Konvertuesi i temperaturës DIY në frekuencë: 4 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Sensorët e temperaturës janë një nga llojet më të rëndësishëm të sensorëve fizikë, sepse shumë procese të ndryshme (edhe në jetën e përditshme) rregullohen nga temperatura. Për më tepër, matja e temperaturës lejon përcaktimin indirekt të parametrave të tjerë fizikë, të tillë si shkalla e rrjedhës së materies, niveli i lëngut, etj. Në mënyrë tipike, sensorët e shndërrojnë vlerën fizike të matur në një sinjal analog, dhe sensorët e temperaturës nuk bëjnë përjashtim këtu. Për përpunim nga CPU ose kompjuteri, sinjali analog i temperaturës duhet të konvertohet në një formë dixhitale. Për një konvertim të tillë zakonisht përdoren konvertues të shtrenjtë analog-todigital (ADC).

Qëllimi i këtij Udhëzuesi është të zhvillojë dhe paraqesë një teknikë të thjeshtuar për shndërrimin e drejtpërdrejtë të sinjalit analog nga një sensor i temperaturës në një sinjal dixhital me frekuencë proporcionale duke përdorur GreenPAK. Më pas, frekuenca e një sinjali dixhital që ndryshon në varësi të temperaturës mund të matet më lehtë me një saktësi mjaft të lartë dhe më pas të konvertohet në njësitë e kërkuara të matjes. Një transformim i tillë i drejtpërdrejtë është interesant në radhë të parë nga fakti se nuk ka nevojë për përdorimin e konvertuesve të shtrenjtë analogë-dixhitalë. Gjithashtu, transmetimi dixhital i sinjalit është më i besueshëm sesa analog.

Më poshtë kemi përshkruar hapat e nevojshëm për të kuptuar se si çipi GreenPAK është programuar për të krijuar konvertuesin e temperaturës në frekuencë. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni Kompletin e Zhvillimit GreenPAK me kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar IC të personalizuar për konvertuesin e temperaturës në frekuencë.

Hapi 1: Analiza e projektimit

Llojet e ndryshme të sensorëve të temperaturës dhe qarqet e tyre të përpunimit të sinjalit mund të përdoren në varësi të kërkesave specifike, kryesisht në intervalin e temperaturës dhe saktësinë. Më të përdorurat janë termistorët NTC, të cilët zvogëlojnë vlerën e rezistencës së tyre elektrike me rritjen e temperaturës (shih Figurën 1). Ata kanë një koeficient të rezistencës dukshëm më të lartë të temperaturës në krahasim me sensorët metalikë rezistues (RTD) dhe kushtojnë shumë më pak. Disavantazhi kryesor i termistorëve është varësia e tyre jolineare nga karakteristika "rezistencë kundrejt temperaturës". Në rastin tonë, kjo nuk luan një rol të rëndësishëm pasi gjatë konvertimit, ekziston një korrespondencë e saktë e frekuencës me rezistencën e termistorit, dhe për këtë arsye, temperatura.

Figura 1 tregon varësinë grafike të rezistencës së termistorit kundrejt temperaturës (të cilat janë marrë nga fletët e të dhënave të prodhuesit). Për dizajnin tonë, ne përdorëm dy termistorë të ngjashëm NTC me një rezistencë tipike prej 10 kOhm në 25 ° C.

Ideja themelore e transformimit të drejtpërdrejtë të sinjalit të temperaturës në sinjalin dixhital dalës të një frekuence proporcionale është përdorimi i termistorit R1 së bashku me kondensatorin C1 në qarkun R1C1 të gjeneratorit të vendosjes së frekuencës, si pjesë e një unaze klasike oshilator duke përdorur tre elementë logjikë "NAND". Konstanta kohore e R1C1 varet nga temperatura, sepse kur temperatura ndryshon, rezistenca e termistorit do të ndryshojë në përputhje me rrethanat.

Frekuenca e sinjalit dixhital dalës mund të llogaritet duke përdorur Formulën 1.

