Arduino digitalni termometer z uporabo MAX30205, senzorja človeške telesne temperature

Komponente, ki jih potrebujemo za izdelavo:

• Arduino NANO
• 7-segmentni displeji s skupno katodo – 3 kos
• 74HC595 – 3 kos
• 680R upor – 24 kos
• MAX30205 modul
• 5V napajanje
• Razvojna plošča
• Veliko priključnih žic
• Arduino IDE
• Kabel mikro-USB

Povezava MAX30205 z Arduinom
Celotna shema vezja za povezavo Arduino s senzorjem telesne temperature MAX30205 je prikazana na sliki 1. Vezje je zelo preprosto, a ker smo uporabili 7-segmentne displeje, je videti nekoliko zapleteno. 7-segmentni displeji z Arduinom so odličen način, kako prikazati vrednosti neke spremenljivke na veliko in svetlo z zelo nizkimi stroški. Seveda pa lahko te vrednosti prikažete tudi na OLED ali LCD, če želite.

Arduino Nano je povezan s tremi 74HC595. Trije 74HC595 so kaskadno vezani zato, da se prihranijo dodatni izhodni priključki na Arduino Nano za povezavo treh 7-segmentnih displejev. 74HC595 z Arduinom sem uporabil še v številnih drugih projektih [2], kot so Arduino Clock, LED Board Display, Arduino kača igra, itd.

Tiskano vezje modula MAX30205 zahteva dodatne »pull-up« upore, saj komunicira preko I2C protokola. Vendar pa nekaj vrst modulov ne potrebuje dodatnih »pull-up« uporov, saj so že vgrajeni na modulu. Zato se je treba prepričati, ali ima modul vgrajene »pull-up« upore ali pa jih je treba dodati posebej. Modul, ki je uporabljen v tem projektu, ima že vgrajene »pull-up« upore znotraj modula.

Povezava Arduino s senzorjem telesne temperature MAX30205
Senzor, ki se tukaj uporablja, je MAX30205 podjetja Maxim (zdaj Analog Devices). Temperaturni senzor MAX30205 meri temperaturo z natančnostjo 0,1°C (37°C do 39°C). Senzor se poveže z mikrokontrolerjem preko I2C vodila.

Plošča modula lahko deluje z napajalno napetostjo 5 ali 3,3 V. Vendar je plošča konfigurirana za uporabo z 5V delovno napetostjo. Vključuje tudi prilagodilnik logičnih nivojev, saj senzor sam podpira največ 3,3 V za napajanje ali podatkovno komunikacijo.

Na izhodu se nahajajo trije 74HC595, 8-bitni premični registri, ki se uporabljajo za povezovanje treh 7-segmentnih displejev z Arduino NANO. Diagram priključkov lahko vidite na sliki 2.
QA do QH so priključki za izhod podatkov, ki so povezani s 7-segmentnimi displeji. Ker so trije 74HC595 kaskadno povezani skupaj, bo podatkovni vhodni pin (PIN14) prvega premičnega registra povezan z Arduino NANO, izhodni priključek serijskih podatkov pa bo zagotovil podatke v naslednji premični register. Ta serijska podatkovna povezava se bo nadaljevala do tretjega 74HC595.

Programiranje MAX30205 v Arduino okolju
Celoten program za to vadnico je na voljo na povezavi na dnu tega članka. Razlaga kode je naslednja. Najprej vključimo standardno naslovno datoteko Arduino I2C knjižnice.

#include <Wire.h>

Zgornja vrstica bo vključevala knjižnico, ki jo prispeva Arduino iz protocentrala. Ta knjižnica ima pomembne funkcije za komunikacijo s senzorjem MAX30205. Knjižnica je vzeta z GitHub povezave [3].

Naslednji dve vrstici sta pomembni za nastavitev parametrov. Spodnja vrstica bo zagotovila temperaturo v Fahrenheitih, če je nastavljena na »True«. Za prikaz rezultata v stopinjah Celzija je treba vrstico nastaviti na »False«.

const bool fahrenheittemp = true;
// I’m showing the temperature
in Fahrenheit, If you want to
show the temperature in Celsius
the make this variable false.

