Arduino - 温度传感器

Arduino - 温度测量

温度测量是无数应用中的一项基本任务，从气象站到安全系统。本教程将指导您如何使用两种不同类型的温度传感器与您的Arduino：经典的模拟传感器 (LM35) 和现代数字传感器 (DS18B20)。

方法1：LM35模拟传感器 (经典方法)

LM35 是一款精密集成电路温度传感器，其输出电压与摄氏（Centigrade）温度呈线性比例关系。它使用简单，但作为模拟传感器，其精度可能受到噪声和电压波动的影响。

主要参数

• 输出: 线性，每摄氏度+10mV的比例系数。
• 精度: 室温下通常为±0.5°C。
• 范围: −55°C至150°C。

所需组件

• 1 × Arduino Uno R3
• 1 × 面包板 (Breadboard)
• 1 × LM35传感器
• 杜邦线 (Jumper wires)

LM35接线

LM35有三个引脚。当传感器平面朝向您时，引脚从左到右依次是：

• 引脚1 (Vs) → Arduino 5V
• 引脚2 (Vout) → Arduino模拟引脚A0
• 引脚3 (GND) → Arduino GND

LM35 Arduino草图

/**
 * @file lm35_analog_temp_sensor.ino
 * @brief 从LM35模拟传感器读取温度并将其打印到串行监视器。
 */

// --- 常量 ---
const int TEMP_SENSOR_PIN = A0; // 连接到LM35 Vout的模拟引脚

void setup() {
  // 初始化串行通信，用于输出结果
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("LM35 Temperature Sensor Example");
}

void loop() {
  // 从传感器读取原始模拟值 (0-1023)
  int sensorValue = analogRead(TEMP_SENSOR_PIN);

  // 将模拟读数转换为电压（单位毫伏）
  // Arduino的ADC有1024个步进（0-1023），参考电压为5V（5000mV）。
  // 电压 (mV) = (传感器读数 / 1024.0) * 5000.0
  float voltage = sensorValue * (5000.0 / 1024.0);

  // 将电压转换为摄氏温度
  // LM35的比例系数是每摄氏度10mV。
  // 温度 (°C) = 电压 (mV) / 10
  float temperatureC = voltage / 10.0;

  // 将温度打印到串行监视器
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" °C");

  // 在下一次读取前等待一秒
  delay(1000);
}

理解“魔法数字”

旧的教程经常使用一个像 0.48828125 这样的“魔法数字”。我们的代码通过显式展示计算过程来避免这种情况，这是一种更好的做法。转换依赖于两个步骤：

1. 模拟值到电压: 我们将 analogRead() 的0-1023读数转换为电压，已知Arduino的参考电压是5V (5000mV)。
2. 电压到温度: 我们使用LM35的数据手册规范（10mV/°C）将电压转换为温度读数。

方法2：DS18B20数字传感器 (现代方法)

DS18B20 是一款数字温度传感器，比LM35更准确，并且对噪声的抵抗力更强。它使用1-Wire协议进行通信，允许您将多个传感器连接到单个数字引脚。

为何使用DS18B20？

• 数字信号: 在长距离导线上受电噪声影响较小。
• 高精度: ±0.5°C的精度。
• 唯一地址: 每个传感器都有一个唯一的64位地址，允许在同一数据总线上连接多个传感器。
• 无需外部校准: 出厂时已校准。

额外组件

• 1 × DS18B20温度传感器
• 1 × 4.7kΩ电阻 (上拉电阻 pull-up resistor)

DS18B20接线

DS18B20也有三个引脚。请务必查阅您的传感器数据手册，但常见的引脚排列是（从左到右，平面朝向您）：

• 引脚1 (GND) → Arduino GND
• 引脚2 (DQ) → Arduino数字引脚2
• 引脚3 (VDD) → Arduino 5V

关键步骤: 就像DHT传感器一样，1-Wire协议需要一个上拉电阻 (pull-up resistor)。将 4.7kΩ电阻 连接在 DQ (数据) 和 VDD (电源) 线之间。

所需库和草图

您需要两个库：OneWire 和 DallasTemperature。从Arduino库管理器中安装它们。

/**
 * @file ds18b20_digital_temp_sensor.ino
 * @brief 从DS18B20数字传感器读取温度并打印。
 */

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// --- 常量 ---
const int ONE_WIRE_BUS_PIN = 2; // 数据线连接到Arduino的数字引脚2

// --- 全局对象 ---
// 设置一个oneWire实例，用于与任何OneWire设备通信
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS_PIN);
// 将我们的oneWire引用传递给Dallas Temperature传感器
DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("DS18B20 Digital Temperature Sensor Example");

  // 启动库
  sensors.begin();
}

void loop() {
  // 请求总线上所有设备的温度
  Serial.print("Requesting temperatures...");
  sensors.requestTemperatures();
  Serial.println("DONE");

  // 获取第一个设备（索引0）的摄氏温度
  float temperatureC = sensors.getTempCByIndex(0);

  // 检查数据是否有效。-127.00的值表示读取错误。
  if (temperatureC == DEVICE_DISCONNECTED_C) {
    Serial.println("Error: Could not read temperature data");
    return;
  }

  // 打印数据
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" °C");

  delay(1000);
}

项目构思：简易恒温器

将任一传感器与两个LED（一个红色，一个蓝色）和一个蜂鸣器结合，创建一个简单的环境监测器。

• 如果 温度 > 28°C，点亮红色LED。
• 如果 温度 < 20°C，点亮蓝色LED。
• 对于更高级的版本，如果温度超过关键安全阈值，则让蜂鸣器响起。