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開發(fā)，使用了dht11,ds18b20,土壤濕度，mpu6050監(jiān)測養(yǎng)殖環(huán)境中的空氣溫濕度，土壤溫濕度和蚯蚓的抖動密度。外置的風(fēng)扇和水泵對上述環(huán)境變量進行控制。連接onenet后可以及時在后臺遠程觀測環(huán)境變量并加以控制。
開發(fā)環(huán)境
硬件:ART-Pi STM32H750
擴展板:DS18B20防水數(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)建多個線程來實現(xiàn)不同的工作。
信號量:用來同步線程。
互斥量:多個相關(guān)采集線程能同時獲得系統(tǒng)資源，不被其他線程搶占
消息隊列:用來實現(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框架來驅(qū)動MPU6050
ADC device:用來采集土壤濕度
PWM device:用來控制風(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；簡化底層驅(qū)動開發(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)計的一套MQTT客戶端程序。
Onenet:是RT-Thread針對OneNET平臺連接做的的適配，通過這個軟件包，可以讓設(shè)備在RT-Thread上非常方便的連接OneNet平臺，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、設(shè)備的注冊和控制等功能。
cJSON:C語言實現(xiàn)的極簡的解析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，注冊在sensor框架
Ds18b20:GPIO模擬單總線協(xié)議，讀取傳感器溫度，注冊在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)動包，可選I2C或SPI通信協(xié)議。通過Sensor框架，開發(fā)者可以快速的將此傳感器驅(qū)動起來。
硬件框架ART-Pi外掛多個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的一個終端設(shè)備來上傳數(shù)據(jù)接收和接收命令。
軟件框架說明多個采集線程實時讀取環(huán)境中的溫濕度，發(fā)送到stream消息隊列;Onenet上傳線程接收消息并上傳到相應(yīng)stream。當云端下發(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,及時同步云端控制設(shè)備的狀態(tài)。
軟件模塊說明共創(chuàng)建了2個信號量，1個消息隊列，1個互斥量，7個線程
信號量:
mqttinit_sem主要用于wifi的連接及onenet_mqtt_init的同步問題。
sensor_msg_sem_empty主要限制采集線程占用的消息資源個數(shù)
5個采集線程:
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，作為蚯蚓活動強度（間接反映蚯蚓密度和活性情況），并把讀取到的值發(fā)送到消息隊列
read_gyro1_entry:同上，兩點測量。
消息隊列:
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)快了也沒用，這里設(shè)置為1s.生產(chǎn)者過多，消費速率過慢，最終都會過剩。只分配5個消息給到采集線程。
另外，雖然我們開辟了8個消息，但是我們使用了sensor_msg_sem_empty信號量來限制采集線程只能使用5個，留下的3個用來快速同步控制流，及時刷新云端控制設(shè)備的狀態(tài)。
互斥量:
sensor_msg_mutex:由于DHT11同時讀取了溫度和濕度兩個環(huán)境變量，對應(yīng)云端兩個stream，需要發(fā)送兩次消息，為確保兩個stream的同步，先獲取互斥量，

rt溫度傳感器：NTC溫度傳感器溫度計算公式

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

溫度傳感器種類繁多，有NTC、PTC、熱電偶等等。其中最為常見，且性價比最高的當然是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應(yīng)關(guān)系。也就是負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）在溫度越高時電阻值越低。
NTC溫度傳感器根據(jù)電阻值得出溫度值的方法:
實際應(yīng)用中NTC溫度傳感器溫度計算方法主要有兩種方法：
第一種是通過查找表方法，一般的NTC傳感器的數(shù)據(jù)手冊上都會標出溫度與電阻值對應(yīng)的關(guān)系。
那么在沒有數(shù)據(jù)手冊的情況下，就可以用第二種方法，通過公式計算出NTC溫度傳感器溫度。
公式：Rt=R *EXP（B*（1/T-1/T0））
對上面的公式解釋如下：

