实验室和科学项目的温度测量
简介
每个实验室（家庭、办公室、学校）都需要温度测量功能。测量科学实验的温度很困难——可能涉及各种材料、液体和化学品，或者可能需要覆盖很大的温度范围。用于此的传感器（热电偶）不容易连接，并且传感器放大器非常重要，因为它必须能够测量极小的电压。
为了使其可用于科学实验的灵活性，需要高精度以及快速响应和良好的更新率。不用说，数据应该以方便的形式记录，并且应该易于使用。
为方便起见，有现成的温度测量和记录产品，有时由于软按钮过载和有限的显示，它们不容易使用。此外，对于大型实验室或教室的使用信息应该被人们轻松地记录和检索——也许可以在大屏幕上查看当前状态。不用说，有些实验可能需要很长时间，因此在午餐期间使用手机检查实验的能力也很有用。最后一个要求是，即使对于电子和软件新手来说，这也应该很容易构建。
该项目展示了如何将热电偶板连接到 Raspberry Pi (RPI)，并将其用于温度测量和记录，并具有出色的性能和超低成本。这个项目很简单——除非你愿意，否则不需要焊接。如果您还没有在 RPI 上使用“DIL（双列直插）标头”连接器，这也是一个很好的项目。
设计概述
许多基于热电偶的业余爱好者项目使用 MAX31855 集成电路，现成的“热电偶放大器”板可用于连接来自多家供应商的 RPI。然而，该项目使用德州仪器 (TI) 的分辨率高得多的 ADS1118。它采用表面贴装封装，但幸运的是，可以使用现成的 ADS1118 开发板，其中包含包括 LCD 显示器和热电偶在内的所有电路——它非常物有所值。如果您不喜欢焊接，那么可以使用八根跳线（公对-需要母电缆）。或者，如果您不介意进行焊接练习，则可以构建一个小型适配器板。这是这里采取的方法。总之，您可以在下面的照片中看到用于该项目的所有位，包括组装的适配器板。
整个项目可以通过网络浏览器或命令行进行控制。
搭建转接板，最简单的方法就是使用电路板；我使用 EAGLE 软件绘制了一个设计，并将文件附在这篇文章中，准备发送给 PCB 制造商（十块板的成本约为 30 美元）。
或者，可以使用原型板；我获得了一些穿孔板（带有隔离垫的类型，而不是条形板）并将其切割成合适的尺寸。钻了一个 3 毫米的孔来连接支柱（螺纹六角垫片）。电路板彼此相邻，而不是彼此叠置，以尽量减少温度变化和噪声问题，这两者都会影响热电偶读数。
我希望能够将 ADS1118 板插入穿孔板的焊盘侧，因此这里有点复杂。解决方案是使用弯曲的 SIL 接头。需要 10 路 SIL 接头（照片显示的是我手头的 8 路接头）——或者使用表面贴装接头，这些接头相似但弯曲端在两侧交替。如果您使用的是电路板而不是穿孔板，则需要直的 SIL 接头。
为了让它们对齐，将它们插入 ADS1118 板，并将其放置在穿孔板上，然后用焊料钉几个引脚。然后可以非常轻轻地拔下 ADS 板，然后可以正确焊接 SIL 接头。请注意，在此阶段，很难在不将焊盘从板上撕下的情况下拔下插头。拔下 ADS1118 板时，将 SIL 接头的弯曲部分靠在板上。
接下来，为了使 SIL 接头非常牢固，将每个引脚焊接到尽可能多的焊盘上（每个引脚可以焊接到三个焊盘上）。
要识别连接，请参阅下面的引脚编号照片和下表：
+ 展开 sourceview 平原- * 连接：
- * TI 板 RPI B+
- *———— —————
- * P1_1 VCC 1 3.3V
- * P1_7 CLK 23 CLK
- * P1_8 ADS_CS 26 SPI_CE1
- * P2_8 LCD_CS 24 SPI_CE0
- * P2_9 LCD_RS 11 GPIO_17_GEN0
- * P2_1 GND 9 GND
- * P2_6 SIMO 19 MOSI
- * P2_7 SOMI 21 味噌
在测试软件和电路板功能后，可以使用一些环氧树脂胶（例如 Araldite）使 SIL 接头更加安全。使用了最少的量，以便将来如果需要，仍然可以将其焊接到引脚上。
使用前面提到的 PCB 方法，当 PCB 到货时，可以焊接排针和插座，这是一项简单的任务（需要五分钟），因此 PCB 是首选方法，尤其是如果您需要制作很多（我打算做几个）。我使用了 DIL 接头引脚而不是 SIL，但两者都适用于本文所附的 PCB 布局。
