Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」
【本篇课程内容于 2024年10月25日更新】>课程配套Arduino器材：Arduino入门套件 DFR0100项目 - 温度报警器
在项目【报警器】中，我们认识了一个发声元件——蜂鸣器，也做了一个简单的小报警器。是不是还不过瘾呢？这次我们要做一个更贴近生活的应用——温度报警器。当温度到达我们设定的限定值时，报警器就会响。我们可以用于厨房温度检测报警等各种需要检测温度的场合。这个项目中，除了要用到蜂鸣器，还需要一个LM35温度传感器。
我们这里是第一次接触传感器，传感器是什么？简单的从字面上的理解就是，一种能感知周围环境，并把感知到的信号转换为电信号的感应元件。感应元件再把电信号传递给控制器。就好比人的各个感官，感知周围环境后，再将信息传递给大脑是一样的道理。
元件清单
硬件连接
这个项目中的蜂鸣器和项目【报警器】的接法相同。在接LM35温度传感器时，注意三个引脚的位置，有LM35字样的一面面向自己，从左至右依次接5V、Analog 0和GND，如下图所示。
图 1 温度报警器连线图
代码示例
样例代码：
//项目 – 温度报警器
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer ;
void setup(){
pinMode(8, OUTPUT); // 蜂鸣器引脚设置
Serial.begin(9600); //设置波特率为9600 bps
}
void loop(){
int val; // 用于存储LM35读到的值
double data; //用于存储已转换的温度值
val=analogRead(0); //LM35连到模拟口，并从模拟口读值
data = (double) val * (5/10.24); // 得到电压值，通过公式换成温度
if(data>27){ //如果温度大于27，蜂鸣器响
for(int x=0; x<180; x++){
//将sin函数角度转化为弧度
sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
//用sin函数值产生声音的频率
toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
//给引脚8一个
tone(8, toneVal);
delay(2);
}
} else { // 如果温度小于27，关闭蜂鸣器
noTone(8); //关闭蜂鸣器
}
if(millis() - tepTimer > 500){ // 每500ms，串口输出一次温度值
tepTimer = millis();
Serial.print("temperature: "); // 串口输出“温度”
Serial.print(data); // 串口输出温度值
Serial.println("C"); // 串口输出温度单位
}
}
成功下载完程序后，打开Arduino IDE的串口监视器。
设置串口监视器的波特率为9600。
可以直接从串口中读取温度值，并尝试升高周围环境温度，或者用手直接接触LM35使其升温，串口可以很直观的看到温度有明显的变化。
蜂鸣器工作的条件是，一旦检测到环境温度大于27度，蜂鸣器鸣响，环境温度小于27度，则关闭蜂鸣器。
代码回顾
这段代码与我们项目【报警器】的大部分内容是相同的，代码中的大部分语法在前几项目中已经说过了，现在看起来是不是有点头绪了呢？
程序开始设置了三个变量：
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer ;
第一二个变量就不说了，项目【报警器】中代码回顾中已作解释，第三个变量tepTimer，是一个无符号的长整型（unsigned long）用于存放机器时间，便于定时在串口输出温度值，由于机器运行时间较长，所以选用一个长整型，又由于时间不为负，则选用无符号长整型，对于变量类型不明确的，可以再回看下项目【交通信号灯】相关解释。
setup()函数的第一句，我们想必已经很熟了，设置蜂鸣器为输出模式，有人可能会问为什么LM35不用设置呢？LM35传输的是个模拟量，模拟量不需要设置引脚模式。pinMode()只用于数字引脚。
串口可用的函数也有好多，可用查看语法手册。我们这里就先介绍几个常用的:
Serial.begin(9600);
这个函数用于初始化串口波特率，也就是数据传输的速率，是使用串口必不可少的函数。直接输入相应设定的数值就可以了，如果不是一些特定的无线模块对波特率有特殊要求的话，波特率设置只需和串口监视器保持一致即可。我们这里就只是用于串口监视器。
再到loop()函数内部，开始部分又声明了两个变量val和data，注释中已对这两个变量进行说明了，这两个变量与前面声明的两个变量不同的是，这两个是局部变量，只在loop()函数内部起作用。关于全局变量和局部变量的区别，可以参看一下项目【SOS 求救信号器】中说明。
val=analogRead(0);
这里用到了一个新函数:
analogRead(pin);
这个函数用于从模拟引脚读值，pin是指连接的模拟引脚。Arduino的模拟引脚连接到一个10位A/D转换，输入0~5V的电压对应读到0~1023的数值，每个读到的数值对应的都是一个电压值。
我们这里读到的是温度的电压值，是以0~1023的方式输出。而我们LM35温度传感器每10mV对应1摄氏度。
data = (double) val * (5/1024)*100;
从传感器中读到的电压值，它的范围在0~1023，将该值分成1024份，再把结果乘以5，映射到0~5V，因为每度10mV，需要再乘以100得到一个double型温度值，最后赋给data变量。
Arduino的通信伙伴——串口
串口是Arduino与外界进行通信的一个简单的方法。每个Arduino都至少有一个串口，UNO的串口分别与数字引脚0(RX)和数字引脚1(TX)相连。所以如果要用到串口通信的，数字0和1不能用于输入输出功能。
