Kontrollues i temperaturës me precizion të lartë: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Në shkencë dhe në botën e inxhinierisë mbajtja e temperaturës aka (lëvizja e atomeve në termodinamikë) është një nga parametrat themelorë fizikë që duhet të merret parasysh pothuajse kudo, duke filluar nga biologjia e qelizave deri te motorët dhe goditjet e raketave me lëndë djegëse të forta. Në kompjuterë dhe në thelb kudo ku kam harruar të përmend. Ideja pas këtij instrumenti ishte shumë e thjeshtë. Ndërsa zhvilloja firmuerin më duhej një konfigurim testimi ku mund të testoja firmware -in për defektet në vend të produkteve tona, të cilat janë punuar me dorë nga teknikë që të mos shkaktojnë ndonjë lloj keqfunksionimi në lidhje me sa më sipër. Ato instrumente kanë tendencë të nxehen dhe për këtë arsye nevojitet një monitorim i vazhdueshëm dhe i saktë i temperaturës në mënyrë që të mbajnë në funksion të gjitha pjesët e instrumentit, dhe që nuk është më pak e rëndësishme të performojë në mënyrë të jashtëzakonshme. Përdorimi i termistorëve NTC për të zgjidhur detyrën ka disa përfitime. NTC -të (koeficienti negativ i temperaturës) janë termistorë specialë të cilët ndryshojnë rezistencën në varësi të temperaturës. Ato NTC të kombinuara me metodën e kalibrimit të zbuluar nga Stanely Hart dhe John Steinhart siç përshkruhet në artikullin "Deep-Sea Research 1968 vol.15, f. 497-503 Pergamon Press" është zgjidhja më e mirë në rastin tim. Punimi diskuton metodat e matjeve të temperaturës me gamë të gjerë (qindra Kelvins …) me ato lloj pajisjesh. Sipas kuptimit tim, që vjen nga një sfond inxhinierik, sa më i thjeshtë të jetë sistemi/sensori aq më mirë. Askush nuk dëshiron të ketë diçka super të komplikuar nën ujë, në thellësi kilometrash të cilat mund të shkaktojnë probleme gjatë matjes së temperaturës atje vetëm për shkak të kompleksitetit të tyre. Unë dyshoj në ekzistencën e sensorit për të funksionuar në mënyrë të ngjashme, ndoshta termocifti, por kërkon disa qark mbështetës dhe është për raste të saktësisë ekstreme. Pra, le t'i përdorim ato të dyja, për modelin e sistemit të ftohjes i cili ka disa sfida. Disa prej tyre janë: niveli i zhurmës, marrja e mostrave efektive të vlerës në kohë reale dhe ndoshta, të gjitha më sipër të përmendura në një paketë të thjeshtë dhe të përshtatshme për lehtësinë e riparimit dhe mirëmbajtjes gjithashtu, kostot për njësi. Ndërkohë duke shkruar firmware -in, konfigurimi u ndryshua gjithnjë e më shumë dhe u përmirësua. Në një moment, kuptova se mund të bëhej gjithashtu një instrument i pavarur për shkak të kompleksitetit të tij.

Hapi 1: Kalibrimi i temperaturës nga Steinhart-Hart

Ekziston një artikull i bukur në Wikipedia i cili do të ndihmojë në llogaritjen e koeficientëve të termistorit në varësi të temperaturës së nevojshme dhe diapazonit të termistorit. Në shumicën e rasteve koeficientët janë super të vegjël dhe mund të neglizhohen në ekuacion në formën e tij të thjeshtuar.

Ekuacioni Steinhart -Hart është një model i rezistencës së një gjysmëpërçuesi në temperatura të ndryshme. Ekuacioni është:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { stili i shfaqjes {1 / mbi T} = A + B / ln (R) + C [ ln (R)]^{ 3}}

ku:

T { displaystyle T} është temperatura (në Kelvin) R { displaystyle R} është rezistenca në T (në ohms) A { displaystyle A}, B { displaystyle B}, dhe C { displaystyle C} janë koeficientët Steinhart -Hart të cilët ndryshojnë në varësi të llojit dhe modelit të termistorit dhe gamës së temperaturës me interes. (Forma më e përgjithshme e ekuacionit të aplikuar përmban një [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ ln (R)]^{2}}

term, por kjo shpesh neglizhohet sepse është zakonisht shumë më e vogël se koeficientët e tjerë, dhe për këtë arsye nuk tregohet më lart.)

