DIY temperatuuri ja sagedusmuundur: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Temperatuuriandurid on üks olulisemaid füüsikalisi andureid, sest paljusid erinevaid protsesse (ka igapäevaelus) reguleerib temperatuur. Peale selle võimaldab temperatuuri mõõtmine kaudselt määrata ka teisi füüsikalisi parameetreid, nagu aine voolukiirus, vedeliku tase jne. Tavaliselt muudavad andurid mõõdetud füüsilise väärtuse analoogsignaaliks ja temperatuuriandurid pole siin erand. CPU või arvuti töötlemiseks tuleb analoogtemperatuurisignaal teisendada digitaalseks vormiks. Selliseks muundamiseks kasutatakse tavaliselt kalleid analoog-digitaalmuundureid (ADC).

Selle juhendi eesmärk on töötada välja ja tutvustada lihtsustatud tehnikat analoogsignaali otseseks teisendamiseks temperatuuriandurilt proportsionaalse sagedusega digitaalsignaaliks, kasutades GreenPAK ™ -i. Seejärel saab digitaalsignaali sagedust, mis varieerub sõltuvalt temperatuurist, üsna hõlpsalt mõõta üsna suure täpsusega ja seejärel teisendada vajalikeks mõõtühikuteks. Selline otsene muundamine on ennekõike huvitav selle poolest, et pole vaja kasutada kalleid analoog-digitaalmuundureid. Samuti on digitaalsignaali edastamine usaldusväärsem kui analoog.

Allpool kirjeldasime samme, mida on vaja mõista, kuidas GreenPAK kiip on programmeeritud temperatuuri muutmiseks sagedusmuunduriks. Kui aga soovite lihtsalt programmeerimise tulemust saada, laadige GreenPAKi tarkvara alla, et vaadata juba valminud GreenPAK disainifaili. Ühendage GreenPAK arenduskomplekt arvutiga ja vajutage programmi, et luua kohandatud IC sagedusmuunduri jaoks.

Samm: disainianalüüs

Sõltuvalt konkreetsetest nõuetest, eelkõige temperatuurivahemikus ja täpsuses, saab kasutada erinevat tüüpi temperatuuriandureid ja nende signaalitöötlusahelaid. Kõige laialdasemalt kasutatakse NTC termistore, mis temperatuuri tõustes vähendavad oma elektritakistuse väärtust (vt joonis 1). Neil on oluliselt kõrgem temperatuuritaluvuskoefitsient võrreldes metalltakistusanduritega (RTD) ja need maksavad palju vähem. Termistoride peamine puudus on nende mittelineaarne sõltuvus iseloomulikust "takistus vs temperatuur". Meie puhul ei mängi see olulist rolli, kuna muundamise ajal on sagedus täpselt vastavuses termistori takistusega ja seega ka temperatuuriga.

Joonis 1 näitab termistori takistuse ja temperatuuri graafilist sõltuvust (mis on võetud tootja andmelehtedelt). Oma disaini jaoks kasutasime kahte sarnast NTC termistorit, mille tüüpiline takistus oli 25 ° C juures 10 kOhm.

Põhiside temperatuurisignaali otseseks muundamiseks proportsionaalse sagedusega väljundsignaaliks on termistori R1 kasutamine koos kondensaatoriga C1 generaatori sageduse seadistamise R1C1 ahelas klassikalise rõnga osana ostsillaator, kasutades kolme “NAND” loogikaelementi. R1C1 ajakonstant sõltub temperatuurist, sest temperatuuri muutudes muutub vastavalt ka termistori takistus.

Digitaalse väljundsignaali sagedust saab arvutada valemi 1 abil.

2. samm: temperatuuri ja sagedusmuundurid SLG46108V alusel

Seda tüüpi ostsillaatorid lisavad tavaliselt takisti R2, et piirata voolu läbi sisenddioodide ja vähendada vooluahela sisendelementide koormust. Kui R2 takistuse väärtus on palju väiksem kui R1 takistus, siis see tegelikult generatsioonisagedust ei mõjuta.

Järelikult ehitati GreenPAK SLG46108V põhjal kaks temperatuuri -sagedusmuunduri varianti (vt joonis 5). Nende andurite rakendusahel on näidatud joonisel 3.

Disain, nagu me juba ütlesime, on üsna lihtne, see on ahel kolmest NAND -elemendist, mis moodustavad rõngaostsillaatori (vt joonis 4 ja joonis 2), millel on üks digitaalsisend (PIN#3) ja kaks digitaalset väljundit (PIN #6 ja PIN#8) välise vooluahelaga ühendamiseks.

Joonisel 5 olevad fotokohad näitavad aktiivseid temperatuuriandureid (ühe sendine münt on skaala jaoks).

3. samm: mõõtmised

Mõõtmisi tehti, et hinnata nende aktiivsete temperatuuriandurite õiget funktsiooni. Meie temperatuuriandur paigutati kontrollitud kambrisse, mille sees olevat temperatuuri saab muuta täpsusega 0,5 ° С. Salvestati digitaalse väljundsignaali sagedus ja tulemused on esitatud joonisel 6.

Nagu näidatud jooniselt näha, langevad sagedusmõõtmised (rohelised ja sinised kolmnurgad) peaaegu täielikult kokku ülaltoodud valemi 1 teoreetiliste väärtustega (mustad ja punased jooned). Järelikult töötab see temperatuuri sageduseks muutmise meetod õigesti.

Samm: kolmas aktiivne temperatuuriandur, mis põhineb SLG46620V

Samuti ehitati kolmas aktiivne temperatuuriandur (vt joonis 7), et näidata lihtsa töötlemise võimalust nähtava temperatuurinäidikuga. Kasutades GreenPAK SLG46620V, mis sisaldab 10 viivituselementi, oleme ehitanud kümme sagedusandurit (vt joonis 9), millest igaüks on konfigureeritud tuvastama ühe kindla sagedusega signaali. Sel viisil konstrueerisime lihtsa termomeetri, millel oli kümme kohandatavat näidupunkti.

Joonis 8 näitab aktiivse anduri ülemise taseme skemaati koos näidikutega kümne temperatuuripunkti jaoks. See lisafunktsioon on mugav, kuna temperatuuri on võimalik visuaalselt hinnata ilma loodud digitaalsignaali eraldi analüüsimata.

Järeldused

Selles juhendis pakkusime välja meetodi temperatuurianduri analoogsignaali teisendamiseks sagedusmoduleeritud digitaalsignaaliks, kasutades Dialogi GreenPAK tooteid. Termistoride kasutamine koos GreenPAK-iga võimaldab prognoositavaid mõõtmisi ilma kallite analoog-digitaalmuundurite kasutamiseta ja vältides analoogsignaalide mõõtmise nõuet. GreenPAK on ideaalne lahendus seda tüüpi kohandatavate andurite väljatöötamiseks, nagu on näidatud konstrueeritud ja testitud prototüüpide näidetes. GreenPAK sisaldab suurt hulka funktsionaalseid elemente ja vooluahela plokke, mis on vajalikud erinevate vooluahela lahenduste elluviimiseks ning see vähendab oluliselt lõpprakendusahela väliste komponentide arvu. Madal energiatarve, väike kiibi suurus ja madal hind on lisaboonus GreenPAKi valimiseks paljude vooluahelate disainide peamiseks kontrolleriks.