rt溫度傳感器：DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的使用和基于RT-thread操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

作者:劉濤
概述:小型蚯蚓養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)主要探索在家庭等局限場(chǎng)地下，蚯蚓的正常養(yǎng)殖，從而得到蚯蚓糞和蚯蚓液。系統(tǒng)基于ART-PI & RT_Studio開(kāi)發(fā)，使用了dht11,ds18b20,土壤濕度，mpu6050監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖環(huán)境中的空氣溫濕度，土壤溫濕度和蚯蚓的抖動(dòng)密度。外置的風(fēng)扇和水泵對(duì)上述環(huán)境變量進(jìn)行控制。連接onenet后可以及時(shí)在后臺(tái)遠(yuǎn)程觀測(cè)環(huán)境變量并加以控制。
開(kāi)發(fā)環(huán)境
硬件:ART-Pi STM32H750
擴(kuò)展板:DS18B20防水?dāng)?shù)字溫度傳感器，DHT11溫濕度傳感器，2pcs MPU6050傳感器，土壤濕度傳感器
RT-Thread版本:RT-Thread V 4.0.3
開(kāi)發(fā)工具及版本:RT-studio2.0.0
RT-Thread使用情況概述調(diào)度器:創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的工作。
信號(hào)量:用來(lái)同步線程。
互斥量:多個(gè)相關(guān)采集線程能同時(shí)獲得系統(tǒng)資源，不被其他線程搶占
消息隊(duì)列:用來(lái)實(shí)現(xiàn)采集線程，控制線程和oneNet upload線程的同步。
消息郵箱:onenet_mqtt接受控制命令后和控制線程的同步
組件部分:I2c框架，Sensor框架
I2C框架:使用I2C框架來(lái)驅(qū)動(dòng)MPU6050
ADC device:用來(lái)采集土壤濕度
PWM device:用來(lái)控制風(fēng)扇，水泵。
Sensor框架:MPU6050,DHT11,DS18b20均為基于sensor框架的包，為上層提供統(tǒng)一的操作接口，提高上層代碼的可重用性；簡(jiǎn)化底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的難度。
軟件包部分:
Webclient:提供設(shè)備與HTTP Server的通訊的基本功能。
pahomqtt,:本軟件包是在Eclipse paho-mqtt源碼包的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一套MQTT客戶端程序。
Onenet:是RT-Thread針對(duì)OneNET平臺(tái)連接做的的適配，通過(guò)這個(gè)軟件包，可以讓設(shè)備在RT-Thread上非常方便的連接OneNet平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、設(shè)備的注冊(cè)和控制等功能。
cJSON:C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的極簡(jiǎn)的解析JSON格式的軟件包。
DHT11:GPIO模擬單總線協(xié)議，讀取傳感器溫濕度，注冊(cè)在sensor框架
Ds18b20:GPIO模擬單總線協(xié)議，讀取傳感器溫度，注冊(cè)在sensor框架
MPU6050:本軟件包是為InvenSense公司的六軸系列傳感器提供的通用傳感器驅(qū)動(dòng)包，可選I2C或SPI通信協(xié)議。通過(guò)Sensor框架，開(kāi)發(fā)者可以快速的將此傳感器驅(qū)動(dòng)起來(lái)。
硬件框架ART-Pi外掛多個(gè)傳感器作為采集輸入設(shè)備， 水泵和風(fēng)扇作為控制設(shè)備。ART-Pi本身作為Onenet的一個(gè)終端設(shè)備來(lái)上傳數(shù)據(jù)接收和接收命令。
軟件框架說(shuō)明多個(gè)采集線程實(shí)時(shí)讀取環(huán)境中的溫濕度，發(fā)送到stream消息隊(duì)列;Onenet上傳線程接收消息并上傳到相應(yīng)stream。當(dāng)云端下發(fā)命令，觸發(fā)Onenet_cmd_rsp_cb,在里面發(fā)送接收的控制命令到命令緩存郵箱，控制線程查詢郵箱，發(fā)現(xiàn)郵件后使用rt_mq_urgent發(fā)送緊急控制stream,及時(shí)同步云端控制設(shè)備的狀態(tài)。
軟件模塊說(shuō)明共創(chuàng)建了2個(gè)信號(hào)量，1個(gè)消息隊(duì)列，1個(gè)互斥量，7個(gè)線程
信號(hào)量:
mqttinit_sem主要用于wifi的連接及onenet_mqtt_init的同步問(wèn)題。
sensor_msg_sem_empty主要限制采集線程占用的消息資源個(gè)數(shù)
5個(gè)采集線程:
adc1_5_entry:周期性讀取土壤濕度傳感器的值，并把讀取到的值發(fā)送到消息隊(duì)列sensor_msg_mq
read_dhtll_entry:周期性讀取DHT11溫濕度傳感器的值，并把讀取到的值發(fā)送到消息隊(duì)列sensor_msg_mq
read_ds18b20_entry:周期性讀取ds1b20土壤溫度傳感器的值，并把讀取到的值發(fā)送到消息隊(duì)列sensor_msg_mq
read_gyro0_entry:周期性讀取MPU6050_0六軸傳感器的Y軸角速度，作為蚯蚓活動(dòng)強(qiáng)度（間接反映蚯蚓密度和活性情況），并把讀取到的值發(fā)送到消息隊(duì)列
read_gyro1_entry:同上，兩點(diǎn)測(cè)量。
消息隊(duì)列:
sensor_msg_mq:為了同步采集線程，控制線程和云端的同步。由于Onenet數(shù)據(jù)刷新有要求，更新數(shù)據(jù)快了也沒(méi)用，這里設(shè)置為1s.生產(chǎn)者過(guò)多，消費(fèi)速率過(guò)慢，最終都會(huì)過(guò)剩。只分配5個(gè)消息給到采集線程。
另外，雖然我們開(kāi)辟了8個(gè)消息，但是我們使用了sensor_msg_sem_empty信號(hào)量來(lái)限制采集線程只能使用5個(gè)，留下的3個(gè)用來(lái)快速同步控制流，及時(shí)刷新云端控制設(shè)備的狀態(tài)。
互斥量:
sensor_msg_mutex:由于DHT11同時(shí)讀取了溫度和濕度兩個(gè)環(huán)境變量，對(duì)應(yīng)云端兩個(gè)stream，需要發(fā)送兩次消息，為確保兩個(gè)stream的同步，先獲取互斥量，

