Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」 DF创客社区

【本篇课程内容于 2024年10月25日更新】

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

Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」图1

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
       } 
}
复制代码

成功下载完程序后，打开Arduino IDE的串口监视器。

Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」图3

设置串口监视器的波特率为9600。

Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」图4

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。

Arduino教程07 温度报警器「DFR0100 」图5

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 ;
复制代码

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);
复制代码

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);
复制代码

这里用到了一个新函数:

analogRead(pin);
复制代码

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;
复制代码

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 {   
        ...... 
    }
复制代码

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);
复制代码

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);
复制代码

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？

下载附件

示例代码.rar
下一篇教程：Arduino教程 08 震动探测

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龍龖龘 学徒

发表于 2014-9-1 19:49:39

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

#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
       } 
}
复制代码

求解

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