آموزش راه اندازی سنسور دما LM35

آموزش راه اندازی سنسور دما LM35 | سنسور دمای LM35 یکی از کلاسیک‌ترین، کاربردی‌ترین و در عین حال ساده‌ترین سنسورهایی است که هر علاقه‌مند به دنیای الکترونیک باید حداقل یک بار با آن کار کند. سنسور LM35 فراتر از یک قطعه ساده است؛ این سنسور نمادی از درک رابطه بین «پدیده فیزیکی (دما)» و «سیگنال الکتریکی (ولتاژ)» است. در این مقاله از خانه رباتیک ایران، ما از لایه‌های زیرین سخت‌افزار تا لایه‌های نرم‌افزاری پیشرفته را بررسی می‌کنیم. در ادامه با خانه رباتیک ایران همراه باشید.

آموزش راه اندازی سنسور دما LM35

آشنایی با سنسور دمای LM35:

سنسور LM35 بر پایه تغییرات خواص نیمه‌رساناها کار می‌کند. برخلاف ترمیستورها (Thermistor) که رابطه آن‌ها با دما غیرخطی و پیچیده است (نیاز به فرمول Steinhart-Hart دارند)، LM35 یک سنسور Linear (خطی) است.

– رنج ولتاژ تغذیه: می‌تواند با ۳ ولت هم کار کند، اما در ۵ ولت دقت پایداری بیشتری دارد.
– تداخل نوسان (Self-Heating): یکی از نکات مهم در دیتاشیت، جریان مصرفی سنسور است. اگر سنسور را در محیطی با جریان زیاد قرار دهید، خودش گرم می‌شود و خطا ایجاد می‌کند. جریان مصرفی آن بسیار کم است (حدود ۶۰ میکروآمپر) که این یک مزیت بزرگ است.
– دقت (Accuracy): دقت آن در دمای اتاق حدود ۰.۵^ است.

چرا LM35 بی‌نظیر است؟

– خروجی خطی: به ازای هر ۱ درجه سانتی‌گراد افزایش دما، خروجی سنسور ۱۰ میلی‌ولت (mV) افزایش می‌یابد. این یعنی برای محاسبات نیاز به فرمول‌های پیچیده ندارید!
– سادگی: نیاز به کالیبراسیون خارجی ندارد.
– دقت بالا: در دمای اتاق دقت بسیار خوبی دارد (معمولاً با خطای کمتر از ۰.۵ درجه).
– رنج کاری مناسب: از -۵۵ تا +۱۵۰ درجه سانتی‌گراد را پشتیبانی می‌کند (که برای اکثر پروژه‌های خانگی و صنعتی عالی است).

ساختار پایه‌ها (Pinout):

آموزش راه اندازی سنسور دما LM35

اگر سنسور را از سمت تخت آن به سمت خود بگیرید (پایه‌ها رو به پایین):
۱. پایه چپ (VCC): ولتاژ مثبت (معمولا ۴ تا ۳۰ ولت، ترجیحاً ۵ ولت آردوینو را وصل کنید).
۲. پایه وسط (Output): خروجی آنالوگ که باید به یکی از پین‌های Analog آردوینو وصل شود.
۳. پایه راست (GND): زمین (Ground).

تبدیل سیگنال در آردوینو

چرا وقتی `analogRead` می‌کنیم، عدد عجیبی می‌گیریم؟ اینجا جایی است که مهندسی وارد می‌شود.

۱. مفهوم ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال)

آردوینو Uno دارای یک ADC با دقت ۱۰ بیت است. این یعنی ولتاژ ورودی (۰ تا ۵ ولت) را به ۱۰۲۴ سطح مختلف تقسیم می‌کند.

نکته مهم: چون هر ۱ درجه دما برابر با ۱۰mV است و دقت آردوینو هر پله ۴.۸۸mV است، یعنی آردوینو می‌تواند تغییرات دما را با دقت حدود ۰.۵ درجه تشخیص دهد.

۲. بهبود دقت با روش میانگین‌گیری (Oversampling)

برای حذف نویزهای محیطی (مانند نویز برق شهر یا نویز موتورهای نزدیک)، نباید فقط یک بار سنسور را بخوانیم. بهتر است چندین بار بخوانیم و میانگین بگیریم.