Arduino下载程序也是通过串口来完成的。所以，当下载程序的时候，USB将占用了数字引脚0(RX)和数字引脚1(TX)。此时，在下载程序的过程中，RX和TX引脚不能接任何东西,否则会产生冲突。可以下载完之后，再接上。
在以后的使用过程中，需要注意，特别是一些无线通信模块，通常会用到TX、RX。所以下载程序时，需将模块先取下。避免造成程序下载不进去的情况。
后面进入一个if语句，对温度值进行判断。这里的if语句与之前讲的有所不同。if…else用于对两种情况进行判断的时候。
if…else语句格式：
if(表达式){
语句一;
}
} else {
语句二;
}
表达式结果为真时，执行语句一，放弃语句二的执行，接着跳过if语句，执行if语句的下一条语句；如果表达式结果为假时，执行语句二，放弃语句一的执行，接着跳过if语句，执行if语句的下一条语句。无论如何，对于一次条件的判断，语句1和语句2只能有一个被执行，不能同时被执行。
回到我们的代码, if中的语句就省略不说了，不明白的可回看项目【报警器】：
if(data>27){
for(int x=0; x<180; x++){
......
}
} else {
......
}
进入if判断，对data也就是温度值进行判断，如果大于27，进入if前半段，蜂鸣器鸣响。否则，进入else后的语句，关闭蜂鸣器。
除了不断检测温度进行报警，我们还需要代码在串口实时显示温度。这里又用到millis()函数（项目三中有说明），利用固定的机器时间，每隔500ms定时向串口发出数据。
那串口收到数据后，如何在串口监视器上显示呢？就要用到下面的两句语句：
Serial.print(val);
Serial.println(val);
print()的解释是，以我们可读的ASCII形式从串口输出。
这条命令有多种形式：
（1）数字则是以位形式输出（例1）
（2）浮点型数据输出时只保留小数点后两位（例2）
（3）字符和字符串则原样输出，字符需要加单引号（例3），字符串需要加双引号（例4）。
例如：
（1）Serial.print(78);输出“78”。
（2）Serial.print(1.23456);输出“1.23”。
（3）Serial.print(N);输出“N”。
（4）Serial.print(“Hello World.”);输出“Hello world.”。
不仅有我们上面这种形式输出，还可以以进制形式输出，可以参看语法手册。
println()与print()区别就是，println()比print()多了回车换行，其他完全相同。串口监视器输出还有一条语句比较常见的是Serial.write(),它不是以ASCII形式输出，而是以字节形式输出，感兴趣的可以查看语法手册。
代码中，可能有一处会不太明白：
Serial.print(data);
有人会问，data不是字符串吗？怎么输出是数字呢？不要忘了，这是我们前面定义的变量，它其实就是代表数字，输出当然就是数字啦！
硬件回顾
LM35
LM35是一种常见的温度传感器，使用简便，不需要额外的校准处理就可以达到± 0.25℃的准确率。我们看一下LM35引脚示意图，Vs接入电源，Vout是电压输出，GND接地。其引脚分布如下图所示：
图 2 LM35引脚示意图
计算公式：
Vout = 10mV/ ℃ * T℃（温度范围在+2℃~40℃）这个公式哪里来的呢？如果我们换做其他的温度传感器该怎么换算呢？这里提供一个网址，专门用来查芯片的使用说明书，也叫做datasheet。Datasheet会提供出厂芯片所有的性能参数，以及一些简单典型电路的搭建也会告诉你。以后碰到其他的传感器，不同的芯片就能通过这个方法来得到计算公式。
ALLDATASHEET:
http://www.alldatasheet.com/
我们试一下搜索LM35，下图公式就是截取自LM35的datasheet中。图中显示的就是LM35的计算公式。
图 3 LM35 计算公式
课后练习
温度报警器可以用于监控对环境温度有要求的一些东西，比如植物。将我们上面的温度报警器再结合LED灯。在不同的温度范围设置不同颜色灯，并伴随不同频率的声音。
比如：温度小于10 或者大于35，亮红灯，蜂鸣器发出比较急促的声音。
温度在25~35之间，亮黄灯，蜂鸣器伴随相对缓和的声音。
温度在10~25之间，亮绿灯，关闭蜂鸣器。
发挥你的想象，看看还能玩出什么好玩的东西？
下一篇教程：Arduino教程 08 震动探测
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本帖最后由 粒子 于 2022-1-5 16:43 编辑
小弟刚弄arduino，复制贴主的代码加多一个三基色LED灯进去，结果代码报错https://mc.dfrobot.com.cn/data/attachment/album/201409/01/194727pudn8z1dqm1tdf3n.jpg
#define LED_R 2
#define LED_G 3
#define LED_B 4
enum{Color_R,Color_G,Color_RG} //枚举颜色：红，绿，黄
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer ;
void setup(){
pinMode(8, OUTPUT); // 蜂鸣器引脚设置
pinMode(LED_R,OUTPUT);
pinMode(LED_G,OUTPUT);
pinMode(LED_B,OUTPUT);
Serial.begin(9600); //设置波特率为9600 bps
}
void loop(){
int val; //用于存储LM35读到的值
double data; //用于存储已转换的温度值
unsigned char data_color; //用于存储亮灯颜色
val=analogRead(0); //LM35连到模拟口，并从模拟口读值
data = val * 0.48876;// 得到电压值，通过公式换成温度
