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4.1.10 Monitor di Surriscaldamento

Introduzione

Potresti voler creare un dispositivo di monitoraggio del surriscaldamento da applicare in varie situazioni, ad esempio in una fabbrica, se desideriamo avere un allarme e lo spegnimento automatico della macchina in caso di surriscaldamento di un circuito. In questo progetto, utilizzeremo un termistore, un joystick, un cicalino, un LED e un display LCD per realizzare un dispositivo intelligente di monitoraggio della temperatura con soglia regolabile.

Componenti Necessari

In questo progetto, ci servono i seguenti componenti.

../_images/4.1.13_overheat_monitor_list.png

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome	ELEMENTI NEL KIT	LINK
Kit Raphael	337	Raphael Kit

Puoi anche acquistare i componenti separatamente dai link qui sotto.

INTRODUZIONE AI COMPONENTI	LINK D’ACQUISTO
Scheda di estensione GPIO	ACQUISTA
Breadboard	ACQUISTA
Cavi Jumper	ACQUISTA
Resistore	ACQUISTA
LED	ACQUISTA
Modulo Joystick	-
ADC0834	-
Transistor	ACQUISTA
I2C LCD1602	ACQUISTA
Termistore	ACQUISTA
Cicalino	-

Schema Elettrico

T-Board Name	physical	wiringPi	BCM
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO22	Pin15	3	22
GPIO23	Pin16	4	23
GPIO24	Pin18	5	24
SDA1	Pin 3
SCL1	Pin 5

../_images/4.1.13_overheat_monitor_schematic.png

Procedure Sperimentali

Passo 1: Costruisci il circuito.

../_images/4.1.13_overheat_monitor_circuit.png

Passo 2: Vai alla cartella del codice.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Passo 3: Esegui il file eseguibile.

sudo python3 4.1.13_OverheatMonitor_zero.py

Durante l’esecuzione del codice, la temperatura corrente e la soglia di alta temperatura 40 vengono visualizzate su I2C LCD1602. Se la temperatura corrente supera la soglia, il cicalino e il LED si attivano per avvisarti.

Il Joystick qui serve per regolare la soglia di alta temperatura. Spostando il Joystick lungo l’asse X e Y, puoi aumentare o diminuire la soglia di alta temperatura. Premi nuovamente il Joystick per resettare la soglia al valore iniziale.

Nota

Se ricevi l’errore FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1', devi fare riferimento a Configurazione I2C per abilitare l’I2C.
Se ricevi l’errore ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2', esegui sudo pip3 install smbus2.
Se compare l’errore OSError: [Errno 121] Remote I/O error, significa che il modulo è cablato male o è difettoso.
Se il codice e i collegamenti sono corretti, ma il display LCD non mostra ancora contenuti, puoi ruotare il potenziometro sul retro per aumentare il contrasto.

Avvertimento

Se viene visualizzato l’errore RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address, fare riferimento a If gpiozero doesn’t work..

Code

Nota

Puoi Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare il codice qui sotto. Ma prima devi accedere al percorso del codice sorgente come raphael-kit/python. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l’effetto.

#!/usr/bin/env python3

import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import ADC0834
import time
import math

# Inizializza il pulsante del joystick, il cicalino e il LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)

# Imposta la soglia di temperatura massima iniziale
upperTem = 40

# Configura i moduli ADC e LCD
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)

def get_joystick_value():
    """
    Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
    """
    x_val = ADC0834.getResult(1)
    y_val = ADC0834.getResult(2)
    if x_val > 200:
        return 1
    elif x_val < 50:
        return -1
    elif y_val > 200:
        return -10
    elif y_val < 50:
        return 10
    else:
        return 0

def upper_tem_setting():
    """
    Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

def temperature():
    """
    Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
    """
    analogVal = ADC0834.getResult()
    Vr = 5 * float(analogVal) / 255
    Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
    Cel = temp - 273.15
    return round(Cel, 2)

def monitoring_temp():
    """
    Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
    Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        buzzPin.on()
        ledPin.on()
    else:
        buzzPin.off()
        ledPin.off()