Zhvilluesit e ekuacionit:

Ekuacioni është emëruar pas John S. Steinhart dhe Stanley R. Hart të cilët së pari publikuan marrëdhënien në vitin 1968. [1] Profesor Steinhart (1929–2003), një anëtar i Unionit Gjeofizik Amerikan dhe i Shoqatës Amerikane për Avancimin e Shkencës, ishte anëtar i fakultetit të Universitetit të Wisconsin – Madison nga 1969 në 1991. [2] Dr. Hart, një Shkencëtar i Lartë në Institutin Oqeanografik Woods Hole që nga viti 1989 dhe anëtar i Shoqërisë Gjeologjike të Amerikës, Unionit Gjeofizik Amerikan, Shoqërisë Gjeokimike dhe Shoqatës Evropiane të Gjeokimisë, [3] u shoqërua me Profesor Steinhart në Institucionin Carnegie të Uashingtonit kur u zhvillua ekuacioni.

Referencat:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Curves Calibration for thermistors, Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts, Volume 15, Issue 4, August 1968, Pages 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Rezoluta përkujtimore e fakultetit të Universitetit të Wisconsin-Madison mbi vdekjen e profesorit emeritus John S. Steinhart" (PDF). Universiteti i Wisconsin. 5 Prill 2004. Arkivuar nga origjinali (PDF) më 10 Qershor 2010. Marrë më 2 Korrik 2015.

"Dr. Stan Hart,". Institucioni Oqeanografik i Woods Hole. Marrë më 2 korrik 2015.

Hapi 2: Asambleja: Materialet dhe Metodat

Për të filluar ndërtimin, duhet të konsultohemi me BOM aka (Fatura për Materialet) dhe të shohim se cilat pjesë planifikojmë të përdorim. Përveç BOM-it, do të nevojiteshin hekur bashkues, disa çelësa, kaçavida dhe një armë me zam të nxehtë. Unë do të rekomandoja një mjet bazë laboratorik të elektronikës që keni pranë jush për lehtësi.

1. Prototipi i bordit-1
2. Ekran LCD Hitachi-1
3. Pusi mesatar 240V >> Furnizimi me energji 5 Volt-1
4. LED i kuq-3
5. LED blu-3
6. LED i gjelbër-1
7. LED i verdhë-1
8. Stafetë OMRON (DPDT ose e ngjashme 5 Volt) -3
9. Potenciometër 5KOhm-1
10. Rezistenca (470Ohm)-disa
11. BC58 Transistor-3
12. Diodë-3
13. Rregullator i tensionit të ulët të braktisjes-3
14. LED SMD (jeshile, e kuqe) -6
15. Mikroprocesor MSP-430 (Ti 2553 ose 2452) -2
16. Ndërprerës mekanik Frenimi-Para-Bërjes (240V 60Hz) -1
17. Kodifikues rrotullues-1
18. Mbajtëse plastike Ritchco-2
19. Prizat DIP për MSP -430 Mikroprocesor -4
20. Kabllo furnizimi me energji elektrike për prizën e murit-1
21. Telat e bluzave (ngjyra të ndryshme) - shumë
22. Sonda NTC aka termistor 4k7 vlera, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (opsional)
24. Tifozët e ftohjes (opsionale) në rast se diçka duhet të ftohet- (1-3) (opsionale)
25. Radiator i pastër alumini me 5 vrima të shpuara në të për Sondat NTC-1
26. Pllaka plastike me vrima të shpuara - 2
27. Arra, bulona dhe disa vida për të montuar konstruksionin e bartësit-20 (për copë)
28. Version me tela me prizë për montim me tela në PCB preff_board me vidë brenda-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (opsionale), shërben si ekrani i dytë frontal-1

E di që është një faturë mjaft e madhe për materialet dhe mund të kushtojë një sasi të mirë parash. Në rastin tim, unë marr gjithçka përmes punëdhënësit tim. Por në rast se ju djema dëshironi ta mbani atë të lirë, nuk duhet të merrni parasysh pjesët opsionale. Çdo gjë tjetër është e lehtë për tu marrë nga Farnell14, DigiKey dhe/ose disa dyqane të specializuara elektronike lokale.

Unë kam vendosur mbi linjën e mikroprocesorit MSP-430 sepse i kisha të vendosura përreth. Megjithëse lehtë mund të zgjidhni "AVR" të RISC MCU. Diçka si ATmega168, ose ATmega644 me teknologjinë Pico-Power. Çdo mikroprocesor tjetër AVR do ta bëjë punën. Unë jam një "fanboy" i madh i Atmel AVR në fakt. Dhe vlen të përmendet nëse vini nga sfondi teknik dhe dëshironi të bëni një asamble të bukur, mos përdorni asnjë bord Arduino, nëse jeni në gjendje të programoni AVR të pavarur, kjo do të ishte shumë më mirë, nëse jo atëherë, provoni të programoni CPU dhe futeni në pajisje.

