مقدمه
کاربرد وسیع دماسنج‌ها و سنسورهای دما در زمینه‌های مختلف برکسی پوشیده نیست. با گسترش علم و تکنولوژی، روش‌ها و سنسوهای مختلفی برای اندازه‌گیری دما طراحی و تولید شده‌اند. هر کدام از این روش‌ها و تجهیزاتِ اندازه گیری دما، بر اساس ویژگی‌هایشان، در قسمت‌های مختلف صنعتی، خانگی، علمی، آزمایشگاهی و… مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بسیاری از این سنسورها و ماژول ها به گونه ای طراحی شده‌اند که به راحتی بتوان از آنها در سیستم‌های میکروکنترلی و میکروپروسسوری استفاده کرد. به عنوان مثال ولتاژ کاری و یا پروتکل ارتباطی آنها متناسب با میکروکنترلرهایی نظیر آردوینو طراحی شده است.
ممکن است گاهی انتخاب یک سنسور مناسب به دلیل تنوع زیاد سنسورها و ماژول‌ها برایمان دشوار به نظر برسد. از این رو لازم دانستیم به معرفی مدل‌های پرکاربرد و رایج در بازار و ویژگی‌های مهم هر کدام از این مدل‌ها بپردازیم تا با مشخصات کلی هر کدام آشنا شده و در پروژه‌های خود انتخاب هوشمندانه‌تری داشته باشیم.
آنچه در این آموزش یاد می گیرید
• فاکتور‌های مهم در انتخاب سنسور دمای مناسب
• آشنایی با مدل های مختلف سنسورهای دما
• مشخصات اصلی هر یک از سنسورها
• مقایسه کلی سنسورها
چگونه سنسور دمای مناسب را انتخاب کنیم؟
همانطور که گفته شد وجود انواع مختلف سنسورهای دما و یا به عبارتی دماسنج های متنوع گاهی ممکن است انتخاب گزینه‌ی مناسب را برایمان دشوار سازد. اما همواره متناسب با نیاز پروژه، پارامترهای مهمی برایمان وجود دارد که بتوان با مقیاس قرار دادن آنها سنسور دمای مناسب را برگزید. ابتدا به بررسی این پارامترهای مهم می‌پردازیم.
پارامترهای مهمی که به طور کل در انتخاب یک دماسنج یا سنسور دمایی باید به آنها دقت کنیم عبارتند از:
1- دقت اندازه‌گیری یا رزولوشن سنسور
دقت اندازه‌گیری کوچک‌ترین واحدیست که یک ابزار اندازه‌گیری قادر است بسنجد. به عنوان مثال وقتی می‌گوییم دقت اندازه‌گیری یک سنسور دما 0.01° سانتی گراد است یعنی سنسور می تواند تغییرات دمایی به میزان 0.01 درجه سانتیگراد را رصد کرده و نشان دهد. هرچه این عدد کوچک‌تر باشد دقت و رزولوشن بیشتر است. هرچه نیاز ما به دقت اندازه‌گیری بیشتر باشد باید یک سنسور با دقت بهتری را انتخاب کنیم و برعکس. به عنوان مثال، پایش دمای یک خانه را در نظر بگیرید. از آن‌جا که حساسیت زیادی برای این کار نیاز نیست شاید یک سنسور با دقت 1° سانتیگراد برایمان کافی باشد. اما در یک فرآیند آزمایشگاهی ممکن است تغییرات دمایی به میزان 0.01 درجه نیز بسیار حائز اهمیت باشد. پس به سنسوری با رزولوشن و دقت بیشتری نیاز داریم. دقت اندازه گیری شاید مهمترین فاکتور انتخاب یک سنسور دما یا هر ابزار اندازه‌گیری دیگری محسوب شود.
2- خطای اندازه‌گیری
این عامل هم مانند دقت اندازه‌گیری از عوامل مهم انتخاب یک سنسور محسوب می‌شود. خطای اندازه‌گیری یک سنسور که در دیتاشیت و مشخصات محصول باید ذکر شود، در واقع میزان حداکثر (و یا معمول) خطای احتمالی یک سنسور است. به عنوان مثال اگر ذکر شود که دقت اندازه گیری یک سنسور 0.01 درجه و خطای اندازه‌گیری آن 0.02± است یعنی سنسور، دما را تا یکصدم درجه نشان می‌دهد اما دمای واقعی ممکن است به میزان 0.02 درجه بیشتر یا کمتر از عدد اندازه‌گیری شده باشد. باز هم هرچه این خطا عدد کوچک‌تری باشد یعنی سنسور برای شرایط حساس‌تر مناسب است.