# Ciclo principale di esecuzione
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Passa tra la modalità impostazioni e la modalità monitoraggio
        if currentState == 1 e lastState == 0:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState
        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
    # Pulisci e esci
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()

Spiegazione del Codice

Questa sezione importa le librerie necessarie per il progetto. LCD1602 è per il display LCD, gpiozero fornisce classi per LED, Cicalino e Pulsante, ADC0834 è per la conversione da analogico a digitale, e time e math sono librerie standard di Python per funzioni correlate al tempo e operazioni matematiche.
```
#!/usr/bin/env python3

import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import ADC0834
import time
import math
```
Qui vengono inizializzati il pulsante del joystick, il cicalino e il LED. Button(22) crea un oggetto pulsante collegato al pin GPIO 22. Buzzer(23) e LED(24) inizializzano il cicalino e il LED sui pin GPIO 23 e 24, rispettivamente.
```
# Inizializza il pulsante del joystick, il cicalino e il LED
Joy_BtnPin = Button(22)
buzzPin = Buzzer(23)
ledPin = LED(24)
```
Imposta il limite massimo di temperatura iniziale e configura i moduli ADC e LCD. L’LCD è inizializzato con un indirizzo (0x27) e una modalità (1).
```
# Imposta la soglia di temperatura massima iniziale
upperTem = 40

# Configura i moduli ADC e LCD
ADC0834.setup()
LCD1602.init(0x27, 1)
```

Questa funzione legge i valori X e Y del joystick utilizzando l’ADC0834. Restituisce un valore di modifica basato sulla posizione del joystick, che verrà utilizzato per regolare la soglia di temperatura.

def get_joystick_value():
    """
    Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
    """
    x_val = ADC0834.getResult(1)
    y_val = ADC0834.getResult(2)
    if x_val > 200:
        return 1
    elif x_val < 50:
        return -1
    elif y_val > 200:
        return -10
    elif y_val < 50:
        return 10
    else:
        return 0

Regola il limite massimo della temperatura utilizzando l’input del joystick. Il nuovo limite viene visualizzato sul display LCD.

def upper_tem_setting():
    """
    Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
    """
    global upperTem
    LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
    change = int(get_joystick_value())
    upperTem += change
    strUpperTem = str(upperTem)
    LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
    LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
    time.sleep(0.1)

Legge la temperatura corrente dal sensore utilizzando l’ADC0834 e la converte in gradi Celsius.

def temperature():
    """
    Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
    """
    analogVal = ADC0834.getResult()
    Vr = 5 * float(analogVal) / 255
    Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
    Cel = temp - 273.15
    return round(Cel, 2)

Monitora e visualizza la temperatura corrente e il limite massimo. Se la temperatura supera il limite massimo, il cicalino e il LED si attivano.

def monitoring_temp():
    """
    Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
    Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
    """
    global upperTem
    Cel = temperature()
    LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
    LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
    LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
    LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
    time.sleep(0.1)
    if Cel >= upperTem:
        buzzPin.on()
        ledPin.on()
    else:
        buzzPin.off()
        ledPin.off()

Il ciclo principale di esecuzione alterna tra la modalità impostazioni e la modalità monitoraggio in base alle pressioni del pulsante del joystick. Aggiorna continuamente la soglia di temperatura o monitora la temperatura corrente.

# Ciclo principale di esecuzione
try:
    lastState = 1
    stage = 0
    while True:
        currentState = Joy_BtnPin.value
        # Passa tra la modalità impostazioni e monitoraggio
        if currentState == 1 e lastState == 0:
            stage = (stage + 1) % 2
            time.sleep(0.1)
            LCD1602.clear()
        lastState = currentState
        if stage == 1:
            upper_tem_setting()
        else:
            monitoring_temp()

Questa sezione garantisce una corretta pulizia e rilascio delle risorse quando il programma viene interrotto.
```
except KeyboardInterrupt:
    # Pulisci e esci
    LCD1602.clear()
    ADC0834.destroy()
```