软件
此处的图表显示了整个解决方案概述。大部分代码位于三个文件中。首先讨论与 ADS1118 板接口的代码，因为如果需要，可以独立运行此代码。图中紫色表示。
要创建软件，要做的第一件事就是创建徽标：
+ 展开 sourceview 平原- /********************************************* ****************************************************** ***
- * therm.c
- * RPI <-> 430BOOST-ADS1118 热电偶/LCD 板
- *
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- * _/ __ \| | _/ __ \ / \_/ __ \ / \ __\ | |/ | |_
- * \ ___/| |_\ ___/| Y Y \ ___/| | \ | | / ^ /
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- *
下一步是利用 TI 通常提供的大量代码。在这种情况下，TI 已经拥有可重复使用的用于 MSP430 Launchpad 的高质量 ADS1118 代码。使用来自 Gert van Loo 和 Dom 的一些输入/输出 (I/O) 代码，对它进行了轻微调整，以便在 RPI 上可用。
温度测量似乎是一项简单的任务（读取 ADC 值并转换为温度），但热电偶需要“冷端补偿”，这在 ADS1118 的情况下也意味着读取内部温度传感器。该代码交错读取内部传感器和外部热电偶。另一个关键点是热电偶输出与温度相比不是线性的；热电偶制造商发布的数据可用于获得从 ADC 值到实际温度的更准确转换。 TI 代码已经为所提供的热电偶提供了这些功能。
该代码经过调整以添加日志记录功能。由于电路板由来自 RPI 的嘈杂的 3.3V 电源供电，并且它非常靠近 RPI，因此需要采取一些步骤来确保清除测量结果。实现的算法每秒读取一次内部温度传感器，并在短时间内（总共几百毫秒）读取外部热电偶十次，以便对测量结果求平均值并最终输出到 0.1 摄氏度的分辨率。最终结果非常好；在此处查看一些示例输出。
LCD 有两行 16 个字符，因此决定使用底行显示时间和当前热电偶温度。顶线取决于用户；它可以设置为一些东西，以便人们立即知道实验是关于什么的。例如，它可以说“测试 #1”或“请勿触摸”。
使用代码很容易。
首先，确认在 RPI 上启用了某些功能。如果 RPI 是全新使用的，则在操作系统安装后，确保“高级 ’ 菜单选项被选中，然后启用三项：SSH , SPI 和 I2C – 我们不会在这个项目中使用所有这些，但它们是基于标准的接口，应该始终启用，除非您不想从监视器上拔下 RPI 或不使用 RPI 上的 40 路 DIL 连接器。如果在 OS 安装后没有这样做，则输入 raspi-config 在 RPI 上的文本窗口（也称为命令外壳）中，然后选择“高级 ’在出现的菜单中。
假设启用了上述三个功能，然后在主目录下为您的工作创建一个文件夹（例如，创建一个名为 development 的文件夹） 然后是一个名为 therm 的子文件夹 ) 并将源代码（附在这篇文章中）复制到该子文件夹中。
编译代码类型：
+ 展开 sourceview 平原- gcc -o therm therm.c -lrt
代码现在可以运行了。有几种方法可以使用这个项目。一种方法是只在命令外壳中键入命令。另一种方法是使用网络浏览器。下面分别讨论这两种方法。
命令界面
可以使用“sudo”运行代码 ’或作为超级用户（root）用户。
对于后者，要成为 root 用户，首先输入 sudo passwd root 一次，并创建一个超级用户（即 root 用户）密码。现在，只要您想成为超级用户，只需输入‘su '并输入该密码。要随时退出超级用户权限，请键入“exit '.有些人更喜欢sudo，有些人觉得这是一个不必要的手铐。
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