Mô đun cảm biến nhiệt độ là gì? So Sánh và Đánh Giá

Mô đun cảm biến nhiệt độ, một thiết bị mà bất cứ một sinh viên điện tử nào cũng ít nhất một lần được gặp trong quá trình học tập của mình. Dù rằng cảm biến chỉ mang tính chất học tập nhưng cũng giúp ích cho các bạn sinh viên tiếp cận được cách mà cảm biến nhiệt độ đo và giải mã khi giao tiếp với các bộ lập trình.

Mô đun cảm biến nhiệt độ là gì?

Mô đun cảm biến nhiệt độ bao gồm cảm biến nhiệt độ và thiết bị giải mã để hiển thị, lập trình điều khiển giá trị nhiệt độ đo được từ cảm biến.

Một mô đun cảm biến nhiệt độ sẽ bao gồm 2 thành phần chính:

• Cảm biến nhiệt độ
• Mạch xử lý tín hiệu hay còn gọi là mô đun xử lý

Đây là hai thành phần không thể tách rời nhau khi dùng để đo nhiệt độ & điều khiển.

Mô đun cảm biến nhiệt độ bao gồm hai phần chính:

Cảm biến nhiệt độ

Đây là thành phần chính dùng để đo nhiệt độ. Có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau.

1. • Điện trở nhiệt (RTD): đo được với hầu hết các ứng dụng có độ chính xác cao và phổ biến nhất trong công nghiệp.
   • Cặp nhiệt điện (TC): được sử dụng để đo nhiệt độ cao nhưng độ chính xác tương đối thấp.
   • Thermistor: NTC và PTC có độ nhạy cao với môi trường nên được dùng nhiều trong các ứng dụng đòi hỏi chính xác cao.
   • IC cảm biến nhiệt độ: Sử dụng mạch điện tử để đo nhiệt độ và cung cấp tín hiệu đầu ra dạng kỹ thuật số hoặc analog.
   • Cảm biến nhiệt độ arduino: đây là loại chỉ đi theo các bo mạch của arduino sản xuất và không theo một tiêu chuẩn nào khác trên thế giới.

Mạch xử lý:

Mạch này có nhiệm vụ khuếch đại, lọc và điều chỉnh tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ thành tín hiệu điện có thể đọc được. Đối với cảm biến nhiệt độ công nghiệp thì đây chính là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.

Mô-đun cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

• Học tập: các bạn sinh viên đang tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ thì mô-đun cảm biến nhiệt độ là thiết bị đơn giản và dễ tìm hiểu nhất.
• Thiết bị gia dụng: Tủ lạnh, lò nướng, máy giặt, máy nước nóng,…
• Công nghiệp: trong công nghiệp thì hoàn toàn không có các mô đun cảm biến nhiệt độ mà chỉ có cảm biến nhiệt độ Pt100 hoặc can nhiệt Thermocouple và bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.
• Nông nghiệp: Theo dõi nhiệt độ trong nhà kính, chuồng trại, giúp kiểm soát môi trường cho cây trồng và vật nuôi. Ngày nay, mình đã thấy nhiều nơi sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp thay thế cho các mô đun cảm biến nhiệt độ.

Lợi ích của mô-đun cảm biến nhiệt độ:

• Giá thành rẻ: Đây là thiết rẻ tiền nhất mà bất cứ ai cũng có thể tiếp cận để mua và tìm hiểu được.
• Độ chính xác cao: Có thể đo nhiệt độ với độ chính xác khá cao, sai số nhỏ trong phạm vi nhất định.
• Dễ sử dụng: Nhiều mô-đun được tích hợp sẵn mạch xử lý, giúp người dùng dễ dàng kết nối và sử dụng.
• Kích thước nhỏ gọn: Tiết kiệm không gian lắp đặt.
• Độ bền cao: Hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến nhiệt độ arduino

Cảm biến nhiệt độ arduino nằm trong series mô đun cảm biến nhiệt độ được các bạn học sinh – sinh viên học tập khi ngồi trên ghế nhà trường. Dù rẳng tất cả các cảm biến này đều không được sử dụng trong thực tế nhưng cũng phần nào giúp các bạn sinh viên tiếp cận với các loại cảm biến nhiệt độ ở mức cơ bản nhất.