if(data>35 || data<5){ //如果温度大于35或者小于5，蜂鸣器响
for(int x=0; x<180; x++){
//将sin函数角度转化为弧度
sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
//用sin函数值产生声音的频率
toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
//给引脚8一个
tone(8, toneVal);
delay(2);
}
data_color =Color_R; //颜色为红
} else { // 如果温度小于35且大于5，关闭蜂鸣器
if(data>=15 && data<=25) data_color =Color_G; //颜色为绿
if(data>=5 && data<15) data_color = Color_RG; //颜色为黄
if(data>25 && data<=35) data_color = Color_RG; //颜色为黄
noTone(8); //关闭蜂鸣器
}
switch(data_color)
{
case Color_R: //红色
digitalWrite(LED_R,LOW);
digitalWrite(LED_G,HIGH);
digitalWrite(LED_B,HIGH);
break;
case Color_G: //绿色
digitalWrite(LED_R,HIGH);
digitalWrite(LED_G,LOW);
digitalWrite(LED_B,HIGH);
break;
case Color_RG: //黄色
digitalWrite(LED_R,LOW);
digitalWrite(LED_G,LOW);
digitalWrite(LED_B,HIGH);
break;
default:
break;
}
delay(1000);//停留1秒
digitalWrite(LED_R,LOW);
digitalWrite(LED_G,LOW);
digitalWrite(LED_B,LOW); //灭灯
if(millis() - tepTimer > 500){ // 每500ms，串口输出一次温度值
tepTimer = millis();
Serial.print("temperature: "); // 串口输出“温度”
Serial.print(data); // 串口输出温度值
Serial.println("℃"); // 串口输出温度单位
}
}求解 课后作业中，还碰到一个没法解释的现象，详情各位前辈指点。
具体现象：绿灯和红灯亮起时，串口监视器的数据刷新基本是500ms一次，但黄灯亮起时，串口监视器的刷新速率变为>1000ms一次。（目测）
不明白其中的原理。代码如下：
//项目七 课后作业_温度报警+LED指示
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer;
int bee=8;
int pinGreen=10;
int pinYellow=11;
int pinRed=12;
void setup()
{
pinMode(bee,OUTPUT);
pinMode(pinGreen,OUTPUT);
pinMode(pinYellow,OUTPUT);
pinMode(pinRed,OUTPUT);
Serial.begin(9600); //设置波特率为9600 bps
}
void loop()
{
int val; //存LM35读到的数值
double data; //存已转换的温度值
val=analogRead(0); //LM35连到模拟口，并从模拟口读值
data=(double)val*(5/10.24) ; //得到电压值，通过公式换成温度
if(data>23 or data<10)
{
digitalWrite(pinRed,HIGH);
digitalWrite(pinYellow,LOW);
digitalWrite(pinGreen,LOW);
beep(2);
}
if(data<=23 && data>=22)
{
digitalWrite(pinYellow,HIGH);
digitalWrite(pinRed,LOW);
digitalWrite(pinGreen,LOW);
beep(10);
}
if(data<22)
{
noTone(8); //关闭蜂鸣器
digitalWrite(pinGreen,HIGH);
digitalWrite(pinRed,LOW);
digitalWrite(pinYellow,LOW);
}
if(millis()-tepTimer>500)
{
tepTimer=millis();
Serial.print("temperature:");
Serial.print(data);
Serial.println("C");
}
}
void beep(int delayTime)
{
for(int x=0; x<180; x++)
{
//将sin函数角度转化为弧度
sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
//用sin函数值产生声音的频率
toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
//给引脚8一个
tone(8, toneVal);
delay(delayTime);
}
} Jane 发表于 2015-2-3 10:15
串口选对了吗？你看下这个教程https://arduino.cc/en/Guide/MacOSX
完整的错误信息如下：
This report would have more information with
"Show verbose output during compilation"
enabled in File > Preferences.
