Расширение диапазона аналоговых значений от датчика температуры

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вы столкнетесь с некоторыми проблемами точности, такими как:

1. шум от линии 5В
2. самонагрев
3. возможное падение напряжения (из-за длины провода)

Я бы просто использовал однопроводной термометр, такой как DS18B20/DS18S20. Использование цифрового датчика менее невосприимчиво к шуму. Вы даже можете запустить его на гораздо большее расстояние. Уже есть библиотека для Arduino. Во всяком случае, это мой маршрут.

Идем своим маршрутом:

Если вам нужен только температурный диапазон от 20°C до 30°C, вам придется поиграться с вашим резистором, чтобы получить этот диапазон. Например, при 20°С номинальное сопротивление составляет 1922 Ом, а при 30°С — 2080 Ом.

Таким образом, состояния делителя напряжения дают:

Разница составляет 0,08778 В или 87,78 мВ. Так как аналог ардуино использует 10b (1023):$\frac{5V}{1023} = 4.888mV/\mathsf{step}$. Это должно было дать 17,9 шагов ($\frac{87.78mV}{4.888mV}$, так что давайте просто скажем 17. Если вы хотите уменьшить это до большего разрешения, вы можете подключить 3,3 В от порта FTDI Arduino к аналоговому опорному выводу. Однако запитайте делитель напряжения теми же 5 В. В вашей настройке void() используйте AnalogReference(EXTERNAL). Что это сделает, так это настроит ваш аналог на использование опорного напряжения 3,3 В вместо внутреннего опорного напряжения 5 В.

Теперь давайте сделаем еще немного математики:

Поскольку сейчас мы используем опорное напряжение 3,3 В, разрешение изменится на$\frac{3.3V}{1023} = 3.23mV/\mathsf{step}$. Теперь это даст 27,2 шага ($\frac{87.78mV}{3.23mV}$) (скажем так, 27 шагов).

Как видите, мы только что увеличили количество шагов с 17 до 27. В диапазоне 10С (30С-20С) теоретически можно получить разрешение 10С/27 = 0,37С. Я бы порекомендовал подключить конденсатор параллельно датчику для создания фильтра нижних частот первого порядка (пропускает низкие частоты и подавляет высокие частоты после отсечки со скоростью 20 дБ или 10-кратное подавление за декаду). Подключите этот конденсатор прямо между A0 и gnd (как можно ближе к A0). Отсекающий фильтр рассчитывается с использованием:

Допустим, вы используете резистор 1 кОм и конденсатор 1 мкФ:

Все, что вам нужно сделать сейчас, это поиграться со значением резистора (теперь оно должно быть больше 1k). Убедитесь, что в худшем случае напряжение не будет больше опорного.

Я бы, вероятно, выбрал резистор 2k:

$V_o = 5V\cdot\frac{1922}{1922 + 2000} = 2.450V$так что AnalogRead дает 759

$V_o = 5V\cdot\frac{2080}{2080 + 2000} = 2.549V$так что AnalogRead дает 790

В худшем случае: @150C -> 4280 Ом

$V_o = 5\cdot\frac{4280}{4280+2000} = 3.4V$(хорошо)

Разница 98,73 мВ -> 98,73 мВ/3,23 мВ -> 30 шагов

Фильтр нижних частот:$(2\cdot\pi\cdot2000\cdot0.000001)^{-1} = 79.6Hz$(Сигнал переменного тока на частоте 796 Гц снижается в 10 раз меньше, на частоте 7960 Гц меньше в 100 раз и т.д.).

Это может показаться не очень широким диапазоном цифровых чисел, но рассматривали ли вы усреднение (скажем) десяти показаний. Шум (если он обычно выше полосы пропускания, которую вам нужно измерить) может быть использован в ваших интересах с помощью процесса, называемого дизерингом. По сути, случайность шума даст вам разброс показаний для фиксированной температуры, а усреднение нескольких чисел даст большее разрешение. Процесс усреднения чисел представляет собой фильтр нижних частот, который (а) удаляет шум и (б) дает вам большее разрешение.

Вы упоминаете «аналоговые единицы», но ссылаетесь на цифровые значения, собранные с АЦП, поэтому я предлагаю вам сделать именно это — хотя бы попробовать и посмотреть, на что похожи вариации. Если у вас есть действительно хорошие стабильные сигналы в вашем АЦП, то можно попробовать некоторую форму усиления с помощью операционного усилителя. Если вы развязываете вход АЦП с помощью конденсатора, вы можете попробовать удалить его.