برای تشخیص این دو به یاد داشته باشید که دقت اندازه‌گیری در سنسورهای دیجیتال عموما "رزولوشن" نامیده می‌شود و یک عدد مثبت یا تعداد بیت است اما خطای اندازه گیری ACCURACY نام دارد و غالبا با یک عدد با علامت ‘±’ نشان داده می‌شود.
3- رنج اندازه‌گیری
رنج یا بازه اندازه‌گیری، محدوده‌ای از پارامتر اندازه‌گیری (در اینجا دما) را مشخص میکند که سنسور یا ابزار اندازه‌گیری قادر است در آن محدوده با دقت مناسبی بدون اینکه آسیب ببیند کار کند. مثلا وقتی می‌گوییم بازه اندازه گیری یک سنسور 10+ تا 85+ درجه سانتیگراد است یعنی سنسور در این بازه دمایی قادر است دما را بسنجد و اگر دما از این بازه کمتر یا بیشتر باشد ممکن است سنسور آسیب دیده یا اندازه‌گیری با خطای زیادی انجام شود. پس ضروریست که در هنگام انتخاب یک سنسور، به این مشخصه نیز دقت کرد.
4- نوع خروجی و پروتکل ارتباطی سنسور
پروتکل ارتباطی با ماژول، از دیگر مشخصات مهم در انتخاب هر سنسور و یا ماژول الکتریکی است چون در هر صورت باید بتوانیم سنسور را کنترل و خروجی آن را مشاهده و استفاده کنیم. خروجی سنسور می تواند جریان، ولتاژ، آنالوگ یا دیجیتال باشد. یک سنسور دیجیتال می‌تواند با پروتکل‌های مختلفی نظیر I2C، SPI، CAN و … راه‌اندازی شود. این فاکتور نیز با توجه به نیاز پروژه مشخص می شود. برای درکِ اهمیت پروتکل ارتباطی، فرض کنید که یک سنسور با دقت و خطای مناسب را تهیه کرده اید اما اگر نتوانید از خروجی آن در مدار استفاده کنید یا نتوانید با میکروکنترلر خود این سنسور را کنترل کنید، دیگر به کار شما نخواهد آمد. این عامل هم باید در دیتاشیت و یا لیست مشخصات یک سنسور تعیین شده باشد.
5- نرخ نمونه‌برداری و سرعت انتقال اطلاعات
نرخ نمونه¬ برداری یعنی اینکه سنسور در هر ثانیه چند بار می تواند اندازه‌گیری کند. این نرخ زمانی اهمیت پیدا میکند که بخواهیم تغییرات دمایی را با سرعت بالایی رصد و کنترل کنیم. در این صورت لازم است سنسور تعداد اندازه گیری های بیشتری در یک ثانیه انجام دهد. یعنی نرخ نمونه‌برداری آن بیشتر باشد.
نرخ نمونه برداری بالاتر مستلزم سرعت انتقال اطلاعات (دیتا) بالاتر است تا بتواند در زمان مناسب، دیتای سنسور را به مدار خروجی داده و همچنین دستورات کنترلی لازم را به سنسور اعمال کند.
برای مثال، یک آزمایشگاه را در نظر بگیرید که تغییرات دما در فواصل زمانی چند میلی ثانیه هم بسیار اهمیت دارد زیرا در یک واکنش شیمیایی تاثیرگذار است. در این شرایط سرعت اندازه‌گیری‌های سنسور باید آن‌قدر بالا باشد که تغییرات دما در چند میلی‌ثانیه را رصد کرده و دیتای لازم را به ما بدهد. اما مثلا تغییرات دمایی در یک گلخانه شاید در بازه‌های چند دقیقه ای نیز چندان مهم نباشد بنابراین نیازی نیست سنسوری با نرخ نمونه‌برداری بالا انتخاب کنیم.
6- توان مصرفی
مقدار انرژی مصرفی هر قطعه در مدار باید مشخص باشد تا منبع تغذیه متناسب با آن فراهم گردد در غیر این صورت کل سیستم با مشکل مواجه خواهد شد. توان مصرفی بیشتر یعنی منبع تغذیه بزرگتر و گران‌تر. در هنگام انتخاب هر قطعه‌ای باید به ولتاژ راه‌اندازی و جریان مصرفی آن توجه نمود. در مواردی که سیستم با انرژی ذخیره شده کار میکند، مثل باتری، این نکته اهمیت بیشتری پیدا میکند.
