„Pasidaryk pats“temperatūros ir dažnio keitiklis: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Temperatūros jutikliai yra viena iš svarbiausių fizinių jutiklių rūšių, nes daugelį skirtingų procesų (taip pat ir kasdieniame gyvenime) reguliuoja temperatūra. Be to, temperatūros matavimas leidžia netiesiogiai nustatyti kitus fizinius parametrus, tokius kaip medžiagos srautas, skysčio lygis ir tt. Paprastai jutikliai išmatuotą fizinę vertę paverčia analoginiu signalu, o temperatūros jutikliai čia nėra išimtis. Norėdami apdoroti procesorių ar kompiuterį, analoginis temperatūros signalas turi būti paverstas skaitmenine forma. Tokiai konversijai dažniausiai naudojami brangūs analoginiai ir skaitmeniniai keitikliai (ADC).

Šios instrukcijos tikslas yra sukurti ir pristatyti supaprastintą metodą, skirtą tiesiogiai paversti analoginį signalą iš temperatūros jutiklio į skaitmeninį signalą proporcingu dažniu, naudojant GreenPAK ™. Vėliau skaitmeninio signalo dažnį, kuris kinta priklausomai nuo temperatūros, galima lengviau išmatuoti gana dideliu tikslumu ir tada paversti reikiamais matavimo vienetais. Tokia tiesioginė transformacija visų pirma įdomi tuo, kad nereikia naudoti brangių analoginio-skaitmeninio keitiklio. Be to, skaitmeninis signalo perdavimas yra patikimesnis nei analoginis.

Žemiau aprašėme veiksmus, kurių reikia norint suprasti, kaip „GreenPAK“lustas buvo užprogramuotas taip, kad sukurtų temperatūros ir dažnio keitiklį. Tačiau, jei norite gauti programavimo rezultatą, atsisiųskite „GreenPAK“programinę įrangą, kad peržiūrėtumėte jau užpildytą „GreenPAK“dizaino failą. Prijunkite „GreenPAK Development Kit“prie kompiuterio ir paspauskite programą, kad sukurtumėte pasirinktinį temperatūros ir dažnio keitiklio IC.

1 žingsnis: dizaino analizė

Atsižvelgiant į konkrečius reikalavimus, visų pirma temperatūros diapazoną ir tikslumą, gali būti naudojami įvairių tipų temperatūros jutikliai ir jų signalų apdorojimo grandinės. Plačiausiai naudojami NTC termistoriai, kurie, didėjant temperatūrai, mažina jų elektrinės varžos vertę (žr. 1 pav.). Jie turi žymiai didesnį atsparumo temperatūrai koeficientą, palyginti su metaliniais varžiniais jutikliais (RTD), ir kainuoja daug pigiau. Pagrindinis termistorių trūkumas yra jų netiesinė priklausomybė nuo būdingo „atsparumo ir temperatūros“. Mūsų atveju tai nevaidina reikšmingo vaidmens, nes konversijos metu yra tikslus dažnio ir termistoriaus atsparumo, taigi ir temperatūros, atitikimas.

1 paveiksle parodyta grafinė termistoriaus varžos priklausomybė nuo temperatūros (kurios buvo paimtos iš gamintojo duomenų lapų). Savo dizainui mes panaudojome du panašius NTC termistorius, kurių tipinis atsparumas 10 kOhm esant 25 ° C temperatūrai.

Pagrindinė tiesioginio temperatūros signalo pavertimo proporcinio dažnio išėjimo skaitmeniniu signalu idėja yra termistoriaus R1 naudojimas kartu su kondensatoriumi C1 generatoriaus dažnio nustatymo grandinėje R1C1 kaip klasikinio žiedo dalis. generatorius, naudojant tris „NAND“logikos elementus. R1C1 laiko konstanta priklauso nuo temperatūros, nes pasikeitus temperatūrai, atitinkamai pasikeis ir termistoriaus varža.

Išvesties skaitmeninio signalo dažnį galima apskaičiuoti naudojant „Formulę 1“.

