Si të krijoni një matës të rrjedhës së ujit: 7 hapa

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

Një matës i rrjedhës së lëngshme i saktë, i vogël dhe me kosto të ulët mund të bëhet lehtësisht duke përdorur përbërësit GreenPAK. Në këtë Udhëzues ne paraqesim një ujëmatës që mat vazhdimisht rrjedhën e ujit dhe e shfaq atë në tre ekrane me 7 segmente. Gama e matjes së sensorit të rrjedhës është nga 1 në 30 litra në minutë. Dalja e sensorit është një sinjal dixhital PWM me një frekuencë proporcionale me shkallën e rrjedhës së ujit.

Tre matrica të sinjalit të përzier të programueshëm GreenPAK SLG46533 IC numërojnë numrin e pulseve brenda një kohe bazë T. Kjo kohë bazë llogaritet e tillë që numri i impulseve të jetë i barabartë me shkallën e rrjedhës në atë periudhë, atëherë ky numër i llogaritur shfaqet në 7 -ekranet e segmenteve. Rezolucioni është 0.1 litra/min.

Dalja e sensorit është e lidhur me një hyrje dixhitale me shkrepësin Schmitt të matricës së parë të sinjalit të përzier që numëron numrin thyesor. Patate të skuqura grumbullohen së bashku përmes një dalje dixhitale, e cila është e lidhur me një hyrje dixhitale të një Matricë të sinjalit të përzier në vazhdim. Çdo pajisje është e lidhur me një ekran katodik të përbashkët prej 7 segmentesh përmes 7 daljeve.

Përdorimi i një matricë të sinjalit të përzier të programueshëm të GreenPAK është e preferueshme nga shumë zgjidhje të tjera të tilla si mikrokontrolluesit dhe komponentët diskretë. Krahasuar me një mikrokontrollues, një GreenPAK është me kosto më të ulët, më të vogël dhe më të lehtë për tu programuar. Krahasuar me një dizajn logjik të qarqeve të integruara, është gjithashtu kosto më e ulët, më e lehtë për t'u ndërtuar dhe më e vogël.

Për ta bërë këtë zgjidhje komerciale të zbatueshme, sistemi duhet të jetë sa më i vogël dhe të jetë i mbyllur brenda një rrethimi të papërshkueshëm nga uji, të fortë për të qenë rezistent ndaj ujit, pluhurit, avullit dhe faktorëve të tjerë në mënyrë që të mund të funksionojë në kushte të ndryshme.

Për të testuar modelin, u ndërtua një PCB e thjeshtë. Pajisjet GreenPAK janë të kyçura në këtë PCB duke përdorur lidhës të kokës femërore me 20 kunja me dy rreshta.

Testet bëhen për herë të parë duke përdorur impulse të krijuara nga një Arduino dhe në një herë të dytë u mat norma e rrjedhës së ujit të një burimi uji në shtëpi. Sistemi ka treguar një saktësi prej 99%.

Zbuloni të gjitha hapat e nevojshëm për të kuptuar se si çipi GreenPAK është programuar për të kontrolluar Matësin e Rrjedhave të Ujit. 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 të kontrolluar Matësin tuaj të Rrjedhës së Ujit. Ndiqni hapat e përshkruar më poshtë nëse jeni të interesuar të kuptoni se si funksionon qarku.

Hapi 1: Përshkrimi i përgjithshëm i sistemit

Një nga mënyrat më të zakonshme për të matur shkallën e rrjedhjes së lëngut është saktësisht si parimi i matjes së shpejtësisë së erës me një anemometër: shpejtësia e erës është proporcionale me shpejtësinë e rrotullimit të anemometrit. Pjesa kryesore e këtij lloji të sensorit të rrjedhës është një lloj rrotullimi, shpejtësia e të cilit është proporcionale me shkallën e rrjedhjes së lëngut që kalon nëpër të.

Ne kemi përdorur sensorin e rrjedhës së ujit YF-S201 nga firma URUK e treguar në Figurën 1. Në këtë sensor, një sensor Hall Effect i montuar në rrotën e gropës nxjerr një puls me çdo revolucion. Frekuenca e sinjalit dalës paraqitet në Formulën 1, ku Q është shkalla e rrjedhjes së ujit në litra/minutë.

