Kā izveidot ūdens plūsmas mērītāju: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Precīzu, mazu un lētu šķidruma plūsmas mērītāju var viegli izgatavot, izmantojot GreenPAK ™ komponentus. Šajā instrukcijā mēs piedāvājam ūdens plūsmas mērītāju, kas nepārtraukti mēra ūdens plūsmu un parāda to trīs 7 segmentu displejos. Plūsmas sensora mērījumu diapazons ir no 1 līdz 30 litriem minūtē. Sensora izeja ir digitāls PWM signāls ar frekvenci, kas ir proporcionāla ūdens plūsmas ātrumam.

Trīs GreenPAK programmējamās jaukto signālu matricas SLG46533 IC saskaita impulsu skaitu bāzes laikā T. Šis bāzes laiks tiek aprēķināts tā, lai impulsu skaits būtu vienāds ar plūsmas ātrumu šajā periodā, tad šis aprēķinātais skaitlis tiek parādīts 7 -tiek parādīti segmenti. Izšķirtspēja ir 0,1 litri/min.

Sensora izeja ir pievienota digitālai ieejai ar pirmās jaukta signāla matricas Schmitt sprūdu, kas saskaita daļskaitli. Mikroshēmas tiek kaskadētas kopā, izmantojot digitālo izeju, kas ir savienota ar jaukta signāla matricas digitālo ieeju. Katra ierīce ir savienota ar 7 segmentu kopējo katoda displeju, izmantojot 7 izejas.

Programmējamas GreenPAK jaukta signāla matricas izmantošana ir labāka nekā daudzi citi risinājumi, piemēram, mikrokontrolleri un diskrēti komponenti. Salīdzinot ar mikrokontrolleri, GreenPAK ir zemākas izmaksas, mazāks un vieglāk programmējams. Salīdzinot ar diskrētu loģisko integrālo shēmu dizainu, tā ir arī zemāka cena, vieglāk veidojama un mazāka.

Lai padarītu šo risinājumu komerciāli dzīvotspējīgu, sistēmai jābūt pēc iespējas mazākai un jāiekļauj ūdensnecaurlaidīgā, cietā korpusā, lai tā būtu izturīga pret ūdeni, putekļiem, tvaiku un citiem faktoriem, lai tā varētu darboties dažādos apstākļos.

Lai pārbaudītu dizainu, tika uzbūvēta vienkārša PCB. GreenPAK ierīces ir pievienotas šai PCB, izmantojot 20 kontaktu divrindu sieviešu galvenes savienotājus.

Testi tiek veikti pirmo reizi, izmantojot Arduino radītos impulsus, un otro reizi tika izmērīts mājas ūdens avota ūdens plūsmas ātrums. Sistēma ir parādījusi 99%precizitāti.

Atklājiet visas nepieciešamās darbības, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai kontrolētu ūdens plūsmas mērītāju. 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 ūdens plūsmas mērītāja kontrolei. Izpildiet tālāk aprakstītās darbības, ja vēlaties uzzināt, kā darbojas ķēde.

1. darbība: sistēmas vispārējs apraksts

Viens no visizplatītākajiem šķidruma plūsmas ātruma mērīšanas veidiem ir tieši tāds pats kā vēja ātruma mērīšanas princips ar anemometru: vēja ātrums ir proporcionāls anemometra rotācijas ātrumam. Šāda veida plūsmas sensora galvenā daļa ir sava veida zobrats, kura ātrums ir proporcionāls šķidruma plūsmas ātrumam, kas iet caur to.

Mēs izmantojām ūdens plūsmas sensoru YF-S201 no firmas URUK, kas parādīts 1. attēlā. Šajā sensorā Halles efekta sensors, kas uzstādīts uz zobrata, izvada impulsu ar katru apgriezienu. Izejas signāla frekvence ir parādīta formulā 1, kur Q ir ūdens plūsmas ātrums litros minūtē.

Piemēram, ja izmērītais plūsmas ātrums ir 1 litrs minūtē, izejas signāla frekvence ir 7,5 Hz. Lai plūsmas reālo vērtību parādītu formātā 1,0 litrs/minūtē, impulsi jāskaita 1,333 sekundes. 1,0 litra minūtē piemērā saskaitītais rezultāts būs 10, kas septiņu segmentu displejos tiks parādīts kā 01.0. Šajā lietojumprogrammā ir apskatīti divi uzdevumi: pirmais ir impulsu skaitīšana, bet otrais - skaitļa parādīšana, kad skaitīšanas uzdevums ir pabeigts. Katrs uzdevums ilgst 1,333 sekundes.

2. darbība. GreenPAK dizainera ieviešana

SLG46533 ir daudz daudzpusīgu kombinēto funkciju makroelementu, un tos var konfigurēt kā uzmeklēšanas tabulas, skaitītājus vai D-Flip-Flops. Šī modulitāte padara GreenPAK piemērotu lietojumprogrammai.