rt溫度傳感器：NTC溫度傳感器溫度計(jì)算公式

溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)和實(shí)際應(yīng)用之間的橋梁，而溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測(cè)量的參數(shù)，許多工藝都需要依靠溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

溫度傳感器種類(lèi)繁多，有NTC、PTC、熱電偶等等。其中最為常見(jiàn)，且性價(jià)比最高的當(dāng)然是NTC。
NTC（Negative Temperature Coefficient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料，由此不難理解NTC的電阻值與溫度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低。
NTC溫度傳感器根據(jù)電阻值得出溫度值的方法:
實(shí)際應(yīng)用中NTC溫度傳感器溫度計(jì)算方法主要有兩種方法：
第一種是通過(guò)查找表方法，一般的NTC傳感器的數(shù)據(jù)手冊(cè)上都會(huì)標(biāo)出溫度與電阻值對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
那么在沒(méi)有數(shù)據(jù)手冊(cè)的情況下，就可以用第二種方法，通過(guò)公式計(jì)算出NTC溫度傳感器溫度。
公式：Rt=R *EXP（B*（1/T-1/T0））
對(duì)上面的公式解釋如下：

T和T0指的是K度即開(kāi)爾文溫度，K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度

Rt、R分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值

B為材料常數(shù)。該參數(shù)一般在產(chǎn)品規(guī)格表中都會(huì)給出。

EXP是e的n次方

對(duì)于已知Rt求T1還需要做一些轉(zhuǎn)換，對(duì)于math.h中提供exp（a）函數(shù)，用于求e的 a次方。所以涉及公式轉(zhuǎn)換需要公式lnx。