Arduino: 1.0.6 (Mac OS X), Board: "Arduino Uno"
Binary sketch size: 6,712 bytes (of a 32,256 byte maximum)
avrdude: stk500_recv(): programmer is not responding
我看了一下教程，串口应该选择的是正确的。
我买的是Beginner Kit for Arduino的套件，IDE用的是1.0.6版本，Board选择的是UNO，串口选择的是/dev/tty.usbmodern1412
这个驱动也装了，不行
https://www.ftdichip.com/Drivers/VCP/MacOSX/FTDIUSBSerialDriver_v2_2_14.dmg
本帖最后由 snakeqx 于 2014-6-26 20:46 编辑
谢谢分享。但是我发现一个问题，一旦报警开始，温度的采样率就变了。;P
于是我稍微修改了一下程序，边报警边采样。代码如下：
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer=0;
void setup()
{
pinMode (8, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
int val;
double data;
for(int x=0;x<180;x++)
{
val=analogRead(0);
data=(double)val*(0.488);// =5/10.24 reduce calculation stress
sinVal=(sin(x*0.01744)); // =3.14/180 reduce calculation stress
toneVal=2000+(int(sinVal*1000));
if (data>30) tone(8, toneVal);
else noTone(8);
delay(20);
}
if(millis()-tepTimer>500)
{
tepTimer=millis();
Serial.print("temperature:");
Serial.print(data);
Serial.println("C");
}
}
然后发现，报警的时候老实有破音，于是我想，可能是CPU在算sin（）的时候占用了大量资源，于是我吧公式用excel推导出来放在一个数组里。
于是有了以下代码
unsigned int toneVal={
2017, 2034, 2052, 2069, 2087, 2104, 2121, 2139, 2156, 2173, 2190, 2207, 2224, 2241, 2258, 2275, 2292, 2308, 2325, 2341, 2358, 2374, 2390, 2406, 2422, 2438, 2453,
2469, 2484, 2499, 2514, 2529, 2544, 2558, 2573, 2587, 2601, 2615, 2629, 2642, 2655, 2668, 2681, 2694, 2706, 2719, 2731, 2742, 2754, 2765, 2776, 2787, 2798, 2808, 2818, 2828, 2838, 2847, 2856, 2865, 2874, 2882, 2890, 2898, 2906, 2913, 2920, 2926, 2933, 2939, 2945, 2950, 2956, 2961, 2965, 2970, 2974, 2978, 2981, 2984, 2987, 2990, 2992, 2994, 2996, 2997, 2998, 2999, 2999, 2999, 2999, 2999, 2998, 2997, 2996, 2994, 2992, 2990, 2987, 2984, 2981, 2978, 2974, 2970, 2966, 2961, 2956, 2951, 2945, 2940, 2933, 2927, 2920, 2913, 2906, 2899, 2891, 2883, 2875, 2866, 2857, 2848, 2839, 2829, 2819, 2809, 2799, 2788, 2777, 2766, 2755, 2743, 2732, 2720, 2707, 2695, 2682, 2670, 2656, 2643, 2630, 2616, 2602, 2588, 2574, 2560, 2545, 2531, 2516, 2501, 2485, 2470, 2455, 2439, 2423, 2407, 2392, 2375, 2359, 2343, 2326, 2310, 2293, 2277, 2260, 2243, 2226, 2209, 2192, 2175, 2157, 2140, 2123, 2106, 2088, 2071, 2053, 2036, 2019, 2001};
unsigned long tepTimer=0;
void setup()
{
pinMode (8, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
int val;
double data;
for(int x=0;x<180;x++)
{
val=analogRead(0);
data=(double)val*(0.488);// =5/10.24 reduce calculation stress
if (data>30) tone(8, toneVal);
else noTone(8);
delay(5);
}
if(millis()-tepTimer>500)
{
tepTimer=millis();
Serial.print("temperature:");
Serial.print(data);
Serial.println("C");
}
}
可是还是有破音，请问一下高手，到底是哪里速度慢了？现在已经没有什么计算了，只有一次读值*0.488
:'(:'(:'(
晕了，终于弄明白了。小弟实在愚笨。
在温度到报警温度的正负5度时，传感器检测到的温度有一段纠结期。理论上温度上涨是这样的
25 26 27 28
但实际上是
25 26 25 27 26 25 25 27......
