DIY Lämpötila -taajuusmuuttaja: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Lämpötila -anturit ovat yksi tärkeimmistä fyysisten antureiden tyypeistä, koska lämpötila säätelee monia erilaisia prosesseja (myös jokapäiväisessä elämässä). Lisäksi lämpötilan mittaus mahdollistaa muiden fyysisten parametrien, kuten aineen virtausnopeuden, nesteen tason jne., Epäsuoran määrittämisen. Tyypillisesti anturit muuttavat mitatun fyysisen arvon analogiseksi signaaliksi, ja lämpötila -anturit eivät ole tässä poikkeus. Prosessorin tai tietokoneen suorittamaa käsittelyä varten analoginen lämpötilasignaali on muunnettava digitaaliseen muotoon. Tällaiseen muuntamiseen käytetään yleisesti kalliita analogisia ja digitaalisia muuntimia (ADC).

Tämän ohjeen tarkoitus on kehittää ja esitellä yksinkertaistettu tekniikka, jolla analoginen signaali voidaan muuntaa suoraan lämpötila -anturista digitaaliseksi signaaliksi suhteellisella taajuudella käyttämällä GreenPAK ™ -tekniikkaa. Tämän jälkeen digitaalisen signaalin taajuus, joka vaihtelee lämpötilan mukaan, voidaan sitten mitata helpommin melko suurella tarkkuudella ja muuttaa sitten tarvittaviksi mittayksiköiksi. Tällainen suora muunnos on ensinnäkin mielenkiintoinen sillä, että ei ole tarvetta käyttää kalliita analogia-digitaalimuuntimia. Lisäksi digitaalinen signaalin siirto on luotettavampaa kuin analoginen.

Seuraavassa kuvataan vaiheet, jotka tarvitaan ymmärtämään, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu luomaan lämpötila -taajuusmuuttaja. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseesi ja napsauta ohjelmaa luodaksesi mukautetun IC -lämpötilan taajuusmuuttajalle.

Vaihe 1: Suunnitteluanalyysi

Erityyppisiä lämpötila -antureita ja niiden signaalinkäsittelypiirejä voidaan käyttää erityisvaatimusten mukaan, pääasiassa lämpötila -alueella ja tarkkuudessa. Yleisimmin käytetyt ovat NTC -termistorit, jotka pienentävät sähkövastuksensa arvoa lämpötilan noustessa (ks. Kuva 1). Niillä on merkittävästi korkeampi lämpötilakerroin verrattuna metalliresistensseihin (RTD) ja ne maksavat paljon vähemmän. Termistorien suurin haitta on niiden epälineaarinen riippuvuus ominaispiirteistä "vastus vs. lämpötila". Meidän tapauksessamme tällä ei ole merkittävää roolia, koska muuntamisen aikana taajuus vastaa termistorin vastusta ja siten myös lämpötilaa.

Kuva 1 esittää graafisen riippuvuuden termistorin vastuksesta ja lämpötilasta (jotka on otettu valmistajan tietolomakkeista). Suunnittelussa käytimme kahta samanlaista NTC -termistoria, joiden tyypillinen vastus on 10 kOhm 25 ° C: ssa.

Lämpötilasignaalin suoran muuntamisen suhteellisen taajuuden digitaaliseksi lähtösignaaliksi perusajatus on termistorin R1 käyttö yhdessä kondensaattorin C1 kanssa generaattorin taajuusasetus R1C1 -piirissä osana klassista rengasta oskillaattori, joka käyttää kolmea "NAND" -logiikkaelementtiä. R1C1: n aikavakio riippuu lämpötilasta, koska lämpötilan muuttuessa termistorin vastus muuttuu vastaavasti.

Digitaalisen lähtösignaalin taajuus voidaan laskea kaavalla 1.

Vaihe 2: Lämpötilan ja taajuuden muuntimet perustuvat SLG46108V: een

Tämäntyyppinen oskillaattori lisää tyypillisesti vastuksen R2, joka rajoittaa tulodiodien läpi kulkevaa virtaa ja vähentää piirin tuloelementtien kuormitusta. Jos R2: n vastusarvo on paljon pienempi kuin R1: n vastus, se ei itse asiassa vaikuta generointitaajuuteen.