Spodnjo vrstico je treba konfigurirati, če se v strojni opremi uporabljajo 7-segmentni zasloni s skupno katodo. Naj bo nastavitev »False«, če se uporablja skupna anoda.

const bool commonCathode = true;
// I’m using common Cathode
7segment if you use common
Anode then change the value
into false.

const byte digit_pattern[17] =
{
// 74HC595 Outpin Connection with 7segment display.
// Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
// a b c d e f g DP
0b11111100, // 0
0b01100000, // 1
0b11011010, // 2
0b11110010, // 3
0b01100110, // 4
0b10110110, // 5
0b10111110, // 6
0b11100000, // 7
0b11111110, // 8
0b11110110, // 9
0b11101110, // A
0b00111110, // b
0b00011010, // C
0b01111010, // d
0b10011110, // E
0b10001110, // F
0b00000001 // .
};

Zgornji niz se uporablja za shranjevanje vzorca številk za 7-segmentne zaslone.

V funkciji nastavitve se po nastavitvi priključkov 74HC595 inicializira protokol I2C in odčitavanje temperaturnega senzorja.

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
// set the serial port at 9600
Serial.begin(9600);
delay(1000);
// set the 74HC595 Control pin as output
pinMode(latchPin, OUTPUT); //ST_CP of 74HC595
pinMode(clkPin, OUTPUT); //SH_CP of 74HC595
pinMode(dtPin, OUTPUT); //DS of 74HC595
// initialize I2C Libs
Wire.begin();
// start MAX30205 temperature read in continuos mode, active mode
tempSensor.begin();
}

V glavni zanki temperaturo bere funkcija tempSensor.getTemperature() in jo shrani v float spremenljivko z imenom temp. Po tem, če je izbran Fahrenheit temperaturni način, se podatki pretvorijo iz stopinj Celzija v stopinje Fahrenheit. Nato se tri številke iz pretvorjenih zaznanih temperaturnih podatkov nadalje ločijo v tri posamezne številke oziroma digite. Za to se uporabljajo vrstice kode (// separate 3 digits…).

// separate 3 digits from the current temperature (like if temp = 31.23c, )
int dispDigit1=(int)temp/10; // digit1 3
int dispDigit2=(int)temp%10; // digit2 1
int dispDigit3=(temp*10)-((int)temp*10);
//digit3 2

Sedaj ločene tri digite pošljemo na 7-segmentne displeje s pomočjo 74HC595 premičnih registrov. Ker se je LSB prvič prikazal v tretjem 7-segmentnem prikazovalniku prek tretjega 74HC595, se najprej prenese 3. številka. Da bi to naredili, se priključek Latch potegne nizko in podatki se posredujejo 74HC595 s funkcijo shiftOut();

Na enak način se pošljeta preostala dva digita na ustrezni 74HC595 in tako ostaneta dva 7-segmentna displeja. Po pošiljanju vseh podatkov se Latch priključek sprosti in potegne visoko, da potrdi konec prenosa podatkov. Ustrezne kode si lahko ogledate v kodi (// display digits into 3,…).

// display digits into 3, 7segment display.
digitalWrite(latchPin, LOW);
if(commonCathode == true){
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_
pattern[dispDigit3]);
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_
pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16]);
// 1. (Digit+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_
pattern[dispDigit1]);
}else{
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_
pattern[dispDigit3]));
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_
pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16]));
// 1. (Digit+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_
pattern[dispDigit1]));
}
digitalWrite(latchPin, HIGH);

Arduino merilnik telesne temperature – testiranje
Vezje je sestavljeno iz dveh sklopov razvojnih plošč, kot lahko vidite na sliki. Ko položimo prst na senzor, senzor zazna temperaturo in vrednost temperature se prikaže na 7 segmentnem displeju, na sliki je prikazana vrednost 98,5*F.
Celotno delovanje projekta si lahko ogledate v videoposnetku na povezavi [4]. Upam, da boste uživali pri gradnji projekta in ste se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v razdelku za komentarje ali uporabite naše forume.

Povzeto po:
https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/arduino-max30205-human-body-temperature-measurement

Viri:
https://bit.ly/3HbApNw
https://bit.ly/3qrKRKg
https://bit.ly/3qWvHww
https://bit.ly/3nciRJI

https://circuitdigest.com