7- قیمت
واضح است که هزینه تمام شده از مهمترین پارامترها در هر پروژه‌ای است!! شاید این عامل برای یک کار آزمایشی یا سرگرمی، خیلی به چشم نیاید اما وقتی صحبت از تولید محصول، انجام پروژه و فروش آن می‌شود هزینه تمام شده بر همه عوامل تاثیرگذار خواهد بود.
قیمت یک سنسور به عوامل مختلفی بستگی دارد: دقت، بازه اندازه‌گیری، میزان خطا، سرعت و مشخصات کیفی دیگر. و اصلا به خاطر قیمت است که تعیین مشخصات مورد نیاز ضرورت می‌یابد وگرنه همان اول می توانستیم دقیق ترین و بهترین سنسور را انتخاب کنیم. و دیگر اینقدر قطعات متنوع در بازار موجود نبود.
عوامل بسیار دیگری می‌تواند در انتخاب یک قطعه تاثیر گذار باشد که بسته به شرایط، برخی از آنها اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. از این عوامل میتوان به ابعاد فیزیکی سنسور، جنس، طول عمر سنسور و میزان مهارت کنترل آن اشاره کرد. برای شناخت مشخصات کامل هر قطعه‌ای باید به دیتاشیت یا برگه راهنمای آن قطعه مراجعه کنید.
در ادامه به معرفی چندین مدل سنسور دمای رایج و مشخصات اصلی آنها می‌پردازیم. امیدوارم اطلاعات ارائه شده راهنمای خوبی برای انتخاب و خرید سنسور مورد نیاز شما باشد.
1- سنسورهای دما و رطوبت DHT
سنسورهای DHT از متداول‌ترین سنسوها در پروژه‌های الکترونیکی هستند. برخی از مشخصات این سنسورهای دیجیتال عبارتند از: قیمت مناسب، مصرف توان پایین و راه‌اندازی آسان.
این سنسورها شامل یک چیپ داخلی تبدیل آنالوگ به دیجیتال هستند که مقادیر اندازه‌گیری شده دما و رطوبت را به سیگنال دیجیتال خروجی تبدیل می‌کنند. ارتباط با این سنسوها تنها با یک خط دیتا انجام می‌شود. این ویژگی‌ها به همراه مصرف توان پایین، این خانواده سنسور/ماژول‌ها را به گزینه‌ای بسیار مناسب برای کار با میکروکنترلرهایی مثل آردوینو بدل ساخته است.
رایج‌ترین مدل های این خانواده از سنسورها، DHT11 و DHT22 نام دارند. مدل DHT12 نیز مدل کمتر متداول این خانواده محسوب می‌شود که به تازگی وارد بازار شده است.
از دیگر ویژگی‌های ممتاز این سنسورها می توان به قابلیت انتقال اطلاعات روی خط دیتا تا 20 متر اشاره کرد.
DHT11
سنسور DHT11 یک سنسور دما و رطوبتِ ارزان قیمت است. منظور از رطوبت، درصد نسبی رطوبت هواست.
این مدل رایج‌ترین سنسور دما و رطوبت برای برد‌هایی نظیر آردوینو، ESP، رزبری پای و… است که هم به صورت ماژول و هم به صورت سنسور در بازار موجود است.
مشخصات فنی سنسور DHT11
• پروتکل ارتباطی : یک-سیمه
• ولتاژ تغذیه: 3 تا 5 ولت
• رنج اندازه‌گیری دما: 20- تا 60 درجه سانتیگراد
• رزولوشن: 0.01°C
• خطای اندازه‌گیری دما: 2± درجه سانتی گراد
• رنج اندازه‌گیری رطوبت: 5 تا 95% رطوبت نسبی (RH)
• خطای اندازه‌گیری رطوبت: 5± درصد
• فرکانس نمونه برداری: 1Hz (هر یک ثانیه یک نمونه گیری انجام می‌شود)
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به دیتاشیت سنسور DHT11 که در زیر آمده رجوع کنید.
برای راه‌اندازی سنسور DHT می‌توانید به مقاله راه‌اندازی سنسور دما و رطوبت DHT11 رجوع کنید.
DHT22
این سنسور بسیار مشابه DHT11 است؛ عملکرد یکسان، پایه‌های یکسان و حتی ابعاد مشابه. اما دقت و رنج اندازه گیری بالاتری دارد و در نتیجه با قیمت نسبتا بیشتری در بازار عرضه می شود.