Programmai ir 3 posmi: posms (1) ģenerē periodisku digitālo signālu, lai pārslēgtos starp diviem sistēmas uzdevumiem, posms (2) skaita plūsmas sensora impulsus un posms (3) parāda daļskaitli.

3. darbība: pirmais posms: pārslēgšanas skaitīšana/parādīšana

Nepieciešama digitālā izeja “COUNT/DISP-OUT”, kas ik pēc 1,333 sekundēm maina stāvokli starp augstu un zemu. Kad tas ir augsts, sistēma skaita impulsus un, kad zems, parāda saskaitīto rezultātu. To var panākt, izmantojot vadu DFF0, CNT1 un OSC0, kā parādīts 2. attēlā.

OSC0 frekvence ir 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 ir konfigurēts kā skaitītājs, un tā pulksteņa ieeja ir savienota ar CLK/4 tā, lai CNT1 ieejas pulksteņa frekvence būtu 6,25 kHz. Pirmajam pulksteņa periodam, kas ilgst, kā parādīts 1. vienādojumā, CNT1 izvade ir augsta, un no nākamā pulksteņa signāla pieaugošās malas skaitītāja izeja ir zema un CNT1 sāk samazināties no 8332. Kad CNT1 dati sasniedz 0, tiek parādīts jauns impulss uz CNT1 izejas ģenerēts. Katrā CNT1 izejas augšupejošajā malā DFF0 izeja maina stāvokli, ja zems, tas pārslēdzas uz augstu un otrādi.

DFF0 izejas polaritāte ir jākonfigurē kā apgriezta. CNT1 ir iestatīts uz 8332, jo skaits/displeja laiks T ir vienāds, kā parādīts 2. vienādojumā.

4. solis: otrais posms: ievades impulsu skaitīšana

4 bitu skaitītājs tiek izgatavots, izmantojot DFF3/4/5/6, kā parādīts 4. attēlā. Šis skaitītājs palielinās par katru impulsu tikai tad, ja “COUNT/DISP-IN”, kas ir PIN 9, ir augsts. UN vārtu 2-L2 ieejas ir "COUNT/DISP-IN" un PWM ievade. Skaitītājs tiek atiestatīts, kad tas sasniedz 10 vai kad sākas skaitīšanas fāze. 4 bitu skaitītājs tiek atiestatīts, kad DFF RESET tapas, kas pievienotas vienam un tam pašam tīklam “RESET”, ir zemas.

4 bitu LUT2 tiek izmantots, lai atiestatītu skaitītāju, kad tas sasniedz 10. Tā kā DFF izejas ir apgrieztas, skaitļi tiek definēti, apgriežot visus to bināro atveidojumu bitus: samainot 0s uz 1s un otrādi. Šo attēlojumu sauc par 1 bināro skaitļu papildinājumu. 4 bitu LUT2 ieejas IN0, IN1, IN2 un IN3 ir attiecīgi savienotas ar a0, a1, a2, a3 un a3. Patiesības tabula 4-LUT2 ir parādīta 1. tabulā.

Kad ir reģistrēti 10 impulsi, 4-LUT0 izeja pārslēdzas no augsta uz zemu. Šajā brīdī CNT6/DLY6 izvade, kas konfigurēta darbam viena kadra režīmā, 90 ns periodā pārslēdzas uz zemu un pēc tam atkal ieslēdzas. Tāpat, kad “COUNT/DISP-IN” pārslēdzas no zemas uz augstu, tas ir. sistēma sāk skaitīt impulsus. CNT5/DLY5 izvade, kas konfigurēta darbam viena kadra režīmā, pārslēdzas pārāk zemu uz 90 ns un pēc tam atkal ieslēdzas. Ir ļoti svarīgi kādu laiku uzturēt pogu RESET zemā līmenī un to atkal ieslēgt, izmantojot CNT5 un CNT6, lai dotu laiku visu DFF atiestatīšanai. Kavēšanās 90 ns neietekmē sistēmas precizitāti, jo maksimālā PWM signāla frekvence ir 225 Hz. CNT5 un CNT6 izejas ir savienotas ar AND vārtu ieejām, kas izvada RESET signālu.

4-LUT2 izeja ir pievienota arī 4. tapai ar apzīmējumu "F/10-OUT", kas tiks savienota ar nākamās mikroshēmas skaitīšanas posma PWM ieeju. Piemēram, ja daļskaitīšanas ierīces "PWM-IN" ir pievienots sensora PWM izejai un tā "F/10-OUT" ir pievienots vienību skaitīšanas ierīces un "PWM-IN" F/10-OUT "ir savienots ar desmito skaitīšanas ierīces" PWM-IN "un tā tālāk. Visu šo posmu "COUNT/DISP-IN" ir jāpievieno tam pašam "COUNT/DISP-OUT" jebkurai no 3 daļskaitīšanas ierīces ierīcēm.

5. attēlā ir detalizēti paskaidrots, kā darbojas šis posms, parādot, kā izmērīt plūsmas ātrumu 1,5 litri minūtē.