Për shembull, nëse shkalla e matur e rrjedhës është 1 litër/minutë, frekuenca e sinjalit të daljes është 7.5 Hz. Për të shfaqur vlerën reale të rrjedhës në formatin 1.0 litër/min, ne duhet të numërojmë pulsionet për një kohë prej 1.333 sekonda. Në shembullin 1.0 litër/minutë, rezultati i numëruar do të jetë 10, i cili do të shfaqet si 01.0 në ekranet me shtatë segmente. Dy detyra adresohen në këtë aplikacion: e para është numërimi i pulseve dhe e dyta është shfaqja e numrit kur detyra e numërimit të ketë përfunduar. Çdo detyrë zgjat 1.333 sekonda.

Hapi 2: Zbatimi i Projektuesit të GreenPAK

SLG46533 ka shumë makrocela të funksionit të kombinimit të gjithanshëm dhe ato mund të konfigurohen si Look up Tables, sportele ose D-Flip-Flops. Ky modularitet është ajo që e bën GreenPAK të përshtatshme për aplikimin.

Programi ka 3 faza: faza (1) gjeneron një sinjal dixhital periodik për të kaluar midis 2 detyrave të sistemit, faza (2) numëron pulset e sensorit të rrjedhës dhe faza (3) shfaq numrin e pjesshëm.

Hapi 3: Faza e parë: Numërimi/Shfaqja e ndërrimit

Kërkohet një dalje dixhitale "COUNT/DISP-OUT" që ndryshon gjendjen midis të lartë dhe të ulët çdo 1.333 sekonda. Kur është i lartë, sistemi numëron pulset dhe kur është i ulët shfaq rezultatin e numëruar. Kjo mund të arrihet duke përdorur DFF0, CNT1 dhe OSC0 me tela siç tregohet në Figurën 2.

Frekuenca e OSC0 është 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 është konfiguruar si një numërues, dhe hyrja e saj e orës është e lidhur me CLK/4 në mënyrë që frekuenca e orës hyrëse të CNT1 të jetë 6.25 kHz. Për orën e parë të orës që zgjat siç tregohet në Ekuacionin 1, prodhimi i CNT1 është i lartë dhe nga sinjali i orës tjetër duke u rritur, dalja e numëruesit është e ulët dhe CNT1 fillon të zvogëlohet nga 8332. Kur të dhënat CNT1 arrijnë 0, një impuls i ri në daljen CNT1 është të krijuara. Në çdo skaj në rritje të prodhimit CNT1, prodhimi DFF0 ndryshon gjendjen, nëse është i ulët kalon në të lartë dhe anasjelltas.

Polariteti i daljes së DFF0 duhet të konfigurohet si i përmbysur. CNT1 është vendosur në 8332 sepse koha e numërimit/shfaqjes T është e barabartë siç tregohet në Ekuacionin 2.

Hapi 4: Faza e dytë: Numërimi i pulseve hyrëse

Një numërues 4-bit është bërë duke përdorur DFF3/4/5/6, siç tregohet në Figurën 4. Ky numërues rritet në secilin puls vetëm kur "COUNT/DISP-IN", i cili është PIN 9, është i lartë. Hyrjet AND porta 2-L2 janë "COUNT/DISP-IN" dhe hyrja PWM. Numëruesi rivendoset kur arrin 10 ose kur fillon faza e numërimit. Numëruesi 4-bit rivendoset kur kunjat DFFs RESET, të cilat janë të lidhura me të njëjtin rrjet "RESET", janë të ulëta.

LUT2 4-bit përdoret për të rivendosur numëruesin kur të arrijë 10. Meqenëse daljet e DFF janë përmbysur, numrat përcaktohen duke përmbysur të gjitha bitet e paraqitjeve të tyre binare: ndërrimi i 0s me 1s dhe anasjelltas. Ky përfaqësim quhet komplementi i numrit binar 1. Hyrjet 4-bit LUT2 IN0, IN1, IN2 dhe IN3 janë të lidhura përkatësisht me a0, a1, a2, a3 dhe a3. Tabela e së vërtetës për 4-LUT2 është treguar në Tabelën 1.

