《新人》！！！用Arduino打造机械传动结构温度计，颠覆你...

lzy1999

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。


结构：
      首先是选择材料，我之前在亚克力和椴木板上徘徊，不知道用那种材料好，但是观察过一些家庭的装修之后，发现木饰面占据了大多数，我还是觉得使用椴木层板比较好。


     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：

1. //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。
   
2. 
   
3. #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
   
4. #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
   
5. 
   
6. //接着依据电路图，我们来定义元件的接口。
   
7. 
   
8. #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
   
9. 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
   
10. dht11 DHT11;  //实例化DHT11对象，便于后面读取温度使用
    
11. 
    
12. //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
    
13. 
    
14. int stepsPerRevolution = 128;  //步进电机每次转动步数
    
15. int temlast=0;    //temlast代表上一次读取到的温度数据
    
16. 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
    
17. 
    
18. //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。
    
19. 
    
20. void setup() {                                                      
    
21. Serial.begin(9600);           //设置串口波特率
    
22. pinMode(DHT11PIN,OUTPUT);   //定义温湿度传感器的端口为输出
    
23. myStepper.setSpeed(50);      //设置步进电机速度为50r/min
    
24. 
    
25. delay(1000);
    
26. chk = DHT11.read(DHT11PIN); //读取温湿度的值赋给chk                                          
    
27. tem=DHT11.temperature;    //从DHT11对象中将温度数据分离出来
    
28. 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
    
29. }
    
30. 
    
31. //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。
    
32. 
    
33. void loop() {                                                   
    
34. chk = DHT11.read(DHT11PIN);        //读取温湿度的值赋chk
    
35. tem=DHT11.temperature;         //从DHT11对象中将温度数据分离出来
    
36. 
    
37. delay(100);
    
38. Serial.print("Tempeature:");       //串口打印出Tempeature:
    
39. Serial.println(tem);              //打印温度结果
    
40. 
    
41. 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
    
42. {
    
43. myStepper.step(stepsPerRevolution); //步进电机正向转动
    
44. Serial.println("add");              //串口打印增加
    
45. temlast=tem;                    //更新上一次测量的温度值
    
46. }
    
47. 
    
48. 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         
    
49. {
    
50. myStepper.step(-stepsPerRevolution); //步进电机反向转动
    
51. Serial.println("less");            //串口打印减小
    
52. temlast = tem;                 //更新上一次测量的温度值
    
53. }
    
54. delay(500);                     //延时500ms
    
55. }

复制代码

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https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.23.62f014093Iku4Q&id=575286378462&ns=1&abbucket=2#detail



务必记住，如果有需要的朋友请发送我们的暗号“GEEK”给我，我会给你们优惠！

lzy1999

福州布衣 发表于 2018-12-7 13:45
做成了套材,联系还需暗号.   不计成本多此一举的设计,自己高兴就好.

生命在于折腾

Super169

不是说不好, 但用指针的方式, 还是有点草草了事的感觉, 要做就做彻底一点.
如果能够忠於原来的模式, 改为推动有色水柱, 可能会更好.

可以考虑中间放一条水管, 下方用针筒注入红色液体, 再用机械推动针筒 (比如用丝杆之类), 效果应该会更好.

wing

非常精彩的作品,赞+1

duocool

简单的事情弄复杂也是一种艺术

福州布衣

成本考虑不如买个液晶屏更高大尚.   液体温度计搞的那么复杂无语.

lzy1999

wing 发表于 2018-9-14 12:15
非常精彩的作品,赞+1

还在改进中，又添加了上电校准的功能

Hackerpro

不错的尝试，不过既然打破了常规，那还可以更大胆点

lzy1999

Super169 发表于 2018-9-14 17:14
不是说不好, 但用指针的方式, 还是有点草草了事的感觉, 要做就做彻底一点.
如果能够忠於原来的模式, 改为 ...

这个想法不错，不过我感觉使用水柱和传统的没有什么区别
所以还是使用这个点子

Super169

lzy1999 发表于 2018-9-22 13:35
这个想法不错，不过我感觉使用水柱和传统的没有什么区别
所以还是使用这个点子

读取或显示温度, 已经很平常, 有很多不同的方法.  
现在就加上了用步进转成长度去显示, 或者用牙条/丝杆之类可以更简单呢.
但如果表面看上去, 可以令人觉得是旧式的温度计, 或许可以带带给人一点惊喜吧.  
当然, 都是用差不多的原理, 也不会变得复杂了.  只是强化一点怀旧的感觉.
我的意见只是一种感觉吧, 都是很主观的, 是我多言了. 设计的东西, 自己喜欢就好了.

lzy1999

Super169 发表于 2018-9-22 16:46
读取或显示温度, 已经很平常, 有很多不同的方法.  
现在就加上了用步进转成长度去显示, 或者用牙条/丝杆 ...

哈哈哈哈哈哈，这个东西都是个人喜好不同，我在考虑升级成电池供电，准备做一块集成驱动和温度传感器的板子，加上电池冲放保护电路，简化一下arduino的其他功能，这样可以适合不同形式的显示温度方法。

hesg

是个爱动脑又爱动手的主，赞一个！

福州布衣

  做成了套材,联系还需暗号.   不计成本多此一举的设计,自己高兴就好.

wangyingju

支持原创，它的意义在于学习，制作一个这东西，需要掌握很多的知识。
楼主闲的话可以考虑制作个东东，造福广大电动车友。
就是可以记录5－6路电压的东东。具体说就是将5块电瓶（60V）或6块电瓶（72V）每一块的实时电压记录下来，然后导入电脑，这样每一块电池的健康状况就一目了然了，哪块出问题，就换哪块。

迷你强

这太狠了。。。。