Hapi 3: Montimi: Saldimi dhe ndërtimi në hapa…

Fillimi i montimit aka bashkim nga përbërësit më të vegjël është një fillim i mirë. Filloni me përbërësit smd dhe instalimet elektrike. Bashkojeni së pari Power-Bus-in, diku si unë në tabelën time paraprake, dhe pastaj bëjeni më të gjatë në atë mënyrë që të gjitha pjesët në parafjalë të kenë lehtësisht qasje në Power-Bus pa ndonjë riorganizim ose komplikime. Kam përdorur tela në të gjithë parafjalën, dhe kjo duket goxha e çmendur, por më vonë mund të hartohet një PCB e duhur, pasi prototipi të funksionojë.

• bashkoni pjesët SMD (për treguesin e fuqisë së MCU-ve MSP-430, midis Vcc dhe GND)
• saldim i autobusit dhe instalime elektrike (rruga në një mënyrë që i jep fuqi MSP-430)
• bashkoni të gjitha llojet e prizave DIL (në mënyrë që të lidhni IC-të MSP-430 x 2)
• lidhni rregullatorët e tensionit me rënie të ulët me mbështetjen e tij të përshtatshme (kondensatorët, për fuqinë 5 >> 3.3 Volt rënie)
• lidhni transistorët, dhe rezistencat dhe diodat për stafetat dhe ndërlidhjet me MCU.
• lidhni Potenciometrin 10k Ohm për kontrollin e shkëlqimit të ekranit LCD.
• lidhni LED-të pranë stafetëve, tregues me dy gjendje të kuqe/blu (blu = ndezur, të kuqe = fikur).
• lidhni Pusin Mesatar 240Volt >> Njësia e furnizimit me energji 5 Volt me lidhësit e tij.
• Lidhni çelësin mekanik blu (ndërprerje para bërjes) pranë furnizimit me energji elektrike.

Bashkoni gjithçka tjetër që ka mbetur. Unë nuk krijova skemat e duhura nga pajisja vetëm për shkak të mungesës së kohës, por është mjaft e thjeshtë me çfarëdo qoftë sfondi elektronik. Pas përfundimit të saldimit, gjithçka duhet të kontrollohet, për lidhjet e duhura për të shmangur çdo lloj shkurtimi të linjave të energjisë.

Tani është koha për të mbledhur strukturën e transportuesit. Ashtu si në fotografi, unë kam përdorur 2 x pllaka plastike me vrima të madhësisë M3 të shpuara (4 x për pjatë) për të pasur vida të gjata dhe arra dhe rondele, bulonat dhe rondelet në distancë janë perfekte për ndërlidhje të tilla. Thery duhet të shtrëngohen nga të dy anët për të qenë në gjendje të mbajnë pjatat e gjelbërta së bashku.

Tabela e parafjalës duhet të futet në mes të rondeleve të përparme, që thanë, ato rondele të përparme duhet të jenë në diametër të madh (deri në 5 mm) në mënyrë që të mund të fusni tabelën parafjalore midis tyre dhe pastaj t'i shtrëngoni ato. Nëse bëhet siç duhet, bordi do të qëndrojë në 90 ° fort. Një opsion tjetër për ta mbajtur atë në vend, do të ishte përdorimi i mbajtësve të PCB plastike Ritcho të montuara në ato bulona në distancë përmes këndit 90 °, i cili më pas do t'ju ndihmojë të vidhosni pjesët plastike në bulona në distancë. Në këtë pikë, duhet të jeni në gjendje të lidhni/bashkoni tabelën parafjalore.

Pas instalimit të parafjalës, ekrani LCD (16x2) vjen si i ardhshëm dhe duhet të instalohet. Unë e përdor timen në modalitetin 4-bit për të ruajtur GPIO ^_ ^))))))). Ju lutemi përdorni modalitetin 4-bit, përndryshe, nuk do të keni GPIO të mjaftueshme për të përfunduar projektin. Drita e pasme, Vcc dhe Gnd ngjiten përmes një Potentiometri në autobusin e energjisë. Kabllot e autobusit të të dhënave të ekranit duhet të ngjiten direkt në mikrokontrolluesin MSP-430. Ju lutemi përdorni vetëm GPIO dixhital. GPIO analoge që na nevojitet për QKT -të. Ka 5 x pajisje NTC, kështu që është e ngushtë atje.

