגידו שלא הזהרתי!

למעשה, יש שתי דרכים לשלב LM35 במעגל, כל אחת מהן מתאימה למדידת טווח טמפרטורות אחר. החיווט שבתמונה הוא הבסיסי ביותר, והוא מיועד למדידה של 0-100 מעלות צלזיוס. [עריכה: לא, זה מה שקורה כשלא קוראים את המפרט בתשומת לב… הרכיב שהשתמשתי בו כאן הוא LM35DZ שמתאים אך ורק לטווח 0-100 מעלות צלסיוס]. ה-LM35 מתנהג כמו חיישנים פאסיביים רבים אחרים, ופשוט מעביר לפלט חלק מהחשמל שמגיע אליו, בהתאם למידת החום בסביבתו. הקשר בין החום להולכת החשמל הוא לינארי: על פי המפרט, כל מעלה נוספת "משחררת" עוד 10 מיליוולט, מה שמאפשר לנו לגלות את הטמפרטורה באמצעות חישוב פשוט שנראה מיד.

תוכנה

כאמור, פרויקט זה כולל תקשורת בזמן אמת עם המחשב, ולכן נאתחל את החיבור הטורי בפונקציית האתחול:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

לארדואינו יש מספר חיבורים שנקראים "אנלוגיים", אך מבחינתנו, הם לא באמת אנלוגיים: המתחים שמגיעים אליהם, בטווח של 0-5 וולט, מומרים למספרים שלמים בטווח של 0 עד 1023 (עשרה ביטים) בלבד. כלומר, הרזולוציה של החיבורים האנלוגיים היא כמעט 0.005 וולט – או חצי מעלה צלזיוס, בפלט של החיישן שלנו.

כדי לתרגם את הקלט לטמפרטורה, פשוט נחלק מעלה (10 מיליוולט) ברזולוציה המדויקת של חיבור הקלט (5 חלקי 1024, שזה 0.0048828125*) ונחלק את הקלט בתוצאה. אפשר גם להכפיל בהופכי, זה לא משנה:

float celsius;

celsius = analogRead(A0) / 2.048;
Serial.println(celsius);
delay(interval);

השורה הלפני-אחרונה מדפיסה את התוצאה לחיבור הטורי, והאחרונה ממתינה פרק זמן כלשהו. את המשתנה interval הגדרתי בתחילת הקוד עם ערך ברירת מחדל, כך:

unsigned int interval = 1000;

עכשיו מגיע החלק האינטראקטיבי. בעזרת פונקציות הקריאה של Serial, אנחנו יכולים לקבל מהמשתמש ערכים חדשים עבור interval. את כל הקוד המתאים הכנסתי לפונקציה נפרדת שנקראת getNewInterval. בתוך loop, אנחנו בודקים אם המשתמש שלח משהו ואם כן, קוראים לפונקציה הזו:

if (Serial.available() > 0) getNewInterval();

בתוך הפונקציה עצמה, אנחנו קוראים ומפענחים את הערך החדש מתוך הבייטים שמתקבלים דרך החיבור הטורי. צריך לזכור שני דברים חשובים: ראשית, כשאנחנו כותבים 1 בחלון החיבור הטורי של סביבת הפיתוח, הארדואינו רואה זאת לא בתור המספר 1 אלא בתור 49, שזה קוד ASCII של התו שהוקש. שנית, אם המשתמש כתב 123 ולחץ על Send, נקבל שלושה בייטים ברצף.

קוד הפונקציה אמור להיות כעת מובן מאליו. שימו לב שלא ביצעתי בו שום בדיקה של תקינות הקלט, וזה דבר שאסור לוותר עליו ביישומים אמיתיים. כאן, לצורך הפשטות והדוגמה בלבד, הרשיתי לעצמי להתרשל:

void getNewInterval() {

  interval = 0;

  while(Serial.available() > 0)
   interval = interval * 10 + Serial.read() - 48;

  Serial.print("Interval (MS) = ");
  Serial.println(interval);

}

את הקוד המלא לפרויקט אפשר להוריד מכאן. תגובות, שאלות וכו' יתקבלו, כרגיל, בברכה.

* תוספת: חזרתי לרשומה הזו אחרי המון זמן וגיליתי את הטעות הקטנה – חישוב הרזולוציה של הקלט האנלוגי צריך להיעשות בחלוקה של 5 ב-1023, לא ב-1024. זה אומר שכל צעד מייצג 0.0048875855 מיליוולט, ומכאן שבחישוב המעלות צריך לחלק את הקלט הגולמי ב-2.046 ולא כפי שנכתב. זהו כמובן הבדל זעיר, ובכל זאת כדאי לדייק!