DIY temperatūras un frekvences pārveidotājs: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Temperatūras sensori ir viens no vissvarīgākajiem fizisko sensoru veidiem, jo daudzus dažādus procesus (arī ikdienas dzīvē) regulē temperatūra. Turklāt temperatūras mērīšana ļauj netieši noteikt citus fiziskos parametrus, piemēram, vielas plūsmas ātrumu, šķidruma līmeni utt. Parasti sensori pārveido izmērīto fizisko vērtību par analogo signālu, un temperatūras sensori šeit nav izņēmums. Lai apstrādātu CPU vai dators, analogās temperatūras signāls jāpārvērš digitālā formā. Šādai pārveidei parasti tiek izmantoti dārgi analogie un digitālie pārveidotāji (ADC).

Šīs pamācības mērķis ir izstrādāt un prezentēt vienkāršotu paņēmienu analogā signāla tiešai pārvēršanai no temperatūras sensora uz ciparu signālu ar proporcionālu frekvenci, izmantojot GreenPAK ™. Pēc tam digitālā signāla frekvenci, kas mainās atkarībā no temperatūras, var vieglāk izmērīt ar diezgan augstu precizitāti un pēc tam pārvērst vajadzīgajās mērvienībās. Šāda tieša pārveidošana, pirmkārt, ir interesanta ar to, ka nav nepieciešams izmantot dārgus analog-ciparu pārveidotājus. Turklāt digitālā signāla pārraide ir uzticamāka nekā analogā.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai izveidotu temperatūras un frekvences pārveidotāju. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu pielāgotu IC temperatūras un frekvences pārveidotājam.

1. darbība: dizaina analīze

Atkarībā no īpašām prasībām, galvenokārt temperatūras diapazonā un precizitātē, var izmantot dažāda veida temperatūras sensorus un to signālu apstrādes shēmas. Visplašāk tiek izmantoti NTC termistori, kas, palielinoties temperatūrai, samazina to elektriskās pretestības vērtību (sk. 1. attēlu). Tiem ir ievērojami augstāks temperatūras pretestības koeficients, salīdzinot ar metāla pretestības sensoriem (RTD), un tie maksā daudz mazāk. Termistoru galvenais trūkums ir to nelineārā atkarība no raksturīgās "pretestības pret temperatūru". Mūsu gadījumā tam nav būtiskas nozīmes, jo pārveidošanas laikā ir precīza frekvences atbilstība termistoru pretestībai un līdz ar to arī temperatūrai.

1. attēlā parādīta termistora pretestības grafiskā atkarība no temperatūras (kas ņemta no ražotāja datu lapām). Savā dizainā mēs izmantojām divus līdzīgus NTC termistorus ar tipisku pretestību 10 kOhm 25 ° C temperatūrā.

Pamatideja par temperatūras signāla tiešu pārveidošanu proporcionālas frekvences izejas digitālajā signālā ir termistora R1 izmantošana kopā ar kondensatoru C1 ģeneratora frekvences iestatīšanas ķēdē R1C1 kā daļa no klasiskā gredzena. oscilators, izmantojot trīs “NAND” loģikas elementus. R1C1 laika konstante ir atkarīga no temperatūras, jo, mainoties temperatūrai, attiecīgi mainīsies termistora pretestība.

Izejas digitālā signāla frekvenci var aprēķināt, izmantojot formulu 1.

2. darbība: temperatūras un frekvences pārveidotāji, pamatojoties uz SLG46108V

Šāda veida oscilatori parasti pievieno rezistoru R2, lai ierobežotu strāvu caur ieejas diodēm un samazinātu ķēdes ieejas elementu slodzi. Ja R2 pretestības vērtība ir daudz mazāka par R1 pretestību, tad tā faktiski neietekmē ģenerēšanas frekvenci.

Līdz ar to, pamatojoties uz GreenPAK SLG46108V, tika konstruēti divi temperatūras un frekvences pārveidotāja varianti (sk. 5. attēlu). Šo sensoru pielietošanas shēma ir parādīta 3. attēlā.

Dizains, kā mēs jau teicām, ir diezgan vienkāršs, tā ir trīs NAND elementu ķēde, kas veido gredzena oscilatoru (sk. 4. un 2. attēlu) ar vienu digitālo ieeju (PIN#3) un divām digitālajām izejām (PIN #6 un PIN#8) savienošanai ar ārējām shēmām.

Fotoattēlu vietas 5. attēlā parāda aktīvos temperatūras sensorus (viena centa monēta ir mērogam).

3. darbība: mērījumi

Tika veikti mērījumi, lai novērtētu šo aktīvo temperatūras sensoru pareizo darbību. Mūsu temperatūras sensors tika ievietots kontrolētā kamerā, kuras iekšējo temperatūru varēja mainīt līdz 0,5 ° С precizitātei. Tika reģistrēta izejas digitālā signāla frekvence, un rezultāti ir parādīti 6. attēlā.

Kā redzams attēlā, frekvences mērījumi (zaļie un zilie trīsstūri) gandrīz pilnībā sakrīt ar teorētiskajām vērtībām (melnās un sarkanās līnijas) saskaņā ar iepriekš sniegto formulu 1. Līdz ar to šī temperatūras pārveidošanas metode frekvencē darbojas pareizi.

4. solis: trešais aktīvais temperatūras sensors, kura pamatā ir SLG46620V

Tika uzbūvēts arī trešais aktīvais temperatūras sensors (sk. 7. attēlu), lai parādītu vienkāršas apstrādes iespēju ar redzamu temperatūras indikāciju. Izmantojot GreenPAK SLG46620V, kurā ir 10 aizkaves elementi, esam izveidojuši desmit frekvences detektorus (skat. 9. attēlu), katrs no tiem ir konfigurēts noteikt vienas frekvences signālu. Tādā veidā mēs izveidojām vienkāršu termometru ar desmit pielāgojamiem indikācijas punktiem.

8. attēlā parādīta aktīvā sensora augšējā līmeņa shēma ar displeja indikatoriem desmit temperatūras punktiem. Šī papildu funkcija ir ērta, jo ir iespējams vizuāli novērtēt temperatūras vērtību, atsevišķi neanalizējot ģenerēto digitālo signālu.

Secinājumi

Šajā pamācībā mēs piedāvājām metodi temperatūras sensora analogā signāla pārveidošanai par frekvences modulētu digitālo signālu, izmantojot GreenPAK produktus no Dialog. Termistoru izmantošana kopā ar GreenPAK ļauj veikt paredzamus mērījumus, neizmantojot dārgus analog-ciparu pārveidotājus un izvairoties no prasības mērīt analogos signālus. GreenPAK ir ideāls risinājums šāda veida pielāgojamu sensoru izstrādei, kā parādīts konstruēto un pārbaudīto prototipu piemēros. GreenPAK satur lielu skaitu funkcionālu elementu un ķēdes bloku, kas nepieciešami dažādu shēmu risinājumu ieviešanai, un tas ievērojami samazina galīgās pielietošanas ķēdes ārējo komponentu skaitu. Zems enerģijas patēriņš, mazs mikroshēmas izmērs un zemas izmaksas ir papildu bonuss, izvēloties GreenPAK kā galveno kontrolieri daudzām shēmu konstrukcijām.