DHT22 با نام‌های AM2302 یا RHT03 هم شناخته می‌شود. قابلیت اطمینان بالا و پایداری عالی در درازمدت از مشخصات این سنسور است. این مدل نیز هم به صورت ماژول و هم به صورت سنسور در بازار موجود است.
مشخصات فنی سنسور DHT22
• پروتکل ارتباطی : یک-سیمه
• ولتاژ تغذیه: 3 تا 6 ولت
• رنج اندازه‌گیری دما: 40- تا 80 درجه سانتیگراد
• رزولوشن: 0.01 درجه سانتی گراد
• خطای اندازه‌گیری دما: 0.5± درجه سانتی گراد
• رنج اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 99% رطوبت نسبی (RH)
• خطای اندازه‌گیری رطوبت: 2± درصد
• فرکانس نمونه برداری: 0.5Hz (هر دو ثانیه یک نمونه گیری انجام می‌شود)
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به دیتاشیت سنسور DHT22 که در زیر آمده رجوع کنید.
برای راه‌اندازی سنسور DHT می‌توانید به مقاله راه‌اندازی سنسور دما و رطوبت DHT11 رجوع کنید.
تفاوت DHT11 و DHT22
رنج و دقت اندازه‌گیری دما
• DHT11: -20 تا 60°C با خطای 2± درجه سانتی گراد
• DHT22: -40 تا 80°C با خطای 0.5± درجه سانتی گراد
رنج و دقت اندازه‌گیری رطوبت
• DHT11: 5 تا 95% با خطای 5± درصد
• DHT22: 0 تا 99% با خطای 2± درصد
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید سنسور/ماژول های DHT اقدام کنید.
2- سنسور دما و رطوبت AM2320
این سنسور کاملا مشابه سنسورهای DHT است تنها با این تفاوت که به جای ارتباط تک-سیمه، دارای پروتکل ارتباطی I2C است.
مشخصات فنی
• پروتکل ارتباطی: I2C استاندارد و I2C تک-سیمه
• ارسال اطلاعات روی خط دیتا تا 20 متر
• ولتاژ تغذیه: 3.3 یا 5 ولت
• خطای اندازه گیری: 0.5± درجه سانتی گراد و 3% رطوبت نسبی
3- LMX35
سنسورهای سری LM35 که با نام LM35DZ نیز شناخته می‌شوند، سنسورهای دمایی با دقت بالا هستند. خروجی این سنسورها ولتاژ آنالوگ است که با دما ارتباط مستقیم دارد. با خواندن میزان این ولتاژ میتوان دما را اندازه گیری کرد.
مدل‌های مختلف سنسورهای دمای سری LM35 به صورت داخلی با درجه سانتیگراد، کلوین یا فارنهایت کالیبره شده اند که در نتیجه نیازی به کالیبراسیون خارجی ندارند.
دقت این سنسورها 0.25± درجه سانتر گراد در محدوده‌ی دمای اتاق و 0.75± درجه سانتی گراد در بازه‌ی 55– تا 150+ درجه سانتر گراد است.
خروجی خطی، کالیبراسیون داخلی با دقت بالا و امپدانس خروجی پایین، کار با سنسور و خواندن اطلاعات آن را بسیار ساده نموده است.
از آن‌جا که میزان جریان مصرفی سنسور دمای LM35 تنها 60 میکروآمپر است تولید گرمای قطعه و پدیده‌ی خود گرمایی در آنها بسیار ناچیز است.
عملکرد مدل‌های مختلف این سری مشابه بوده و تفاوتشان در نوع کالیبراسیون است. LM35DZ با درجه سلسیوس، LM355 با درجه کلوین و LM34 با درجه فارنهایت کالیبره می شوند. خروجی این سنسورها به میزان 10mV به ازای هر درجه تغییر میکند.
مشخصات فنی سنسورهای دما سری LMXX
• نوع خروجی: ولتاژ آنالوگ
• ولتاژ تغذیه: 4 تا 30 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: 55– تا 150 درجه سانتیگراد
• خطای اندازه‌گیری دما: 0.5± (در 25درجه سانتر گراد)
• ارتباط با آردوینو: analogRead()
دیتاشیت سنسورهای LMXX در زیر آمده است.
برای راه‌اندازی سنسور دمای LM3X با آردوینو، کتابخانه LM35 را در نرم افزار آردوینو نصب کنید.
فایل زیپ کتابخانه LM35 برای آردوینو.
سیم بندی سنسور LM35 با آردوینو
کافیست پایه خروجی آی سی را به یک ورودی آنالوگ برد آردوینو متصل نمایید.
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید سنسور دمای LM35 اقدام کنید.
4- LM75
LM75 یک سنسور دما با پروتکل ارتباطی I2C است. یعنی برخلاف سری LM35، یک سنسور دیجیتال محسوب می‌شود.
این سنسور با قابلیت تعیین دمای مشخص برای هشدار، با اکتیو/دی‌اکتیو کردن پایه‌های مشخصی از سنسور، می تواند به نوعی مانند یک ترموسوییچ عمل کند.
مشخصات فنی سنسور LM75
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 3 تا 5.5 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: 55– تا 125 درجه سانتیگراد
• خطای اندازه‌گیری: 2± درجه سانتیگراد در کل بازه اندازه گیری
• جریان مصرفی در حالت فعالیت: 250 میکرو آمپر (عموما)، حداکثر 1 میلی آمپر
برای اطلاعات بیشتر در مورد سنسور دمای LM35 می توانید به دیتاشیت این ماژول مراجعه کنید.
برای استفاده و نحوه راه‌اندازی این سنسور می‌توانید به مقاله آموزش راه‌اندازی سنسور LM75 با آردوینو مراجعه کنید.
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید سنسور دمای LM75 اقدام کنید.
5- سنسور فشار و دمای BMP180
سنسور BMP180 که بیشتر به عنوان سنسور فشار مورد استفاده قرار می‌گیرد یک سنسور دماسنج نیز محسوب می‌شود. از این رو می‌تواند سنسوری مناسب برای ایستگاه‌های هواشناسی باشد.
مشخصات فنی سنسور فشار و دمای BMP180
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 1.8 تا 3.6 ولت (چیپ سنسور) / 3.3 تا 5 ولت (ماژول سنسور)
• بازه اندازه‌گیری دما: 0 تا 65 درجه سانتر گراد
• خطای اندازه‌گیری دما: 0.5± (در دمای 25 درجه سانتر گراد)
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به دیتاشیت سنسور فشار و دمای BMP180 رجوع کنید.
برای راه‌اندازی سنسور BMP180 می‌توانید به مقاله راه‌اندازی سنسور فشار و دمای BMP180 رجوع کنید.
می‌توانید از لینک زیر، ماژول فشار و دمای BMP180 را سفارش بدهید.
6- سنسور دمای سری TMP35/36/37
سنسورهای TMP همانند خانواده LM35 سنسورهای دمای آنالوگ محسوب می‌شوند که خروجی آنها یک ولتاژ متناسب با دما است.
خروجی این سنسورها به صورت داخلی با درجه سانتیگراد کالیبره شده است.
TMP35 از لحاظ عملکرد مشابه LM35/LM45 بوده و خروجی آن در دمای 25 درجه سانتر گراد به میزان 250mV است. بازه اندازه گیری دمای آن نیز از 10 تا 125 درجه سانتر گراد می‌باشد.
رنج اندازه گیری دمای TMP36 از 40– تا 125 درجه سانتر گراد بوده و ولتاژ خروجی آن در دمای 25 درجه سانتر گراد 750mV است. نسبت تغییر ولتاژ به دما نیز در این سنسور مشابه سنسور TMP36 و LM35 به میزان 10mV به ازای هر درجه سانتیگراد است.
TMP37 برای اندازه‌گیری بازه‌ی دمایی 5 تا 100 درجه سانتر گراد مناسب است. ولتاژ خروجی آن در دمای 25 درجه سانتیگراد 500 میلی‌ولت بوده و نسبت افزایش ولتاژ به دما در این سنسور 20 میلی ولت به ازای هر درجه سانتی گراد است.
مشخصات فنی TMP3X
• نوع خروجی: ولتاژ آنالوگ
• تغذیه سنسور: 2.7 تا 5.5 ولت
• بازه اندازه¬گیری دما: 40– تا 125 درجه سانتر گراد
• خطای اندازه‌گیری دما: 1± (در دمای 25 درجه سانتی گراد)
• ارتباط با آردوینو: analogRead()
برای اطلاعات بیشتر به دیتاشیت سنسور TMP مراجعه کنید.
برای راه‌اندازی سنسور TMP می‌توانید به مقاله آموزش راه‌اندازی سنسور دمای TMP36 با آردوینو رجوع کنید.
می‌توانید از لینک زیر برای خرید سنسور دمای TMP اقدام کنید.
7- سنسور فشار، رطوبت و دمای BME280
سنسور BME280 یک سنسور رطوبت، دما و فشار دیجیتال است. راه اندازی این سنسور هم از طریق واسط I2C و هم از طریق واسط SPI امکان‌پذیر است.
ابعاد کوچک، اندازه‌گیری پارامترهای دما، رطوبت و فشار، دقت و بازدهی بالا از مزایای این سنسور محسوب می‌شود. به دلیل همین خصوصیات می‌تواند گزینه‌ی مناسبی برای نصب در سیستم‌های مبتنی بر باتری همچون ماژول های GPS و هدست‌ها باشد. علاوه بر آن، برای پایش و هوشمندسازی ساختمان‌ها نیز بسیار کاربردی است.
ماژول BME280 هم با ولتاژ 3.3 و هم با ولتاژ 5 ولت قابل راه‌اندازی است.
مشخصات فنی BME280
• پروتکل ارتباطی: I2C و SPI
• ولتاژ تغذیه: 1.7 تا 3.6 ولت (چیپ سنسور) / 3.3 تا 5 ولت (ماژول سنسور)
• بازه اندازه‌گیری دما: 40– تا 85 درجه سانتیگراد
• خطای اندازه‌گیری دما: 0.5± (در دمای 25 درجه سانتیگراد)
برای اطلاعات بیشتر در مورد این سنسور می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید
برای راه‌اندازی ماژول دما و رطوبت BME280 می‌توانید به آموزش راه‌اندازی ماژول BME280 با آردوینو مراجعه کنید.
می‌توانید از لینک زیر برای خرید سنسور دمای TMP اقدام کنید.
8- سنسور دمای DS18B20
DS18B20 یک سنسور دمای دیجیتال است که دما را با دقت 9 تا 12 بیت اندازه گیری میکند. نوع ارتباط این سنسور همانند DHT یک ارتباط تک-سیمه دیجیتال است.
این سنسور دارای یک سیستم هشدار است. اگر یک بازه دما برای این سنسور تعیین کنیم، زمانی که دمایی خارج این بازه را تشخیص دهد یک خروجی را فعال میکند.
هر DS18B20 یک کد سریال 64 بیتی مختص به خود دارد. بنابراین می¬توانیم تعداد زیادی از این سنسورها را با یک خط دیتا کنترل کرده و مقدار هر کدام را جداگانه خواند.
از کاربردهای این سنسور: مانیتورینگ و کنترل دما در ساختمان‌ها، وسایل نقلیه و یا سیستم‌های گرمایشی/سرمایشی محیط‌های بزرگ.
مشخصات فنی DS18B20
• پروتکل ارتباطی: دیجیتال تک سیمه
• ولتاژ تغذیه: 3 تا 5.5 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: -55 تا +125° سانتیگراد
• رزولوشن خروجی: 9 تا 12 بیت
• خطای اندازه‌گیری دما: ±0.5° سانتی گراد (در بازه -10 تا 85 درجه سانتیگراد)
برای اطلاعات بیشتر در مورد این سنسور می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید
برای راه‌اندازی ماژول دما و رطوبت DS18B20 می‌توانید به آموزش راه‌اندازی ماژول DS18B20 با آردوینو مراجعه کنید.
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید انواع سنسور دمای DS18B20 اقدام کنید.
9- ماژول سنسور دما و رطوبت SHTC1
یک سنسور دما و رطوبت دیجیتال با رابط I2C است. به صورت داخلی کالیبره شده و خطی است. مصرف توان پایینی هم دارد.
این سنسور به دلیل ابعاد کوچک و مصرف توان پایین، گزینه‌ای مناسب برای استفاده در سیستم‌های متحرک با انرژی محدود است.
مشخصات فنی SHTC1
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 1.8 ولت برای چیپ
• بازه اندازه‌گیری دما: 30– تا 100 درجه سانتیگراد
• بازه اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 100 درصد رطوبت نسبی
• خطای اندازه‌گیری: 0.3± درجه سانتیگراد و 3± درصد رطوبت نسبی
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید:
10- سنسور دما و رطوبت دیجیتال SHT3X
SHT3X، سنسور دما و رطوبت دیجیتال است با پروتکل ارتباطی I2C. برخی از مشخصات این سری سنسور: پردازش سیگنال پیشرفته، انتخاب آدرس I2C از بین دو آدرس مجزا و سرعت ارتباط تا 1 مگاهرتز.
این سنسور نیز خطی و کالیبره بوده و از سرعت راه‌اندازی و اندازه‌گیری بالایی برخوردار است.