Näin ollen GreenPAK SLG46108V: n perusteella rakennettiin kaksi lämpötilan ja taajuusmuuttajan varianttia (katso kuva 5). Näiden antureiden sovelluspiiri on esitetty kuvassa 3.

Suunnittelu, kuten olemme jo sanoneet, on melko yksinkertainen, se on kolmen NAND -elementin ketju, joka muodostaa rengasoskillaattorin (katso kuva 4 ja kuva 2), jossa on yksi digitaalitulo (PIN#3) ja kaksi digitaalista lähtöä (PIN #6 ja PIN#8) ulkoiseen piiriin kytkemistä varten.

Kuvan 5 valokuvapaikat näyttävät aktiiviset lämpötila -anturit (yhden sentin kolikko on mittakaava).

Vaihe 3: Mittaukset

Mittauksia tehtiin näiden aktiivisten lämpötila -anturien oikean toiminnan arvioimiseksi. Lämpötila -anturimme sijoitettiin kontrolloituun kammioon, jonka sisälämpötilaa voidaan muuttaa 0,5 ° С: n tarkkuudella. Digitaalisen lähtösignaalin taajuus tallennettiin ja tulokset on esitetty kuvassa 6.

Kuten esitetystä kaaviosta voidaan nähdä, taajuusmittaukset (vihreät ja siniset kolmiot) vastaavat lähes täysin edellä annetun kaavan 1 mukaisia teoreettisia arvoja (mustat ja punaiset viivat). Näin ollen tämä menetelmä lämpötilan muuntamiseksi taajuudeksi toimii oikein.

Vaihe 4: Kolmas SLG46620V -pohjainen aktiivinen lämpötila -anturi

Lisäksi rakennettiin kolmas aktiivinen lämpötila -anturi (katso kuva 7), joka osoittaa yksinkertaisen käsittelyn mahdollisuuden näkyvällä lämpötilan osoituksella. GreenPAK SLG46620V: n avulla, joka sisältää 10 viive -elementtiä, olemme rakentaneet kymmenen taajuusilmaisinta (katso kuva 9), joista jokainen on määritetty tunnistamaan tietyn taajuuden signaali. Tällä tavalla rakensimme yksinkertaisen lämpömittarin, jossa oli kymmenen muokattavaa osoituspistettä.

Kuva 8 esittää aktiivisen anturin ylätason kaaviota, jossa on näyttöilmaisimet kymmenelle lämpötilapisteelle. Tämä lisätoiminto on kätevä, koska on mahdollista arvioida visuaalisesti lämpötila -arvo analysoimatta erikseen generoitua digitaalista signaalia.

Päätelmät

Tässä ohjeessa ehdotimme menetelmää lämpötila -anturin analogisen signaalin muuntamiseksi taajuusmoduloiduksi digitaaliseksi signaaliksi käyttämällä Dialogin GreenPAK -tuotteita. Termistorien käyttö yhdessä GreenPAK: n kanssa mahdollistaa ennustettavat mittaukset ilman kalliiden analogia-digitaalimuuntimien käyttöä ja välttäen analogisten signaalien mittaamista. GreenPAK on ihanteellinen ratkaisu tämän tyyppisten mukautettavien anturien kehittämiseen, kuten on esitetty prototyyppiesimerkeissä, jotka on rakennettu ja testattu. GreenPAK sisältää suuren määrän toiminnallisia elementtejä ja piirilohkoja, jotka ovat tarpeen eri piiriratkaisujen toteuttamiseksi, ja tämä vähentää huomattavasti lopullisen sovelluspiirin ulkoisten komponenttien määrää. Pieni virrankulutus, pieni sirukoko ja alhaiset kustannukset ovat lisäbonus GreenPAKin valitsemiseksi monien piirimallien pääohjaimeksi.