Hapi 2: Konvertuesit e temperaturës në frekuencë Bazuar në SLG46108V

Ky lloj i oshilatorit zakonisht shton një rezistencë R2 për të kufizuar rrymën përmes diodave të hyrjes dhe për të zvogëluar ngarkesën në elementët hyrës të qarkut. Nëse vlera e rezistencës së R2 është shumë më e vogël se rezistenca e R1, atëherë ajo në të vërtetë nuk ndikon në frekuencën e gjenerimit.

Rrjedhimisht, bazuar në GreenPAK SLG46108V, u ndërtuan dy variante të konvertuesit të temperaturës në frekuencë (shih Figurën 5). Qarku i aplikimit të këtyre sensorëve është paraqitur në Figurën 3.

Dizajni, siç e kemi thënë tashmë, është mjaft i thjeshtë, është një zinxhir prej tre elementësh NAND që formojnë një oshilator unazor (shiko figurën 4 dhe figurën 2) me një hyrje dixhitale (PIN#3), dhe dy dalje dixhitale (PIN #6 dhe PIN#8) për lidhje me qarkun e jashtëm.

Vendet e fotografive në Figurën 5 tregojnë sensorët aktivë të temperaturës (një monedhë një cent është për shkallë).

Hapi 3: Matjet

Matjet u bënë për të vlerësuar funksionimin e saktë të këtyre sensorëve aktivë të temperaturës. Sensori ynë i temperaturës u vendos në një dhomë të kontrolluar, temperatura brenda së cilës mund të ndryshohej në një saktësi prej 0.5 ° С. Frekuenca e sinjalit dixhital dalës është regjistruar dhe rezultatet janë paraqitur në Figurën 6.

Siç mund të shihet nga grafiku i treguar, matjet e frekuencës (trekëndëshat e gjelbër dhe blu) pothuajse plotësisht përkojnë me vlerat teorike (vijat e zeza dhe të kuqe) sipas Formulës 1 të dhënë më sipër. Rrjedhimisht, kjo metodë e konvertimit të temperaturës në frekuencë po funksionon si duhet.

Hapi 4: Sensori i tretë i temperaturës aktive i bazuar në SLG46620V

Gjithashtu, u ndërtua një sensor i tretë aktiv i temperaturës (shih Figurën 7) për të demonstruar mundësinë e përpunimit të thjeshtë me tregues të dukshëm të temperaturës. Duke përdorur GreenPAK SLG46620V, i cili përmban 10 elementë vonesë, ne kemi ndërtuar dhjetë detektorë frekuencash (shih Figurën 9), secili prej të cilëve është konfiguruar për të zbuluar një sinjal të një frekuence të veçantë. Në këtë mënyrë, ne ndërtuam një termometër të thjeshtë me dhjetë pika treguese të personalizueshme.

Figura 8 tregon skemën e nivelit të lartë të sensorit aktiv me tregues të ekranit për dhjetë pika të temperaturës. Ky funksion shtesë është i përshtatshëm sepse është e mundur të vlerësohet vizualisht vlera e temperaturës pa analizuar veçmas sinjalin dixhital të gjeneruar.

Përfundimet

Në këtë Instructable, ne propozuam një metodë për shndërrimin e një sinjali analog të sensorit të temperaturës në një sinjal dixhital të moduluar me frekuencë duke përdorur produktet GreenPAK nga Dialog. Përdorimi i termistorëve në lidhje me GreenPAK lejon matje të parashikueshme pa përdorimin e konvertuesve të shtrenjtë analogë-dixhitalë, dhe shmangien e kërkesës për matjen e sinjaleve analoge. GreenPAK është zgjidhja ideale për zhvillimin e këtij lloji të sensorit të personalizueshëm, siç tregohet në shembujt prototip të ndërtuar dhe testuar. GreenPAK përmban një numër të madh të elementeve funksionale dhe blloqeve të qarkut të nevojshëm për zbatimin e zgjidhjeve të ndryshme të qarkut, dhe kjo zvogëlon shumë numrin e përbërësve të jashtëm të qarkut të aplikimit përfundimtar. Konsumi i ulët i energjisë, madhësia e vogël e çipit dhe kostoja e ulët janë një bonus shtesë për zgjedhjen e GreenPAK si kontrolluesi kryesor për shumë modele të qarkut.