مشخصات فنی SHT3X
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 2.4 تا 5.5 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما
SHT30 : 0 تا 65 درجه سانتیگراد
SHT31 : -40 تا 90 درجه سانتیگراد
SHT35 : -40 تا 90 درجه سانتیگراد
• بازه اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 100 درصد رطوبت نسبی
• خطای اندازه‌گیری: 0.2± درجه سانتیگراد و 1.5± درصد رطوبت نسبی (در SHT35)
برای اطلاعات بیشتر در مورد این خانواده از سنسورها می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید:
برای راه‌اندازی ماژول دما و رطوبت SHT3X می‌توانید به آموزش راه‌اندازی ماژول SHT35 با آردوینو مراجعه کنید.
سنسورهای SHT10، SHT11 و SHT15 نیز نسل‌های قبلی سنسورهای SHT3X محسوب می‌شوند.
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید ماژول و سنسور دمای SHT3X اقدام کنید.
11- ماژول سنسور دما و رطوبت دیجیتال AHT15 و AHT10
این خانواده از سنسورها نیز سنسورهای دما و رطوبت دیجیتال با پروتکل ارتباطی I2C هستند. به صورت داخلی کالیبره شده و خطی اند.
AHT15 دارای پکیج ضدآب و ضد خاک است که اثری در زمان اندازه‌گیری رطوبت نسبی ندارد اما به ما این قابلیت را می‌دهد که بتوانیم از سنسور در محیط‌هایی با شرایط نامساعد استفاده کنیم.
مشخصات فنی سنسور AHT10/AHT15
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 1.8 تا 3.6 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: 40– تا 85 درجه سانتیگراد
• بازه اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 100 درصد رطوبت نسبی
• خطای اندازه‌گیری: 0.3± درجه سانتیگراد و 2± درصد رطوبت نسبی
برای اطلاعات بیشتر در مورد این خانواده از سنسورها می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید.
می‌توانید ماژول و سنسور دمای AHT را از لینکهای زیر تهیه کنید.
12- سنسور دما و رطوبت دیجیتال HTU21D
HTU21D(F) از دیگر سنسورهای رطوبت و دمای دیجیتال با رابط I2C است.
این سنسورها نیز به طور داخلی کالیبره شده اند. و هر چیپ یک کد شناسایی الکترونیکی مختص به خود دارد.
این سنسور همچنین می تواند رزولوشن سنسور رطوبت را تغییر دهد (8/12 بیت تا حداکثر 12/14 بیت ).
فیلتر (بدنه) از نوع PTFE، از این سنسور در مقابل خاک و آب مراقبت میکند.
مشخصات فنی سنسور HTU21D
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 1.5 تا 3.6 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: 40– تا 125 درجه سانتیگراد
• بازه اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 100 درصد رطوبت نسبی
• خطای اندازه‌گیری: 0.3± درجه سانتیگراد و 2± درصد رطوبت نسبی
برای اطلاعات بیشتر در مورد این خانواده سنسور می‌توانید به دیتاشیت آن رجوع کنید:
می‌توانید از لینکهای زیر برای خرید ماژول و سنسور دمای HTU21D اقدام کنید.
13- سنسور دما و رطوبت دیجیتال SI7021
سنسور دما و رطوبت SI7021 یک آی‌سی CMOS یکپارچه با پروتکل ارتباطی I2C می‌باشد. این سنسور کالیبره بوده و اطلاعات کالیبراسیون آن بر روی یک حافظه غیر فرار بر روی تراشه ذخیره شده است. حداکثر خطای اندازه‌گیری رطوبت و دما به ترتیب 3± درصد و 0.4± درجه سانتیگراد است.
از این سنسور در کاربردهای گوناگون مانند ترموستات و رطوبت‌سنج، تنفس درمانی، ایستگاه‌های هواشناسی، تبلت، موبایل و …. استفاده می‌شود.
مشخصات فنی سنسور SI7021
• پروتکل ارتباطی: I2C
• ولتاژ تغذیه: 1.9 تا 3.6 ولت
• بازه اندازه‌گیری دما: 40– تا 125 درجه سانتیگراد
• بازه اندازه‌گیری رطوبت: 0 تا 100 درصد رطوبت نسبی
• خطای اندازه‌گیری: 0.4± درجه سانتیگراد و 2± درصد رطوبت نسبی
برای راه‌اندازی ماژول دما و رطوبت SHT3X می‌توانید به آموزش راه‌اندازی ماژول SI7021 با آردوینو مراجعه کنید.
می‌توانید از لینک زیر برای خرید ماژول و سنسور دمای SI7021 اقدام کنید.