所以有断断续续的。
当温度大于32时，声音破音明显好转，大于40无破音。 snakeqx 发表于 2014-6-26 20:44
谢谢分享。但是我发现一个问题，一旦报警开始，温度的采样率就变了。
于是我稍微修改了一下程序，边报警 ...
哇,你把所有的值都算出来了呀 snakeqx 发表于 2014-7-21 20:52
晕了，终于弄明白了。小弟实在愚笨。
在温度到报警温度的正负5度时，传感器检测到的温度有一段纠结期。理论 ...
你检测出来的温度波动这么大的呀 龍龖龘 发表于 2014-9-1 19:49
小弟刚弄arduino，复制贴主的代码加多一个三基色LED灯进去，结果代码报错
求解 ...
原来少加了个“;”，已经解决了 龍龖龘 发表于 2014-9-1 21:01
原来少加了个“;”，已经解决了
:handshake 你好，本人刚学这个ARDUINO 里面的语句 有点不明白，temtimer 开头只是定义了数剧类型而已，怎么就可以直接用来计算了呢？if(millis() - tepTimer > 500){ // 每500ms，串口输出一次温度值 seacolor 发表于 2014-10-18 20:36
你好，本人刚学这个ARDUINO 里面的语句 有点不明白，temtimer 开头只是定义了数剧类型而已，怎么就可以直 ...
初始值为0，是个数值，所以可以用来计算的 请教楼主一个问题，硬件电路我跟你连接方式相同，我想把采集到的数据通过串口发送给电脑，但接上LM35串口就不存在了，这是为什么呢？ cobra_one 发表于 2014-11-15 08:48
请教楼主一个问题，硬件电路我跟你连接方式相同，我想把采集到的数据通过串口发送给电脑，但接上LM35串口就 ...
LM35没有连接错误吧？单独测温度可是正常工作吗？或者方便的话，拍张照片看看 做完温度报警器，想再做个火焰报警器的，可以看看火焰报警器教程链接，不过教程写的是Edsion写的，用UNO原理是一样的。
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-3280-1-1.html 这个城市环境信息采集器做的挺好的。。 https://www.geek-workshop.com/thread-297-1-1.html Upload程序的时候报错了，错误信息是avrdude: stk500_recv()
百度了一下说是什么串口选错了，我的是Mac的电脑。
求指点~ 半水 发表于 2015-2-2 21:34
Upload程序的时候报错了，错误信息是avrdude: stk500_recv()
百度了一下说是什么串口选错了，我的是Mac的电 ...
串口选对了吗？你看下这个教程https://arduino.cc/en/Guide/MacOSX 半水 发表于 2015-2-3 20:31
完整的错误信息如下：
This report would have more information with
"Show verbose output during c ...
你下载个Blink的代码试试呢？串口应该是选对了呀 ，下面这个FTDI的驱动是不需要装的 本帖最后由 sfyugg@163.com 于 2015-3-14 19:14 编辑
为什么我串口监视出现了这种情况：
temperature: 347.17C
temperature: 347.17C
temperature: 346.68C
temperature: 346.19C
temperature: 344.73C
用手一摸，很烫很烫
sfyugg@163.com 发表于 2015-3-14 19:13
为什么我串口监视出现了这种情况：
temperature: 347.17C
temperature: 347.17C
原来是自己接反了，重新接回来，居然还好用，dfrobot的东西质量不错 sfyugg@163.com 发表于 2015-3-14 19:40
原来是自己接反了，重新接回来，居然还好用，dfrobot的东西质量不错
:victory: