Kaip sukurti vandens srauto matuoklį: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Tikslus, mažas ir nebrangus skysčio srauto matuoklis gali būti lengvai pagamintas naudojant „GreenPAK ™“komponentus. Šioje instrukcijoje pateikiamas vandens srauto matuoklis, kuris nuolat matuoja vandens srautą ir rodo jį trijuose 7 segmentų ekranuose. Srauto jutiklio matavimo diapazonas yra nuo 1 iki 30 litrų per minutę. Jutiklio išėjimas yra skaitmeninis PWM signalas, kurio dažnis yra proporcingas vandens srautui.

Trys „GreenPAK“programuojami mišraus signalo matricos SLG46533 IC skaičiuoja impulsų skaičių per bazinį laiką T. Šis bazinis laikas apskaičiuojamas taip, kad impulsų skaičius būtų lygus to laikotarpio srautui, tada šis apskaičiuotas skaičius rodomas 7 -rodomi segmentai. Skiriamoji geba yra 0,1 litro/min.

Jutiklio išėjimas yra prijungtas prie skaitmeninės įvesties su Schmitt paleidikliu iš pirmosios mišraus signalo matricos, kuri skaičiuoja trupmeninį skaičių. Lustai kaskaduojami kartu per skaitmeninį išėjimą, kuris yra prijungtas prie skaitmeninės įvesties iš mišrios signalinės matricos. Kiekvienas įrenginys yra prijungtas prie 7 segmentų bendro katodo ekrano per 7 išėjimus.

Naudoti programuojamą „GreenPAK“mišraus signalo matricą geriau nei daugeliui kitų sprendimų, tokių kaip mikrovaldikliai ir atskiri komponentai. Palyginti su mikrovaldikliu, „GreenPAK“yra pigesnė, mažesnė ir lengviau programuojama. Palyginti su diskrečios loginės integruotos grandinės konstrukcija, ji taip pat yra pigesnė, lengviau kuriama ir mažesnė.

Kad šis sprendimas būtų komerciškai perspektyvus, sistema turi būti kuo mažesnė ir uždaryta vandeniui atsparaus, kieto gaubto viduje, kad būtų atspari vandeniui, dulkėms, garams ir kitiems veiksniams, kad galėtų veikti įvairiomis sąlygomis.

Norėdami išbandyti dizainą, buvo pastatytas paprastas PCB. „GreenPAK“įrenginiai yra prijungti prie šios PCB naudojant 20 kontaktų dvigubų eilučių antraštės jungtis.

Pirmą kartą bandymai atliekami naudojant „Arduino“sukurtus impulsus, o antrą kartą buvo išmatuotas namų vandens šaltinio vandens srautas. Sistema parodė 99%tikslumą.

Atraskite visus reikalingus veiksmus, kad suprastumėte, kaip „GreenPAK“lustas buvo užprogramuotas valdyti vandens srauto matuoklį. 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 IC, kuris valdytų jūsų vandens srauto matuoklį. Jei norite suprasti, kaip veikia grandinė, atlikite toliau aprašytus veiksmus.

1 žingsnis: bendras sistemos aprašymas

Vienas iš labiausiai paplitusių skysčio srauto matavimo būdų yra lygiai toks pat, kaip ir anemometro matuoti vėjo greitį: vėjo greitis yra proporcingas anemometro sukimosi greičiui. Pagrindinė šio tipo srauto jutiklio dalis yra savotiškas ratukas, kurio greitis yra proporcingas per jį tekančio skysčio srautui.

Mes naudojome vandens srauto jutiklį YF-S201 iš firmos URUK, pavaizduotą 1 paveiksle. Šiame jutiklyje Hall efekto jutiklis, sumontuotas ant rato, kiekvieną impulsą perduoda impulsą. Išvesties signalo dažnis pateikiamas formulėje 1, kur Q yra vandens srautas litrais per minutę.

Pavyzdžiui, jei išmatuotas srautas yra 1 litras per minutę, išėjimo signalo dažnis yra 7,5 Hz. Norėdami parodyti tikrąją srauto vertę 1,0 litro/minutės formatu, turime skaičiuoti impulsus 1,333 sekundės laiko. 1,0 litro per minutę pavyzdyje skaičiuojamas rezultatas bus 10, kuris septynių segmentų ekranuose bus rodomas kaip 01.0. Šioje programoje nagrinėjamos dvi užduotys: pirmoji - impulsų skaičiavimas, o antroji - skaičiaus rodymas, kai skaičiavimo užduotis baigta. Kiekviena užduotis trunka 1,333 sekundės.

2 žingsnis: „GreenPAK“dizainerio diegimas

SLG46533 turi daug universalių kombinuotų funkcijų makroelementų ir gali būti sukonfigūruotas kaip paieškos lentelės, skaitikliai arba „D-Flip-Flops“. Dėl šio moduliškumo „GreenPAK“yra tinkamas naudoti.

Programa turi 3 etapus: 1 etapas generuoja periodinį skaitmeninį signalą, kad būtų galima perjungti 2 sistemos užduotis, 2 etapas skaičiuoja srauto jutiklio impulsus, o 3 etapas rodo trupmeninį skaičių.

3 žingsnis: Pirmasis etapas: perjungimo skaičiavimas/rodymas

Reikalingas skaitmeninis išėjimas „COUNT/DISP-OUT“, kuris keičia būseną tarp aukšto ir žemo kas 1,333 sekundės. Kai sistema yra aukšta, ji skaičiuoja impulsus, o esant žemai - rodo suskaičiuotą rezultatą. Tai galima pasiekti naudojant DFF0, CNT1 ir OSC0 laidus, kaip parodyta 2 paveiksle.

OSC0 dažnis yra 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 yra sukonfigūruotas kaip skaitiklis, o jo laikrodžio įvestis prijungta prie CLK/4, todėl CNT1 įvesties laikrodžio dažnis yra 6,25 kHz. Pirmąjį laikrodžio laikotarpį, kuris tęsiasi, kaip parodyta 1 lygtyje, CNT1 išėjimas yra didelis, o nuo kito laikrodžio signalo kylančio krašto, skaitiklio išėjimas yra mažas, o CNT1 pradeda mažėti nuo 8332. Kai CNT1 duomenys pasiekia 0, naujas impulsas CNT1 išėjime yra sukurtas. Kiekviename kylančiame CNT1 išvesties krašte DFF0 išvestis keičia būseną, jei maža, ji perjungiama į aukštą ir atvirkščiai.

DFF0 išvesties poliškumas turėtų būti sukonfigūruotas kaip apverstas. CNT1 nustatytas kaip 8332, nes skaičius/rodymo laikas T yra lygus, kaip parodyta 2 lygtyje.

4 žingsnis: Antrasis etapas: įvesties impulsų skaičiavimas

4 bitų skaitiklis sudaromas naudojant DFF3/4/5/6, kaip parodyta 4 paveiksle. Šis skaitiklis padidėja kiekvienu impulsu tik tada, kai „COUNT/DISP-IN“, kuris yra PIN 9, yra didelis. IR vartai 2-L2 yra „COUNT/DISP-IN“ir PWM įvestis. Skaitiklis iš naujo nustatomas, kai jis pasiekia 10 arba kai prasideda skaičiavimo etapas. 4 bitų skaitiklis atstatomas, kai DFF RESET kaiščiai, prijungti prie to paties tinklo „RESET“, yra žemi.

4 bitų LUT2 naudojamas skaitikliui iš naujo nustatyti, kai jis pasiekia 10. Kadangi DFF išėjimai yra apversti, skaičiai apibrėžiami apverčiant visus jų dvejetainių atvaizdų bitus: keičiant 0s į 1s ir atvirkščiai. Šis atvaizdavimas vadinamas dvejetainio skaičiaus 1 papildiniu. 4 bitų LUT2 įėjimai IN0, IN1, IN2 ir IN3 yra prijungti atitinkamai prie a0, a1, a2, a3 ir a3. 4-LUT2 tiesos lentelė parodyta 1 lentelėje.

Kai užregistruojama 10 impulsų, 4-LUT0 išėjimas perjungiamas iš aukšto į žemą. Šiuo metu CNT6/DLY6 išvestis, sukonfigūruota veikti vieno kadro režimu, perjungiama į žemą 90 ns laikotarpį ir vėl įsijungia. Panašiai, kai „COUNT/DISP-IN“perjungiamas iš žemo į aukštą, tai yra. sistema pradeda skaičiuoti impulsus. CNT5/DLY5 išvestis, sukonfigūruota veikti vieno kadro režimu, per žemai perjungiama 90 ns laikotarpiui ir vėl įsijungia. Labai svarbu kurį laiką palaikyti žemą RESET mygtuką ir vėl jį įjungti naudojant CNT5 ir CNT6, kad būtų suteikta laiko visiems DFF atstatyti. 90 ns delsimas neturi įtakos sistemos tikslumui, nes maksimalus PWM signalo dažnis yra 225 Hz. CNT5 ir CNT6 išėjimai yra prijungti prie AND vartų įėjimų, kurie išleidžia RESET signalą.

4-LUT2 išvestis taip pat prijungta prie 4 kaiščio, pažymėto „F/10-OUT“, kuris bus prijungtas prie kito lusto skaičiavimo etapo PWM įvesties. Pvz., Jei trupmeninio skaičiavimo įrenginio „PWM-IN“yra prijungtas prie jutiklio PWM išvesties, o jo „F/10-OUT“prijungtas prie vienetų skaičiavimo įrenginio ir „PWM-IN“Pastarojo F/10-OUT “yra prijungtas prie dešimčių skaičiavimo įrenginio„ PWM-IN “ir pan. Visų šių etapų „COUNT/DISP-IN“turėtų būti prijungtas prie to paties „COUNT/DISP-OUT“iš bet kurio iš 3 dalinio skaičiavimo įrenginio įrenginių.

5 paveiksle išsamiai paaiškinta, kaip veikia šis etapas, parodant, kaip išmatuoti 1,5 litro per minutę srautą.

5 žingsnis: trečias etapas: išmatuotos vertės rodymas

Šiame etape yra įvestys: a0, a1, a2 ir a3 (atvirkščiai), ir jis bus išvestas į kaiščius, prijungtus prie 7 segmentų ekrano. Kiekvienas segmentas turi loginę funkciją, kurią turi atlikti turimi LUT. 4 bitų LUT gali labai lengvai atlikti šį darbą, bet, deja, yra tik 1. 4 bitų LUT0 naudojamas G segmentui, tačiau kitiems segmentams mes panaudojome 3 bitų LUT porą, kaip parodyta 6 paveiksle. Kairiausiuose 3 bitų LUT prie įvesties yra prijungtas a2/a1/a0, o dešiniajame 3 bitų LUT prie įėjimų yra prijungti a3.

Visos paieškos lentelės gali būti išvestos iš 2 lentelėje pateiktos 7 segmentų dekoderio tiesos lentelės. Jos pateiktos 3 lentelėje, 4 lentelėje, 5 lentelėje, 6 lentelėje, 7 lentelėje, 8 lentelėje, 9 lentelėje.

GPIO valdymo kaiščiai, valdantys 7 segmentų ekraną, yra prijungti prie „COUNT/DISP-IN“per keitiklį kaip išėjimai, kai „COUNT/DISP-IN“yra žemas, o tai reiškia, kad ekranas keičiamas tik atliekant rodymo užduotį. Todėl skaičiavimo užduoties metu ekranai yra IŠJUNGTI, o rodant užduotį rodomi suskaičiuoti impulsai.

Dešimtainio taško rodiklio gali prireikti kažkur 7 segmentų ekrane. Dėl šios priežasties PIN5, pažymėtas „DP-OUT“, yra prijungtas prie atvirkštinio „COUNT/DISP“tinklo ir mes jį prijungiame prie atitinkamo ekrano DP. Mūsų programoje turime parodyti vienetų skaičiavimo įrenginio dešimtainį tašką, kad būtų rodomi skaičiai formatu „xx.x“, tada prijungsime vienetų skaičiavimo įrenginio „DP-OUT“prie įrenginio 7- segmento ekraną, o kitus paliekame nesujungtus.

6 veiksmas: aparatinės įrangos diegimas

7 paveiksle pavaizduotas ryšys tarp 3 „GreenPAK“lustų ir kiekvieno lusto jungčių su atitinkamu ekranu. „GreenPAK“išvestis po kablelio yra prijungta prie 7 segmentų ekrano DP įvesties, kad būtų rodomas tinkamo formato srautas, kurio skiriamoji geba yra 0,1 litro per minutę. LSB lusto PWM įėjimas yra prijungtas prie vandens srauto jutiklio PWM išvesties. Grandinių F/10 išėjimai yra prijungti prie kito lusto PWM įėjimų. Jei jutikliai turi didesnį debitą ir (arba) didesnį tikslumą, galima kaskaduoti daugiau lustų, kad būtų pridėta daugiau skaitmenų.

7 žingsnis: Rezultatai

Norėdami išbandyti sistemą, mes sukūrėme paprastą PCB, kurioje yra jungtys, skirtos prijungti „GreenPAK“lizdus, naudojant 20 kontaktų dviejų eilučių antraštes. Šios PCB schema ir išdėstymas bei nuotraukos pateiktos priede.

Pirmiausia sistema buvo išbandyta naudojant „Arduino“, kuris imituoja srauto greičio jutiklį ir vandens šaltinį su pastoviu žinomu srautu, generuodamas impulsus 225 Hz dažniu, kuris atitinka atitinkamai 30 litrų per minutę srautą. Matavimo rezultatas buvo lygus 29,7 litro per minutę, paklaida yra apie 1 %.

Antrasis bandymas buvo atliktas naudojant vandens srauto jutiklį ir namų vandens šaltinį. Matavimai esant skirtingiems srautams buvo 4,5 ir 12,4.

Išvada

Ši instrukcija parodo, kaip naudojant „Dialog SLG46533“sukurti nedidelį, nebrangų ir tikslų srauto matuoklį. „GreenPAK“dėka šis dizainas yra mažesnis, paprastesnis ir lengviau kuriamas nei panašūs sprendimai.

Mūsų sistema gali išmatuoti srautą iki 30 litrų per minutę, kai skiriamoji geba yra 0,1 litro, tačiau mes galime naudoti daugiau „GreenPAK“, kad galėtume išmatuoti didesnį srautą su didesniu tikslumu, priklausomai nuo srauto jutiklio. „Dialog GreenPAK“pagrįsta sistema gali veikti su įvairiais turbinos srauto matuokliais.

Siūlomas sprendimas buvo skirtas vandens srautui matuoti, tačiau jį galima pritaikyti naudoti su bet kokiu jutikliu, kuris perduoda PWM signalą, pavyzdžiui, dujų srauto jutiklio.