Hapi 4: Përfundimi i Asamblesë dhe Fuqizimi

Për të instaluar sondat/NTC -të 5 x copë në radiator, duhet të kryhet shpimi. Konsultohuni me fletën e të dhënave të NTC, të cilën e kam shtuar si fotografi për diametrat dhe thellësinë e vrimës së shpuar. Më pas Vrima e shpuar duhet të rregullohet me mjet për të pranuar kokën e madhësisë M3 të NTC -ve. Përdorimi i 5 x NTC është një lloj harkimi mesatar dhe zbutës. MSP-430 ka një ADC me rezolucion 8-Bit kështu që të kesh 5 x sensorë do të jetë e lehtë të mesatarizosh rezultatet. Ne nuk i disponojmë CPU -të Ghz këtu, kështu që në botën tonë të ngulitur çdo orë CPU është thelbësore. Mesatarizimi sekondar do të kryhet në Firmware. Çdo NTC duhet të ketë këmbë dhe për të qenë në gjendje të lexojë të dhëna përmes ADC në bord, duhet të formohet ndarësi i tensionit, i përbërë nga R (NTC)+R (def). Porta ADC duhet të jetë e bashkangjitur në qendër të këtyre të dyjave. R (def) është një rezistencë e dytë e cila duhet të jetë me vlerë fikse 0.1 % ose më mirë, zakonisht në rang me R (NTC). Opsionale mund të shtoni një OP-Amp për të përforcuar sinjalin. Ju lutemi referojuni figurës në këtë seksion për të lidhur prpbes NTC.

Kur bashkimi të jetë përfunduar dhe të jetë kontrolluar, hapi tjetër është instalimi i mikrokontrolluesit MSP-430 në prizat e tyre DIL. Por paraprakisht ato duhet të programohen. Në këtë hap, është e mundur të ndizni pajisjen (pa mikrokontrollues) për teste paraprake. Nëse gjithçka është montuar siç duhet, pajisja duhet të ndizet dhe stafetat duhet të jenë jashtë gjendjes, të treguara nga LED të kuq, dhe tifozët duhet të punojnë dhe ekrani duhet të jetë i ndezur, por pa asnjë të dhënë mbi të, vetëm drita blu e pasme Me

Hapi 5: Hyrja e Përdoruesit, Paketuesi Rotary-Encoder dhe Capacitive-Touch

Alwaysshtë gjithmonë mirë të kesh një pajisje hyrëse, e cila mund të përdoret për të futur të dhëna në pajisje. Doreza magnetike me magnet të përhershëm është një zgjedhje e mirë këtu. Detyra e tij është të futë pragun e temperaturës për tifozët e montuar në bllokun e radiatorit. Kjo i lejon përdoruesit të hyjë në një prag të ri për temperaturën përmes ndërprerjeve. Vetëm duke u kthyer majtas ose djathtas, mund të shtoni ose zbritni vlerat në rangun e (20-100 ° C). Vlera më e ulët përcaktohet nga temperatura e ambientit në dhomë.

Ky çelës ka një qark të vogël i cili transmeton sinjalin dixhital te mikrokontrolluesi. Logjika e lartë/e ulët interpretohet më pas nga GPIO për hyrje.

Pajisja e dytë hyrëse është paketa përforcuese me prekje e Ti. Isshtë e mundur të përdoret edhe Booster-pack, por nuk është e mundur të përdoren të dyja, vetëm për shkak të mungesës së GPIO në MCU të synuar. Paketa Booster merr rrugën për shumë GPIO.

Sipas mendimit tim, Knob është më i mirë se Booster-Pack. Por është mirë të kesh një zgjedhje. Nëse kërkohet një paketë Booster atëherë ekziston një bibliotekë e gatshme nga Ti për ta përdorur atë. Unë nuk do të hyj këtu në detaje në lidhje me të.

Hapi 6: Përmbledhje: Matjet e temperaturës së ambientit dhe ide të tjera ……

Pas instalimit të MCU pas ndezjes, ai do t'ju përshëndesë dhe pastaj do të vazhdojë me matjet. Firmware së pari i mban tifozët në gjendje jashtë. Fillon serinë e matjeve në 5 sonda NTC, e cila më pas bashkohet në një vlerë absolute. Pastaj, mbi këtë vlerë dhe pragun e krahasimit (të dhënat e përdoruesit), ai aktivizon ose çaktivizon tifozët (ose pajisjet e dëshiruara, çdo gjë tjetër) të lidhur me stafetat DPDT. Konsideroni që ju mund t'i bashkëngjitni atyre 3 X Relays çdo gjë që duhet të fiket ose fiket. Reletë janë të afta të kalojnë rrymën 16 Amper, por nuk mendoj se është ide e mirë të filloni të përdorni ngarkesa të tilla të rënda në ato dalje.

Shpresoj që kjo "gjë" (^_^) …….. hehe do të jetë e dobishme për dikë. Kontributi im në mendjen globale të koshereve ^^).

Pyes veten se dikush do të përpiqet ta ndërtojë atë. Por në rast se ata e bëjnë, unë me kënaqësi do të ndihmoj me gjithçka. Unë kam firmware në CCS dhe në Energia. Ju lutem më tregoni djema nëse keni nevojë për të. Gjithashtu mos ngurroni të më shkruani për pyetje dhe sugjerime. Pershendetje nga Gjermania "Sunny".