2 žingsnis: temperatūros ir dažnio keitikliai, pagrįsti SLG46108V

Šio tipo osciliatoriai paprastai prideda rezistorių R2, kad apribotų srovę per įvesties diodus ir sumažintų grandinės įvesties elementų apkrovą. Jei R2 pasipriešinimo vertė yra daug mažesnė už R1 varžą, tai iš tikrųjų neturi įtakos generavimo dažniui.

Taigi, remiantis „GreenPAK SLG46108V“, buvo sukurti du temperatūros ir dažnio keitiklio variantai (žr. 5 paveikslą). Šių jutiklių taikymo grandinė pateikta 3 paveiksle.

Dizainas, kaip jau minėjome, yra gana paprastas, tai yra trijų NAND elementų grandinė, sudaranti žiedinį generatorių (žr. 4 ir 2 paveikslus) su viena skaitmenine įvestimi (PIN Nr. 3) ir dviem skaitmeniniais išėjimais (PIN #6 ir PIN#8) prijungimui prie išorinės grandinės.

Nuotraukų vietose 5 paveiksle pavaizduoti aktyvūs temperatūros jutikliai (vieno cento moneta skirta masteliui).

3 žingsnis: matavimai

Buvo atlikti matavimai, siekiant įvertinti teisingą šių aktyvių temperatūros jutiklių funkciją. Mūsų temperatūros jutiklis buvo patalpintas į valdomą kamerą, kurios viduje esančią temperatūrą galima pakeisti iki 0,5 ° С tikslumo. Išvesties skaitmeninio signalo dažnis buvo užfiksuotas, o rezultatai pateikti 6 paveiksle.

Kaip matyti iš pavaizduoto grafiko, dažnio matavimai (žali ir mėlyni trikampiai) beveik visiškai sutampa su teorinėmis reikšmėmis (juodos ir raudonos linijos) pagal aukščiau pateiktą formulę. Todėl šis temperatūros konvertavimo į dažnį metodas veikia tinkamai.

4 žingsnis: trečiasis aktyvus temperatūros jutiklis, pagrįstas SLG46620V

Taip pat buvo pastatytas trečiasis aktyvus temperatūros jutiklis (žr. 7 pav.), Kad būtų parodyta paprasto apdorojimo galimybė su matoma temperatūros indikacija. Naudodami „GreenPAK SLG46620V“, kuriame yra 10 uždelsimo elementų, sukūrėme dešimt dažnio detektorių (žr. 9 pav.), Kurių kiekvienas sukonfigūruotas aptikti vieno konkretaus dažnio signalą. Tokiu būdu mes sukūrėme paprastą termometrą su dešimt pritaikomų indikacijos taškų.

8 paveiksle parodyta aukščiausio lygio aktyvaus jutiklio schema su dešimties temperatūros taškų rodikliais. Ši papildoma funkcija yra patogi, nes galima vizualiai įvertinti temperatūros vertę atskirai neanalizuojant sukurto skaitmeninio signalo.

Išvados

Šioje instrukcijoje mes pasiūlėme metodą, kaip temperatūros jutiklio analoginį signalą paversti dažnio moduliuotu skaitmeniniu signalu, naudojant „GreenPAK“produktus iš „Dialog“. Naudojant termistorius kartu su „GreenPAK“, galima numatyti matavimus nenaudojant brangių analoginio-skaitmeninio keitiklio ir išvengiant reikalavimo matuoti analoginius signalus. „GreenPAK“yra idealus sprendimas kuriant tokio tipo pritaikomus jutiklius, kaip parodyta sukonstruotų ir išbandytų prototipų pavyzdžiuose. „GreenPAK“yra daug funkcinių elementų ir grandinių blokų, reikalingų įvairiems grandinės sprendimams įgyvendinti, ir tai labai sumažina galutinio taikymo grandinės išorinių komponentų skaičių. Mažos energijos sąnaudos, mažas lusto dydis ir maža kaina yra papildoma premija pasirinkus „GreenPAK“kaip pagrindinį daugelio grandinių konstrukcijų valdiklį.