T=NTC_B*log10(e)*NTC_T0 / ( NTC_T0*log10(fRegister) + NTC_B*log10(e)LOGE - NTC_T0*log10(NTC_R0) ) - 273;（這里使用換低公式換成log10，相比log計(jì)算時(shí)間有明顯減少）。

rt溫度傳感器：Thermalert4.0系列集成式紅外溫度傳感器、紅外測(cè)溫儀

Thermalert4.0紅外測(cè)溫儀
產(chǎn)品說(shuō)明
Thermalert4.0系列集成式紅外溫度傳感器，為各種工藝控制應(yīng)用提供精確的溫度測(cè)量。這些高溫計(jì)符合工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)，所有的型號(hào)創(chuàng)新的結(jié)合了數(shù)字通訊方式和標(biāo)準(zhǔn)的兩線安裝方式。Thermalert4.0紅外傳感器具有各種類(lèi)型的通信接口，具有內(nèi)置激光瞄準(zhǔn)功能，提供了在一個(gè)緊湊、集成的機(jī)體中測(cè)溫以及數(shù)字處理所需的功能，易于安裝和操作。
DataTemp? Multidrop軟件
DataTemp? Multidrop
軟件可以幫您按照需要配置您的傳感器；實(shí)時(shí)顯示被測(cè)目標(biāo)溫度的圖形。柱狀圖特性顯示了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或流程中不同位置的溫度分布。使用該軟件來(lái)記錄和存檔您的工藝流程溫度。上限報(bào)警和下限報(bào)警顯示清晰，易于識(shí)別超出范圍的異常情況。
附件
我們提供有各種各樣的選項(xiàng)和附件可以適配于您的Thermalert
4.0傳感器的安裝條件。
鏡頭保護(hù)器和空氣吹掃器可以在惡劣環(huán)境下為鏡頭提供保護(hù)和清潔。
水/氣冷式保護(hù)套可以耐受環(huán)境溫度高達(dá)175°C(315°F)。
對(duì)于極端惡劣的環(huán)境，建議使用熱保護(hù)套。
這堅(jiān)固的鑄鋁外殼保證傳感器可以耐受高環(huán)境溫度為315°C
(600°F)。
它完全封閉傳感器，結(jié)合熱保護(hù)和機(jī)械保護(hù)與空氣凈化于一體。
當(dāng)熱保護(hù)套處于安裝位置時(shí)，可以自由安裝或拆卸Thermalert 4.0傳感器，無(wú)需全部拆卸。
關(guān)鍵指標(biāo)
符合工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)
集成激光瞄準(zhǔn)功能
電氣隔離輸出
食品行業(yè)專(zhuān)用塑料鏡頭
模擬量輸入控制環(huán)境溫度補(bǔ)償或者發(fā)射率設(shè)定
USB連接，設(shè)置簡(jiǎn)單
簡(jiǎn)便的兩線制連接或者數(shù)字量通訊
向上兼容Raytek? 和 Ircon?
同級(jí)別測(cè)溫儀以及附件
技術(shù)規(guī)范
比較寬的測(cè)溫范圍-40 °C — 2250
°C
先進(jìn)的信號(hào)處理功能
多種焦距可選
型號(hào)名稱 / 光譜靈敏度
溫度范圍
光學(xué)分辨率
應(yīng)用案例
LT
8-14微米
-40～1000 oC
70:1
低溫檢測(cè)應(yīng)用，例如薄膜，瀝青，地毯印染，紙張涂覆，熱擠出以及食品
G5
5微米
250～2250 oC
70:1
玻璃熱彎、回火、退火和密封的玻璃表面溫度
G7
7.9微米
300～900 oC
70:1
超薄玻璃
P3
3.43微米
25～450 oC
20:1
薄膜材料的擠出和轉(zhuǎn)化:聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯
P7
10°C～360°C
33:1
薄膜的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換聚酯(PET)、氟塑料、特富龍?、丙烯酸、尼龍(錦綸)
MT
3.9微米
200°C～2250°C
70:1
爐內(nèi)耐火材料，火焰加熱硬化和釬焊
HT
2.2微米
500°C～2000°C
60:1
擠出和轉(zhuǎn)化薄膜:聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯
更多產(chǎn)品信息及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用歡迎聯(lián)系我們。
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rt溫度傳感器：荷樹(shù)棟