آموزش راه اندازی سنسور دما LM35 با آردوینو

برای این پروژه به قطعات زیر نیاز دارید:

آموزش راه اندازی سنسور دما LM35

– برد آردوینو (Uno، Nano یا مدل‌های مشابه)
– سنسور دما LM35
– برد بورد و سیم‌های جامپر

مرحله ۱: بستن مدار

اتصال بسیار ساده است:
۱. پایه VCC سنسور را به ۵V آردوینو وصل کنید.
۲. پایه GND سنسور را به GND آردوینو وصل کنید.
۳. پایه وسط (Output) سنسور را به پین A0 آردوینو وصل کنید.

مرحله ۲: برنامه‌نویسی آردوینو

چون خروجی LM35 خطی است (۱۰ میلی‌ولت به ازای هر درجه)، ما باید مقدار عددی خوانده شده از پین آنالوگ (۰ تا ۱۰۲۳) را به ولتاژ تبدیل کرده و سپس ولتاژ را به دما تبدیل کنیم.

کد برنامه‌نویسی:

const int sensorPin = A0;

void setup() {
  // شروع ارتباط سریال برای نمایش دما در کامپیوتر
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // خواندن مقدار آنالوگ (بین ۰ تا ۱۰۲۳)
  int reading = analogRead(sensorPin);

  // تبدیل مقدار آنالوگ به ولتاژ (برحسب میلی‌ولت)
  // ۵۰۰۰ میلی‌ولت (۵ ولت) تقسیم بر ۱۰۲۴ بخش
  float voltage = (reading * 5000.0) / 1024.0;

  // تبدیل ولتاژ به دما (هر ۱۰ میلی‌ولت برابر ۱ درجه سلسیوس است)
  float temperatureC = voltage / 10.0;

  // چاپ دما در سریال مانیتور
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" C");

  delay(1000); // صبر برای خوانش بعدی (هر ثانیه)
}

۱۰

۱۱

۱۲

۱۳

۱۴

۱۵

۱۶

۱۷

۱۸

۱۹

۲۰

۲۱

۲۲

۲۳

۲۴

۲۵

۲۶

const int sensorPin = A0;

void setup() {

// شروع ارتباط سریال برای نمایش دما در کامپیوتر

Serial.begin(۹۶۰۰);

}

void loop() {

// خواندن مقدار آنالوگ (بین ۰ تا ۱۰۲۳)

int reading = analogRead(sensorPin);

// تبدیل مقدار آنالوگ به ولتاژ (برحسب میلی‌ولت)

// ۵۰۰۰ میلی‌ولت (۵ ولت) تقسیم بر ۱۰۲۴ بخش

float voltage = (reading * ۵۰۰۰.۰) / ۱۰۲۴.۰;

// تبدیل ولتاژ به دما (هر ۱۰ میلی‌ولت برابر ۱ درجه سلسیوس است)

float temperatureC = voltage / ۱۰.۰;

// چاپ دما در سریال مانیتور

Serial.print("Temperature: ");

Serial.print(temperatureC);

Serial.println(" C");

delay(۱۰۰۰); // صبر برای خوانش بعدی (هر ثانیه)

}

مرحله ۳: مشاهده نتیجه

۱. کد را روی آردوینو آپلود کنید.
۲. از منوی بالا، Serial Monitor (یا کلید ترکیبی Ctrl+Shift+M) را باز کنید.
۳. مطمئن شوید Baud Rate روی ۹۶۰۰ تنظیم شده است.
۴. حالا دمای محیط را به‌صورت زنده ببینید!

چند نکته طلایی برای دقت بیشتر

– نویز: اگر اعداد نوسان داشتند، از یک خازن کوچک (مثلاً ۰.۱ میکروفاراد) بین پایه خروجی (Output) و زمین (GND) استفاده کنید. این کار نویزهای محیطی را می‌گیرد.
– میانگین‌گیری: برای دقت بالاتر، می‌توانید ۱۰ بار دما را بخوانید و میانگین آن‌ها را چاپ کنید. این کار تأثیر نوسانات لحظه‌ای را به حداقل می‌رساند.
– حرارت خود سنسور: اگر سنسور را طولانی‌مدت روشن بگذارید، ممکن است به دلیل جریان داخلی کمی گرم شود. برای محیط‌های بسته، سعی کنید آن را کمی دورتر از برد اصلی یا منبع گرما قرار دهید.

امیدوارم مقاله آموزش راه اندازی سنسور دما LM35 به شما کمک کند تا پروژه‌تان را با موفقیت استارت بزنید! اگر در حین بستن مدار یا اجرای کد به سؤالی برخوردید، می‌توانید با ما در ارتباط باشید.