【转载】用Arduino打造机械传动结构温度计

作者：2877137721

转载自：http://mc.dfrobot.com.cn/thread-269256-1-1.html

无意中观察到家里面使用的温度计，是那种最传统的，使用红色酒精来测量温度的温度计  
      这种外观的温度计是我传统意义上对温度计的理解。而现在的厂商设计的温度计未免太没新意，用一块LED显示屏就草草了事，方方正正外观也是十分古板，与家庭氛围不和。我于是想到用传统的温度计外观，结合一些机械结构来显示温度，用同步带齿轮来传达温度的变化，成为家中的一个亮点。
             

 

   更加吻合现代的风格，并且木板更易于加工，给后面的工序也带来了便利。

   对于温度的显示，我想用类似3D打印机的原理，使用步进电机驱动同步带，同步带带动指针在表盘上移动，这样做保证了指针的稳定和指示温度的精确。也曾想过使用丝杆加滑台来驱动，但是由于丝杆滑台价格高昂，最终放弃。

 

   接着就是对于电机以及驱动部件的选择，市面上常见的步进电机就是42步进电机，其常常被使用在各种机器人或者3D打印机上，稳定性非常有保障，但是缺点是体积过于庞大，不适合温度计使用，最后经过一番挑选，选用了28BYJ48这款减速步进电机。

 

   这款步进电机体积小巧，工作电流小，使用ULN2003芯片即可驱动，价格也比42步进电机便宜，并且含有减速装置，在扭矩方面也有了保障。输出轴也是5MM的D形轴，可以兼容市面上常见的同步轮。在传动系统的选择上，使用3D打印机常用的标准件即可，我使用了16齿的GT2同步轮作为驱动轮，驱动同步带转动，从动轮方面就比较简单了，用两颗轴承即可，这样做既简单也便宜，没必要花钱去购买惰轮。同步带的松紧决定了指针的指示是否精确，于是我增加了一个张紧弹簧来保证同步带时刻都是张紧状态。

 

   指针的做法就比较多变了，我使用了一个回形针来指示温度，回形针可以牢固的夹在同步带上，不易晃动。

 

电路：

   单片机选择方面，我选择的是ArduinoUno

 

   因为ArduinUno支持很多开源库以及传感器，所以编写程序起来也是十分简单，易于操作，相比较其他单片机需要了解各种复杂的寄存器起来，ArduinoUno只需要简单的语句即可实现很多功能。单片机性能方面，ArduinoUno所搭载的Atmega328单片机的资源也足够使用，并且有RISC精简指令集的加持，ArduinoUno足够胜任本项目。

   选择好单片机之后，其他元件的选择就简单了许多，温度测量方面使用了DHT11温湿度传感器，它可以测量环境的温湿度，单总线传输数据的方式更加节省端口资源，得益于Arduino的开源环境，使用它也是十分容易，只需要一个函数即可获取温湿度信息，是制作温度计的不二之选。

   步进电机的驱动模块使用ULN2003大功率达林顿晶体管阵列模块，此模块很易于找到并且价格低廉，搭配我选择的步进电机是不二之选。板载4路led指示灯可以清楚的观察到各相的工作状态。

 

   这里再次感谢Arduino的开源环境，各路大神早已为我们写好了此驱动模块的函数库，我们只需要调用即可。这里是设计好的电路图：

   完成的结构设计以及元件之后，接下来就是设计木板的图纸了，经过一小会忙活，设计好图纸，发送给厂家切割，几天后，收到了切好的木板：

    接下来就是安装了，将各个元件悉数安装到对应位置，并将线路接好：

   因为温度传感器以及步进电机驱动都是使用的数字信号，所以我只使用了ArduinoUno的数字端口。线路与元件都安装好之后，接下俩就是对ArduinoUno编程了。

 

程序：

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//首先我们需要引入头文件，没有这些头文件，在编程中一些函数就无法调用。   #include <dht11.h>   //引用dht11温湿度传感器库文件，使得下面可以调用相关参数 #include <Stepper.h>  ///引用步进电机驱动库文件，使得下面可以调用相关参数   //接着依据电路图，我们来定义元件的接口。   #define DHT11PIN 6     //dht11温湿度传感器的数据输出接在ArduinoUno的6号数字引脚 Stepper myStepper(stepsPerRevolution,2,3,4,5); //步进电机驱动的输入信号接在ArduinoUno的2，3，4，5号数字引脚 dht11 DHT11;  //实例化DHT11对象，便于后面读取温度使用   //接下来定义一些变量，来存储温度数据或者步进电机的位置信息   int stepsPerRevolution = 128;  //步进电机每次转动步数 int temlast=0;    //temlast代表上一次读取到的温度数据 int chk,tem;     //chk代表读取到的温湿度数据，tem代表读取到的温度数据   //接下来就是初始化程序，里面包含了初始化温度传感器以及各个变量的代码。   void setup() {                                                       Serial.begin(9600);           //设置串口波特率 pinMode(DHT11PIN,OUTPUT);   //定义温湿度传感器的端口为输出 myStepper.setSpeed(50);      //设置步进电机速度为50r/min   delay(1000); chk = DHT11.read(DHT11PIN); //读取温湿度的值赋给chk                                           tem=DHT11.temperature;    //从DHT11对象中将温度数据分离出来 temlast=tem;          //将温度值赋给存储上一次测量温度值的变量，以便接下来的比较 }   //接下来就是主要循环程序，对于控制步进电机转动的方法，我使用了比较的方法，将上一次测量的温度存储起来，与当前测量的温度值比较，根据比较大小来控制步进电机转动方向，具体实现代码如下。   void loop() {                                                    chk = DHT11.read(DHT11PIN);        //读取温湿度的值赋chk tem=DHT11.temperature;         //从DHT11对象中将温度数据分离出来   delay(100); Serial.print("Tempeature:");       //串口打印出Tempeature: Serial.println(tem);              //打印温度结果   if(tem-temlast>=1)          //如果当前测量温度的结果大于等于上一次测量的温度值1度 { myStepper.step(stepsPerRevolution); //步进电机正向转动 Serial.println("add");              //串口打印增加 temlast=tem;                    //更新上一次测量的温度值 }   else if(tem-temlast<=-1)      //如果当前测量温度的结果小于等于上一次测量的温度值1度          { myStepper.step(-stepsPerRevolution); //步进电机反向转动 Serial.println("less");            //串口打印减小 temlast = tem;                 //更新上一次测量的温度值 } delay(500);                     //延时500ms }

   连接电脑，烧写代码到ArduinoUno中，打开串口监视器，根据屏幕上显示的温度数值。

   来调整回形针指针的位置以及张紧弹簧的位置。调整好之后，一件富有科技与艺术的温度计就做成了，有问题的朋友请在下面留言，这款温度计我已经做成了套材，想了解的请访问链接温度计链接：