14- ترموکوپل
ترموکوپل‌ها نیز سنسورهایی هستند که در صنعت به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این قطعات به دلیل رنج دمایی وسیع، بیشتر در صنایع سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرند تا کارهای الکترونیکی. اما از آن‌جا که مرز مشخصی بین این دو وجود ندارد، ترموکوپل ها شاید برای سنجش دما در یک پروژه الکترونیکی نیز به کار آیند. خروجی این سنسورها یک ولتاژ آنالوگ است. انوع مختلفی از ترموکوپل‌ها وجود دارد که تفاوتشان بیشتر در رنج‌اندازه گیری دما است.
برای راه‌اندازی این دماسنج‌ها با میکروکنترلر، اغلب به یک مدار واسط و راه‌انداز نیاز است. برای نمونه، ماژول ترموکوپل MAX6675 که آموزش استفاده از آن نیز در لینک زیر آمده.
آموزش راه اندازی ماژول ترموکوپل MAX6675 با آردوینو
یکی از موارد پرکاربرد این سنسورها تعیین دمای سیالاتی همچون آب است. اندازه‌گیری دمای کوره‌ها نیز از کاربردهای این سنسورها به شمار می آید.
می‌توانید از لینک زیر، سنسور ترموکوپل و ماژول راه‌انداز آن را تهیه کنید.
15- سنسورهای RTD
RTDها سنسورهای دمای مقاومتی هستند که همانند ترموکوپل‌ها، بیشتر کاربرد صنعتی دارند. PT100 معروفترین سنسور RTD است.
مدار راه‌اندازی سنسور PT100 با آردوینو
از آن‌جا که خروجی این سنسورها آنالوگ است باید به ورودی آنالوگ آردوینو متصل گردد.
سیم بندی مدار به صورت زیر انجام می‌شود. می توانید سیم آبی را به هر کدام از پایه‌های آنالوگ A0 تا A5 متصل کنید.
جدول مقایسه انواع سنسور دما
* برخی از سنسورها هم به صورت چیپ و هم به صورت ماژول در دسترس اند. ماژول‌های برندهای مختلف ممکن است ولتاژ تغذیه متفاوتی داشته باشند. برای اطلاعات دقیق به دیتاشیت ماژول رجوع کنید.
** رزولوشن سنسورهای آنالوگ، به رزولوشن واحد تبدیل آنالوگ به دیجیتال بستگی دارد.
جمع بندی: کدام سنسور دما برای آردوینو مناسب است؟
در این مقاله به انواع مختلفی از سنسورهای دما و مشخصات اصلی آنها پرداختیم. همه سنسورهای نام‌برده شده برای کار با آردوینو یا دیگر سیستم‌های میکروکنترلی مناسب می‌باشند.
- سنسورهایی با خروجی ولتاژ آنالوگ را می توان در مدار های آنالوگ نیز استفاده کرد بدون آنکه به میکروکنترلر نیازی پیدا کنیم.
- سنسورهای دما و رطوبت DHT از متداول‌ترین دماسنج‌هایی هستند که هم راه‌اندازی ساده و هم قیمت مناسبی دارند. دقت اندازه‌گیری دمای آن ها نیز برای کارهای متداول روزمره قابل قبول است. اما برای دماهای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد مناسب نیستند
- برای اندازه‌گیری دماهای بالاتر، تا حدود 150 درجه سانتی گراد، سنسورهای LM35 گزینه‌ای ارزان و مناسب هستند. خروجی این سنسورهای آنالوگ را باید به ورودی آنالوگ آردوینو متصل کنیم تا بتوان مقدار دمای آنها را خواند. سنسور LM75 مشابه LM35 اما با یک خروجی از نوع I2C است. خطای اندازه‌گیری نیز در LM75 به نسبت LM35 بیشتر است. هیچکدام از این سنسورها قابلیت اندازه‌گیری رطوبت را ندارند.
- ماژول BME280 در این بین تنها مدلی است که با پروتکل ارتباطی SPI نیز قابل کنترل و راه‌اندازی است.
کلام آخر: برای انتخاب یک سنسور دمای بهینه، باید ابتدا ویژگی‌های مورد نیاز پروژه خود را مشخص کرده و با توجه به آن یک یا چند سنسور را انتخاب کنید. سپس برای مشخصات بیشتر به دیتاشیت رجوع کنید. برای راه اندازی و کار با هرکدام، لینکهای آموزش قرار داده شده است. یا اینکه می‌توانید با یک سرچ ساده پروژه‌های مشابه را بیابید.