5. solis: trešais posms: izmērītās vērtības parādīšana

Šajā posmā ir ieejas: a0, a1, a2 un a3 (apgriezti), un tas tiks izvadīts uz tapām, kas savienotas ar 7 segmentu displeju. Katram segmentam ir loģiska funkcija, ko veic pieejamie LUT. 4 bitu LUT var paveikt darbu ļoti viegli, bet diemžēl ir pieejams tikai 1. Segmentam G tiek izmantots 4 bitu LUT0, bet pārējiem segmentiem mēs izmantojām 3 bitu LUT pāri, kā parādīts 6. attēlā. Kreisākajos 3 bitu LUT ieejās ir pievienots a2/a1/a0, bet labajā pusē 3 bitu LUT ieejām ir pievienots a3.

Visas uzmeklēšanas tabulas var izsecināt no 7. tabulas dekodētāja patiesības tabulas, kas parādīta 2. tabulā. Tās ir parādītas 3. tabulā, 4. tabulā, 5. tabulā, 6. tabulā, 7. tabulā, 8. tabulā, 9. tabulā.

GPIO vadības tapas, kas kontrolē 7 segmentu displeju, ir savienotas ar "COUNT/DISP-IN" caur invertoru kā izejas, kad "COUNT/DISP-IN" ir zems, kas nozīmē, ka displejs tiek mainīts tikai displeja uzdevuma laikā. Tāpēc skaitīšanas uzdevuma laikā displeji ir izslēgti, un uzdevuma parādīšanas laikā tie parāda saskaitītos impulsus.

Decimāldaļas indikators var būt vajadzīgs kaut kur 7 segmentu displejā. Šī iemesla dēļ PIN5 ar apzīmējumu "DP-OUT" ir pievienots apgrieztam "COUNT/DISP" tīklam, un mēs to savienojam ar atbilstošā displeja DP. Mūsu lietojumprogrammā mums ir jāparāda vienību skaitīšanas ierīces decimāldaļa, lai parādītu ciparus formātā "xx.x", tad mēs savienosim vienību skaitīšanas ierīces "DP-OUT" ar ierīces 7- DP ieeju. segmenta displejs, un pārējos atstājam nesaistītus.

6. darbība. Aparatūras ieviešana

7. attēlā parādīts savienojums starp 3 GreenPAK mikroshēmām un katras mikroshēmas savienojumiem ar atbilstošo displeju. GreenPAK decimāldaļas izeja ir savienota ar 7 segmentu displeja DP ieeju, lai parādītu plūsmas ātrumu pareizā formātā ar izšķirtspēju 0,1 litri minūtē. LSB mikroshēmas PWM ieeja ir pievienota ūdens plūsmas sensora PWM izejai. Ķēdes F/10 izejas ir savienotas ar nākamās mikroshēmas PWM ieejām. Sensoriem ar lielāku plūsmas ātrumu un/vai lielāku precizitāti, var pievienot vairāk mikroshēmu, lai pievienotu vairāk ciparu.

7. darbība: rezultāti

Lai pārbaudītu sistēmu, mēs izveidojām vienkāršu PCB, kurai ir savienotāji GreenPAK ligzdu pievienošanai, izmantojot 20 kontaktu divrindu sieviešu galvenes. Šīs PCB shēma un izkārtojums, kā arī fotoattēli ir parādīti pielikumā.

Vispirms sistēma tika pārbaudīta ar Arduino, kas simulē plūsmas ātruma sensoru un ūdens avotu ar nemainīgu, zināmu plūsmas ātrumu, ģenerējot impulsus pie 225 Hz, kas atbilst attiecīgi 30 litru minūtē. Mērīšanas rezultāts bija vienāds ar 29,7 litriem minūtē, kļūda ir aptuveni 1 %.

Otrais tests tika veikts ar ūdens plūsmas ātruma sensoru un mājas ūdens avotu. Mērījumi pie dažādiem plūsmas ātrumiem bija 4,5 un 12,4.

Secinājums

Šī pamācība parāda, kā izveidot nelielu, lētu un precīzu plūsmas mērītāju, izmantojot Dialog SLG46533. Pateicoties GreenPAK, šis dizains ir mazāks, vienkāršāks un vieglāk veidojams nekā salīdzināmi risinājumi.

Mūsu sistēma var izmērīt plūsmas ātrumu līdz 30 litriem minūtē ar 0,1 litru izšķirtspēju, bet mēs varam izmantot vairāk GreenPAK, lai izmērītu lielākus plūsmas ātrumus ar lielāku precizitāti atkarībā no plūsmas sensora. Dialog GreenPAK balstīta sistēma var darboties ar plašu turbīnu plūsmas mērītāju klāstu.

Ierosinātais risinājums bija paredzēts ūdens plūsmas ātruma mērīšanai, taču to var pielāgot lietošanai ar jebkuru sensoru, kas izvada PWM signālu, piemēram, gāzes plūsmas ātruma sensoru.