使用pt100的好處

pt100是最精確的溫度傳感器之一。它不僅提供良好的準(zhǔn)確性，還提供出色的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)pt100符合DIN-IEC B類(lèi).pt100也相對(duì)不受電噪聲的影響，因此非常適合工業(yè)環(huán)境中的溫度測(cè)量，特別是在電機(jī)，發(fā)電機(jī)和其他高壓設(shè)備周?chē)?/p>

RTD PT100溫度探頭

溫度探頭是由元件，護(hù)套，引線和終端或連接組成的組件。選擇傳感器后，需要確定接線和封裝要求。有多種方法可以連接傳感器，以及可供選擇的無(wú)限數(shù)量的探頭或傳感器結(jié)構(gòu)。

RTD鉑電阻溫度檢測(cè)器(Pt-RTD)溫度控制布線安排

為了測(cè)量溫度，RTD元件必須連接到某種監(jiān)控或控制設(shè)備。由于溫度測(cè)量基于元件電阻，因此添加到電路中的任何其他電阻(引線電阻，連接等)都將導(dǎo)致測(cè)量誤差。除2線配置外，所有其他布線布置允許監(jiān)控或控制設(shè)備分解出不需要的引線電阻和電路中發(fā)生的其他電阻。采用3線結(jié)構(gòu)的傳感器是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)，可在工業(yè)過(guò)程和監(jiān)控應(yīng)用中找到。只要所有引線具有相同的電阻，就會(huì)將引線電阻考慮在內(nèi); 否則，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。

RTD鉑電阻溫度檢測(cè)器線材

在指定引線材料時(shí)，應(yīng)注意選擇適合傳感器在使用中暴露的溫度和環(huán)境的引線。在選擇引線時(shí)，溫度是迄今為止首要考慮因素，然而，諸如耐磨性和水浸特性等物理特性也很重要。

三種最受歡迎的結(jié)構(gòu)是：
- PVC Insulatated探頭提供-40至105°C的溫度范圍，具有抗磨損性，適用于浸水。
- PFA Insulatated pt100探針的溫度范圍為-267至260°C，具有出色的耐磨性。它們也非常適合水下應(yīng)用。
- 盡管玻璃纖維絕緣pt100探頭提供-73至482°C的更高溫度范圍，但其在磨損或水浸下的性能被認(rèn)為不那么有效。

終端

探頭可以在連接頭，快速斷開(kāi)，接線盒或延長(zhǎng)線中終止。其他終止方式可根據(jù)特殊要求提供。
組態(tài)

一旦選擇了pt100元件，導(dǎo)線布置和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，就需要考慮傳感器的物理結(jié)構(gòu)。最終的傳感器配置取決于應(yīng)用。測(cè)量液體，表面或氣流的溫度需要不同的傳感器配置。

RTD鉑電阻溫度檢測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)

RTD有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：歐洲標(biāo)準(zhǔn)(也稱為DIN或IEC標(biāo)準(zhǔn))和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)，也稱為DIN或IEC標(biāo)準(zhǔn)，被認(rèn)為是鉑RTD的全球標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)DIN / IEC (或簡(jiǎn)稱IEC751)要求RTD在0°C時(shí)的電阻為100.00 O，電阻溫度系數(shù)(TCR)在0到100°之間為0. O / O /°C C。

DIN / IEC751中規(guī)定了兩種電阻容差：
在0oC時(shí)，A類(lèi)=±(0.15 + 0.002 * t)°C或100.00±0.06 O
B級(jí)=±(0.3 + 0.005 * t)°C或0℃時(shí)100.00±0.12 O

工業(yè)中使用的兩種電阻公差為：
1/3 DIN=±1/3 *(0.3 + 0.005 * t)°C或100.00± 0.10 O在0oC1
/ 10 DIN=±1/10 *(0.3 + 0.005 * t)°C或100.00±0.03 O在0oC

電阻容差和溫度系數(shù)的組合定義了RTD傳感器的電阻與溫度特性。元件公差越大，傳感器偏離廣義曲線越多，傳感器與傳感器之間的差異就越大(互換性)。這對(duì)于需要更換或更換傳感器并希望最小化互換性錯(cuò)誤的用戶非常重要。