Dưới đây là một số loại cảm biến nhiệt độ Arduino thường dùng:

Cảm biến nhiệt độ DS18B20:

• Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số có độ phân giải 9-12 bit, sử dụng giao thức 1-Wire để truyền thông với Arduino.
• Ưu điểm: giá rẻ, dễ sử dụng, có thể kết nối nhiều cảm biến trên cùng một bus, giá thành rẻ.
• Nhược điểm: dù mang trong mình là cảm biến nhiệt độ tương tự cảm biến dùng trong công nghiệp nhưng bản chất vẫn là loại cảm biến dùng để nghiên cứu, học tập hơn là sử dụng trong thực tế.

Cảm biến nhiệt độ LM35 arduino:

• Cảm biến nhiệt độ LM35 arduino có ngõ ra analog cứ 10mV tương đương độ ( o C ), cảm biến nhiệt độ LM35 cần đi chung với mạch Arduino để giải mã.
• Ưu điểm: Độ chính xác cao, dễ sử dụng, giá thành rẻ.
• Nhược điểm: cần thêm mạch giải mã của Arduino.

Cảm biến nhiệt độ TMP36:

• TMP36 Là loại cảm biến nhiệt độ analog tương tự LM35, nhưng có độ chính xác cao hơn và có thể đo được nhiệt độ thấp hơn.
• Ưu điểm: khả năng chịu nhiệt cao hơn từ -40…+125oC, cảm giác bền hơn TMP35.
• Nhược điểm: Giá thành cao hơn LM35.

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11:

• Temperature Humidity Sensor Là loại cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cung cấp cả hai giá trị nhiệt độ và độ ẩm môi trường.
• Ưu điểm: Dễ sử dụng, giá thành rẻ.
• Nhược điểm: sai số 2oC.

Cảm biến nhiệt độ MAX6675:

• Cảm biến nhiệt độ Thermocouple loại K có độ nhạy khá cao nhưng độ chính xác tương đối thấp so với các loại khác. Để sử dụng cảm biến phải đi kèm mạch giải mã MAX6675.
• Ưu điểm: kích thước nhỏ gọn tương tư như cảm biến nhiệt độ dùng trong công nghiệp
• Nhược điểm: nhiệt độ làm việc nhỏ từ -20…+85oC. Loại Cảm biến nhiệt độ MAX6675 cần đi kèm mạch nhỏ MAX6675 để giải mã trước khi vào mạch Arduino.

Cách kết nối cảm biến nhiệt độ với Arduino:

Mỗi loại cảm biến nhiệt độ có cách kết nối khác nhau với Arduino. Dưới đây là ví dụ về cách kết nối cảm biến DS18B20 với Arduino:

1. Cài đặt thư viện: Cài đặt thư viện OneWire và DallasTemperature từ thư viện Arduino.
2. Kết nối:
   • Kết nối chân data của cảm biến DS18B20 với chân PINcủa Arduino.
   • Kết nối chân VCC/Vdd của cảm biến DS18B20 với chân 5V của Arduino.
   • Kết nối chân GND của cảm biến DS18B20 với chân GND của Arduino.
   • Điện trở 4.7 K ohm giữa PIN Vdd và Data
3. Viết mã: Viết mã Arduino để đọc giá trị nhiệt độ từ cảm biến DS18B20 và hiển thị lên màn hình LCD hoặc in ra màn hình seri.

Ví dụ mã Arduino để đọc giá trị nhiệt độ từ cảm biến DS18B20:

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 9

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {

  Serial.begin(9600);

  sensors.begin();

}

void loop() {

  sensors.requestTemperatures(); // Yêu cầu cập nhật giá trị nhiệt độ

  float temperature = sensors.getTempCByIndex(0); // Lấy giá trị nhiệt độ từ cảm biến đầu tiên

  if (sensors.isError(0)) {

    Serial.println(“Failed to read from sensor!”);

  } else {

    Serial.print(“Temperature: “);

    Serial.print(temperature);

    Serial.println(” °C”);

  }

  delay(5000);

}

Theo mình thì mô đun cảm biến nhiệt độ giúp ích nhiều cho các bạn mới làm quen với lập trình hoặc giao tiếp với các linh kiên điện tử. Trên thực tế chúng ta không nên sử dụng các mô đun cảm biến nhiệt độ để ứng dụng vào đo lường bởi các linh kiện này có tuổi thọ rất ngắn và độ chính xác không cao so với các loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp.

Chúc các bạn thành công !

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa