Aukšto tikslumo temperatūros valdiklis: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Mokslo ir inžinerijos srityse temperatūros stebėjimas (atomų judėjimas termodinamikoje) yra vienas iš pagrindinių fizinių parametrų, į kuriuos reikia atsižvelgti beveik visur, pradedant ląstelių biologija ir baigiant raketų varikliais. Kompiuteriuose ir iš esmės visur, kur pamiršau paminėti. Šio instrumento idėja buvo gana paprasta. Kurdamas programinę -aparatinę įrangą, man reikėjo bandymo sąrankos, kad galėčiau išbandyti programinės įrangos klaidas, o ne mūsų gaminius, kurie yra rankų darbo technikų, nesukeliantys jokių su aukščiau paminėtais sutrikimais susijusių problemų. Šie instrumentai linkę įkaisti, todėl, norint, kad visos prietaiso dalys veiktų, būtina nuolat ir tiksliai stebėti temperatūrą, o tai yra ne mažiau svarbu. NTC termistorių naudojimas užduočiai išspręsti turi keletą privalumų. NTC (neigiamas temperatūros koeficientas) yra specialūs termistoriai, kurie keičia varžą priklausomai nuo temperatūros. Tie NTC kartu su kalibravimo metodu, kurį atrado Stanely Hart ir John Steinhart, kaip aprašyta straipsnyje „Deep-Sea Research 1968 t. 15, p. 497-503 Pergamon Press“, yra geriausias sprendimas mano atveju. Straipsnyje aptariami plataus diapazono temperatūros matavimo metodai (šimtai Kelvinų …) su tokio tipo prietaisais. Mano supratimu, iš inžinieriaus patirties, kuo paprastesnė sistema/jutiklis, tuo geriau. Niekas nenori turėti kažko labai sudėtingo po vandeniu, kilometrų gylyje, o tai gali sukelti problemų matuojant temperatūrą tik dėl jų sudėtingumo. Aš abejoju, ar jutiklis veikia panašiai, galbūt termoelementas veiks, tačiau tam reikia tam tikros palaikymo grandinės ir jis skirtas ypač tiksliems atvejams. Taigi panaudokime tuos du, kad sukurtume aušinimo sistemą, kuri turi keletą iššūkių. Kai kurie iš jų yra: triukšmo lygis, efektyvus realaus laiko vertės mėginių ėmimas ir galbūt visa tai, kas paminėta paprastame ir patogiame rinkinyje, kad būtų lengviau remontuoti ir prižiūrėti, taip pat išlaidos vienetui. Rašant programinę -aparatinę įrangą, sąranka buvo vis labiau patobulinta ir patobulinta. Tam tikru momentu supratau, kad dėl savo sudėtingumo ji taip pat gali tapti savarankiška priemone.

1 veiksmas: temperatūros kalibravimas pagal Steinhart-Hart

Vikipedijoje yra gražus straipsnis, kuris padės apskaičiuoti termistoriaus koeficientus, priklausomai nuo reikiamos temperatūros ir termistoriaus diapazono. Daugeliu atvejų koeficientai yra labai maži ir gali būti ignoruojami supaprastintoje lygtyje.

Steinharto -Harto lygtis yra puslaidininkio atsparumo skirtingose temperatūrose modelis. Lygtis yra tokia:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { displaystyle {1 / over T} = A + B / ln (R) + C [ln (R)]^{ 3}}

kur:

T { displaystyle T} yra temperatūra (Kelvinais) R { displaystyle R} - pasipriešinimas esant T (omais) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} ir C { displaystyle C} yra Steinhart -Hart koeficientai, kurie skiriasi priklausomai nuo termistoriaus tipo ir modelio bei dominančio temperatūros diapazono. (Bendrojoje taikomosios lygties formoje yra [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

terminas, tačiau į tai dažnai neatsižvelgiama, nes jis paprastai yra daug mažesnis už kitus koeficientus, todėl jis nerodomas aukščiau.)

Lygties kūrėjai:

Ši lygtis pavadinta John S. Steinhart ir Stanley R. Hart, kurie pirmą kartą paskelbė santykius 1968 m., Vardu. [1] Profesorius Steinhartas (1929–2003), Amerikos geofizikos sąjungos ir Amerikos mokslo pažangos asociacijos narys, 1969–1991 m. Buvo Viskonsino -Madisono universiteto fakulteto narys. [2] Dr. Hartas, Woods Hole okeanografijos instituto vyresnysis mokslininkas nuo 1989 m., Amerikos geologijos draugijos, Amerikos geofizikos sąjungos, Geocheminės draugijos ir Europos geochemijos asociacijos [3] bendradarbis, buvo susijęs su profesoriumi Steinhartu iš Carnegie instituto. Vašingtone, kai buvo sukurta lygtis.

Nuorodos:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Termistorių kalibravimo kreivės, Giliųjų jūros tyrimų ir okeanografijos santraukos, 15 tomas, 4 numeris, 1968 m. Rugpjūčio mėn., 497-503 puslapiai, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

„Viskonsino-Madisono universiteto fakulteto memorialinė rezoliucija dėl profesoriaus emerito Johno S. Steinharto mirties“(PDF). Viskonsino universitetas. Balandžio 5 d. Suarchyvuota iš originalo (PDF), 2010 m. Birželio 10 d. Gauta 2015 m. Liepos 2 d.

„Daktaras Stanas Hartas“. Woods Hole okeanografijos institucija. Gauta 2015 m. Liepos 2 d.

2 žingsnis: Surinkimas: medžiagos ir metodai

Norėdami pradėti kurti, turime pasikonsultuoti su BOM aka (Bill on Materials) ir išsiaiškinti, kokias dalis planuojame naudoti. Be BOM, reikės lituoklio, poros veržliarakčių, atsuktuvų ir karšto klijų pistoleto. Patogumui rekomenduočiau turėti pagrindinius elektronikos laboratorinius įrankius.

1. Prototipų lenta-1
2. „Hitachi“LCD ekranas-1
3. Vidutinis šulinys 240V >> 5V maitinimo šaltinis-1
4. Raudonas LED-3
5. Mėlynas LED-3
6. Žalias LED-1
7. Geltonas LED-1
8. OMRON relė (DPDT ar panaši 5 voltų) -3
9. Potenciometras 5KOhm-1
10. Keli rezistoriai (470 omų)
11. BC58 tranzistorius-3
12. Diodas-3
13. Žemos iškritimo įtampos reguliatorius-3
14. SMD šviesos diodai (žalia, raudona) -6
15. MSP-430 mikroprocesorius (Ti 2553 arba 2452) -2
16. Mechaninis jungiklis „Brake-Before-Make“(240V 60Hz) -1
17. Rotacinis kodavimo įrenginys-1
18. „Ritchco“plastikiniai laikikliai-2
19. DIP lizdai, skirti MSP -430 mikroprocesoriui -4
20. Elektros maitinimo kabelis sieniniam lizdui-1
21. Džemperio laidai (įvairių spalvų) - daug
22. NTC zondas, dar žinomas kaip termistorius 4k7, EPCOS B57045-5
23. 430 „BOOST-SENSE1“-talpinis jutiklinis stiprintuvo paketas („Texas Instruments“) -1 (pasirenkama)
24. Aušinimo ventiliatoriai (neprivaloma), jei reikia ką nors atvėsinti-(1-3) (pasirinktinai)
25. Grynas aliuminio radiatorius su 5 skylėmis, išgręžtomis NTC zondams-1
26. Plastikinės plokštės su išgręžtomis skylėmis - 2
27. Veržlės, varžtai ir kai kurie varžtai laikiklio konstrukcijai surinkti-20 (vienetui)
28. Laido į PCB preff_board montavimo lizdas 2 laidų versija su varžtu viduje-1
29. „Sharp® LCD BoosterPack“(430BOOST-SHARP96) (pasirenkama), naudojamas kaip antrasis priekinis ekranas-1

Žinau, kad tai gana didelė sąskaita už medžiagas ir gali kainuoti nemažą pinigų sumą. Mano atveju viską gaunu per savo darbdavį. Bet jei jūs, vaikinai, norite, kad jis būtų pigus, neturėtumėte apsvarstyti papildomų dalių. Visa kita lengva įsigyti „Farnell14“, „DigiKey“ir (arba) kai kuriose vietinėse elektronikos parduotuvėse.

Aš nusprendžiau naudoti MSP-430 mikroprocesorių liniją, nes turėjau juos gulėti. Nors galima lengvai pasirinkti „AVR“RISC MCU. Kažkas panašaus į „ATmega168“arba „ATmega644“su „Pico-Power“technologija. Bet kuris kitas AVR mikroprocesorius atliks šį darbą. Tiesą sakant, esu didelis „Atmel AVR“gerbėjas. Ir verta paminėti, jei esate iš techninės patirties ir norite atlikti gražų surinkimą, nenaudokite jokios „Arduino“plokštės, jei galite programuoti atskirus AVR, tai būtų daug geriau, jei ne tada, pabandykite užprogramuoti CPU ir įdėkite į įrenginį.

3 žingsnis: Surinkimas: litavimas ir statymas etapais…

Pradėti surinkimą, dar vadinamą litavimu iš mažiausių komponentų, yra gera pradžia. Pradėkite nuo smd komponentų ir laidų. Pirmiausia lituokite „Power-Bus“, kažkur, kaip aš tai padariau ant savo skydo, ir tada pailginkite taip, kad visos skydo dalys lengvai pasiektų „Power-Bus“be jokių maršrutų pakeitimų ar komplikacijų. Aš naudoju laidus visoje paruošiamojoje plokštėje, ir tai atrodo gana beprotiška, tačiau vėliau galima sukurti tinkamą PCB, kai tik prototipas veiks.

• lydmetalio SMD dalys (MSP-430 MCU galios indikacijai, tarp Vcc ir GND)
• litavimo maitinimo magistralė ir laidai (maršrutas taip, kad suteiktų galią MSP-430)
• lituoti visų rūšių DIL lizdus (norint prijungti MSP-430 x 2 IC
• lituoti mažo iškritimo įtampos reguliatorius su tinkama atrama (kondensatoriai, skirti 5 >> 3,3 voltų kritimui)
• lituoti tranzistoriai, rezistoriai ir diodai, skirti relėms ir sąsajai su MCU.
• lituokite 10k omų potenciometrą LCD ekrano ryškumo valdymui.
• lituokite šviesos diodus šalia relių, dviejų būsenų indikatorius raudona/mėlyna (mėlyna = įjungta, raudona = išjungta).
• lituoti „Mean Well“240 voltų >> 5 voltų maitinimo bloką su jungtimis.
• Lituokite mėlyną mechaninį jungiklį (pertrauka prieš gaminimą) šalia maitinimo šaltinio.

Lituokite visa kita, kas liko. Aš nesukūriau tinkamų schemų iš įrenginio tik dėl laiko trūkumo, tačiau su elektronikos fonu tai yra gana paprasta. Baigus litavimą, reikia patikrinti viską, ar nėra tinkamų jungčių, kad būtų išvengta bet kokio elektros linijų trumpojo jungimo.

Dabar atėjo laikas surinkti laikiklio konstrukciją. Kaip ir paveikslėliuose, aš naudoju 2 plastikines plokštes su M3 dydžio skylėmis, išgręžtomis (4 x kiekvienai plokštei), kad būtų praleisti ilgi varžtai, veržlės ir poveržlės, atstumo varžtai ir poveržlės puikiai tinka tokioms jungtims. Tirpalą reikia priveržti iš abiejų pusių, kad būtų galima kartu laikyti žalias plokšteles.

Paruošiamoji plokštė turėtų būti įdėta tarp priekinių poveržlių, tai reiškia, kad tos priekinės poveržlės turi būti didelio skersmens (iki 5 mm), kad tarp jų būtų galima įkišti ir tada priveržti. Jei padaryta teisingai, plokštė tvirtai stovės 90 ° kampu. Kitas variantas laikyti jį vietoje būtų naudoti „Ritcho“plastikinius PCB laikiklius, pritvirtintus prie tų atstumo varžtų 90 ° kampu, o tai padės jums prisukti plastikines dalis prie atstumo varžtų. Šiuo metu turėtumėte turėti galimybę prijungti/pritvirtinti skydą.

Įrengus skydą, LCD (16x2) ekranas ateina kaip kitas ir turėtų būti sumontuotas. Aš naudoju savo 4 bitų režimu, kad išsaugočiau GPIO ^_ ^))))))). Prašome naudoti 4 bitų režimą, kitaip neturėsite pakankamai GPIO, kad užbaigtumėte projektą. Foninis apšvietimas, Vcc ir Gnd yra lituojamas per potenciometrą prie maitinimo magistralės. Ekrano duomenų magistralės kabeliai turi būti lituojami tiesiai į MSP-430 mikroprocesorių. Naudokite tik skaitmeninį GPIO. Analoginis GPIO, kurio mums reikia NTC. Yra 5 x NTC įrenginiai, todėl ten labai sunku.

4 žingsnis: Surinkimo užbaigimas ir įjungimas

Kad zondai/NTC būtų sumontuoti 5 kartus ant radiatoriaus, reikia atlikti gręžimą. Norėdami sužinoti gręžtos skylės skersmenis ir gylį, peržiūrėkite NTC duomenų lapą, kurį pridėjau kaip paveikslėlį. Po to gręžtą skylę reikia sureguliuoti įrankiu, kad ji atitiktų NTC galvutės M3 dydį. 5 x NTC naudojimas yra savotiškas aparatūros vidurkis ir išlyginimas. „MSP-430“turi 8 bitų skiriamąją gebą, todėl turint 5 x jutiklius bus lengva įvertinti rezultatus. Čia mes neturime Ghz procesorių, todėl mūsų įterptame pasaulyje kiekvienas procesoriaus laikrodis yra būtinas. Antrinis vidurkis bus atliekamas naudojant programinę -aparatinę įrangą. Kiekvienas NTC turi būti kojas ir, kad būtų galima nuskaityti duomenis per borto ADC, turi būti suformuotas įtampos skirstytuvas, susidedantis iš R (NTC)+R (def). ADC prievadas turi būti pritvirtintas šių dviejų centre. R (def) yra antrasis rezistorius, kurio fiksuota vertė turėtų būti 0,1 % ar geresnė, paprastai diapazone su R (NTC). Pasirinktinai galite pridėti OP-Amp stiprinti signalą. Norėdami prijungti NTC prpbes, žiūrėkite šio skyriaus paveikslėlį.

Kai litavimas bus baigtas ir patikrintas, kitas žingsnis yra įdiegti MSP-430 mikrovaldiklį į jų DIL lizdus. Bet iš anksto juos reikia užprogramuoti. Šiame etape galima įjungti įrenginį (be mikrovaldiklio) išankstiniams bandymams. Jei viskas sumontuota teisingai, prietaisas turi būti įjungtas, o relės turi būti išjungtos, o tai reiškia raudoni šviesos diodai, o ventiliatoriai turi veikti ir ekranas turi būti įjungtas, bet be jokių duomenų, tik mėlynas foninis apšvietimas.

5 veiksmas: vartotojo įvestis, rotacinis kodavimo įrenginys ir talpos jutiklinio stiprintuvo paketas

Visada malonu turėti įvesties įrenginį, kuriuo galima įvesti duomenis į įrenginį. Magnetinė rankenėlė su nuolatiniais magnetais yra geras pasirinkimas. Jo užduotis - įvesti radiatorių bloko montuojamų ventiliatorių temperatūros slenkstį. Tai leidžia vartotojui per pertraukas įvesti naują temperatūros ribą. Tiesiog sukdami į kairę arba į dešinę, galite pridėti arba atimti reikšmes (20–100 ° C). Mažesnę vertę lemia kambario aplinkos temperatūra.

Ši rankenėlė turi mažą grandinę, kuri perduoda skaitmeninį signalą į mikrovaldiklį. Tada GPIO interpretuoja įvesties logiką aukštai/žemai.

Antrasis įvesties įrenginys yra Ti talpinis jutiklinis stiprintuvas. Taip pat galima naudoti „Booster-pack“, tačiau negalima naudoti abiejų vien dėl to, kad trūksta GPIO tikslinėje MCU. „Booster“paketas užima vietą daugelyje GPIO.

Mano nuomone, „Knob“yra geresnis nei „Booster-Pack“. Bet gerai, kad yra pasirinkimas. Jei pageidaujate stiprintuvo paketo, tada yra parengta Ti biblioteka, skirta ja naudotis. Aš čia nesileisiu į detales.

6 žingsnis: Santrauka: Aplinkos temperatūros matavimai ir kitos idėjos ……

Įjungus MCU, jis pasveikins jus ir pradės matuoti. Programinė įranga pirmiausia išjungia ventiliatorius. Pradeda 5 x NTC zondų matavimų seriją, kuri vėliau sujungiama į vieną absoliučią vertę. Tada, pasiekus šią vertę ir palyginimo (vartotojo duomenų) slenkstį, įjungiami arba išjungiami ventiliatoriai (arba pageidaujami įrenginiai, bet kas kitas), prijungti prie DPDT relių. Apsvarstykite, kad prie šių 3 x relių galite prijungti viską, ką reikia išjungti arba išjungti. Relės gali perduoti 16 amperų srovę, tačiau nemanau, kad tai gera mintis pradėti naudoti tokias dideles apkrovas tose išvestyse.

Tikiuosi, kad ši „smulkmena“(^_^) …….. hehe bus kam nors naudinga. Mano indėlis į pasaulinį avilio protą ^^).

Įdomu, ar kas nors bandys jį sukurti. Bet jei jie tai padarys, aš mielai jums padėsiu. Turiu programinę įrangą CCS ir „Energia“. Praneškite man, vaikinai, jei jums to reikia. Taip pat nedvejodami rašykite man apie klausimus ir pasiūlymus. Linkėjimai iš „saulėtosios“Vokietijos.