T和T0指的是K度即開爾文溫度，K度=273.15(絕對溫度)+攝氏度

Rt、R分別為溫度T、T0時的電阻值

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

EXP是e的n次方

對于已知Rt求T1還需要做一些轉(zhuǎn)換，對于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計算時間有明顯減少）。

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

Thermalert4.0紅外測溫儀
產(chǎn)品說明
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量。這些高溫計符合工業(yè)4.0標準，所有的型號創(chuàng)新的結(jié)合了數(shù)字通訊方式和標準的兩線安裝方式。Thermalert4.0紅外傳感器具有各種類型的通信接口，具有內(nèi)置激光瞄準功能，提供了在一個緊湊、集成的機體中測溫以及數(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；實時顯示被測目標溫度的圖形。柱狀圖特性顯示了整個網(wǎng)絡(luò)或流程中不同位置的溫度分布。使用該軟件來記錄和存檔您的工藝流程溫度。上限報警和下限報警顯示清晰，易于識別超出范圍的異常情況。
附件
我們提供有各種各樣的選項和附件可以適配于您的Thermalert
4.0傳感器的安裝條件。
鏡頭保護器和空氣吹掃器可以在惡劣環(huán)境下為鏡頭提供保護和清潔。
水/氣冷式保護套可以耐受環(huán)境溫度高達175°C(315°F)。
對于極端惡劣的環(huán)境，建議使用熱保護套。
這堅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)合熱保護和機械保護與空氣凈化于一體。
當熱保護套處于安裝位置時，可以自由安裝或拆卸Thermalert 4.0傳感器，無需全部拆卸。
關(guān)鍵指標
符合工業(yè)4.0標準
集成激光瞄準功能
電氣隔離輸出
食品行業(yè)專用塑料鏡頭
模擬量輸入控制環(huán)境溫度補償或者發(fā)射率設(shè)定
USB連接，設(shè)置簡單
簡便的兩線制連接或者數(shù)字量通訊
向上兼容Raytek? 和 Ircon?
同級別測溫儀以及附件
技術(shù)規(guī)范
比較寬的測溫范圍-40 °C — 2250
°C
先進的信號處理功能
多種焦距可選
型號名稱 / 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)場應(yīng)用歡迎聯(lián)系我們。
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rt溫度傳感器：荷樹棟

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確性，還提供出色的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。標準pt100符合DIN-IEC B類.pt100也相對不受電噪聲的影響，因此非常適合工業(yè)環(huán)境中的溫度測量，特別是在電機，發(fā)電機和其他高壓設(shè)備周圍。

RTD PT100溫度探頭

溫度探頭是由元件，護套，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，以及可供選擇的無限數(shù)量的探頭或傳感器結(jié)構(gòu)。

RTD鉑電阻溫度檢測器(Pt-RTD)溫度控制布線安排

為了測量溫度，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)的傳感器是最常見的設(shè)計，可在工業(yè)過程和監(jiān)控應(yīng)用中找到。只要所有引線具有相同的電阻，就會將引線電阻考慮在內(nèi); 否則，可能會導(dǎo)致錯誤。

RTD鉑電阻溫度檢測器線材

在指定引線材料時，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，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為不那么有效。

終端

探頭可以在連接頭，快速斷開，接線盒或延長線中終止。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鉑電阻溫度檢測器標準

RTD有兩個標準：歐洲標準(也稱為DIN或IEC標準)和美國標準。歐洲標準，也稱為DIN或IEC標準，被認為是鉑RTD的全球標準。該標準DIN / IEC (或簡稱IEC751)要求RTD在0°C時的電阻為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，A類=±(0.15 + 0.002 * t)°C或100.00±0.06 O
B級=±(0.3 + 0.005 * t)°C或0℃時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)。這對于需要更換或更換傳感器并希望最小化互換性錯誤的用戶非常重要。