Kur regjistrohen 10 pulse, dalja e 4-LUT0 kalon nga e larta në e ulët. Në këtë pikë dalja e CNT6/DLY6, e konfiguruar për të punuar në një mënyrë të shkrepjes, kalon në nivelin e ulët për një periudhë prej 90 ns dhe më pas ndizet përsëri. Po kështu, kur "COUNT/DISP-IN" kalon nga e ulët në të lartë, domethënë. sistemi fillon numërimin e impulseve. Dalja e CNT5/DLY5, e konfiguruar për të punuar në një mënyrë të shkrepjes, kalon shumë ulët për një periudhë prej 90 ns dhe më pas ndizet përsëri. Crucialshtë thelbësore të mbani butonin RESET në një nivel të ulët për një kohë dhe ta ndizni përsëri duke përdorur CNT5 dhe CNT6 për t'i dhënë kohë që të gjithë DFF -të të rivendosen. Një vonesë prej 90 ns nuk ka ndikim në saktësinë e sistemit pasi frekuenca maksimale e sinjalit PWM është 225 Hz. Daljet CNT5 dhe CNT6 janë të lidhura me hyrjet e portës AND që nxjerrin sinjalin RESET.

Dalja e 4-LUT2 është gjithashtu e lidhur me Pin 4, të etiketuar "F/10-OUT", e cila do të lidhet me hyrjen PWM të fazës së numërimit të çipit tjetër. Për shembull, nëse "PWM-IN" i pajisjes së numërimit të pjesshëm është i lidhur me daljen PWM të sensorit, dhe "F/10-OUT" i tij është i lidhur me "PWM-IN" të pajisjeve të numërimit të njësive dhe " F/10-OUT "i këtij të fundit është i lidhur me" PWM-IN "të pajisjes së numërimit të dhjetëra dhe kështu me radhë. "COUNT/DISP-IN" i të gjitha këtyre fazave duhet të lidhet me të njëjtën "COUNT/DISP-OUT" të ndonjë prej 3 pajisjeve për pajisjen e numërimit të pjesshëm.

Figura 5 shpjegon në detaje se si funksionon kjo fazë duke treguar se si të matni një normë të rrjedhës prej 1.5 litra/minutë.

Hapi 5: Faza e tretë: Shfaqja e vlerës së matur

Kjo fazë ka si hyrje: a0, a1, a2 dhe a3 (e kundërt), dhe do të dalë në kunjat e lidhur me ekranin me 7 segmente. Secili segment ka një funksion logjik që duhet bërë nga LUT -të në dispozicion. LUT-të 4-bit mund ta bëjnë punën shumë lehtë, por për fat të keq vetëm 1 është në dispozicion. LUT0 4-bit përdoret për segmentin G, por për segmentet e tjera ne përdorëm një palë LUT 3-bitësh siç tregohet në Figurën 6. LUT-të 3-bitësh të majtë kanë a2/a1/a0 të lidhur me hyrjet e tyre, ndërsa më të djathtën LUT-të 3-bit kanë a3 të lidhur me hyrjet e tyre.

Të gjitha tabelat e kërkimit mund të nxirren nga tabela e së vërtetës së dekoduesit me 7 segmente e treguar në Tabelën 2. Ato janë paraqitur në Tabelën 3, Tabela 4, Tabela 5, Tabela 6, Tabela 7, Tabela 8, Tabela 9.

Kunjat e kontrollit të GPIO-ve që kontrollojnë ekranin me 7 segmente lidhen me "COUNT/DISP-IN" përmes një inverter si dalje kur "COUNT/DISP-IN" është i ulët, që do të thotë se ekrani ndryshon vetëm gjatë detyrës së shfaqjes. Prandaj, gjatë detyrës së numërimit, ekranet janë OFF dhe gjatë shfaqjes së detyrës ata shfaqin pulset e numëruara.

Një tregues i pikës dhjetore mund të jetë i nevojshëm diku brenda ekranit me 7 segmente. Për këtë arsye, PIN5, i etiketuar "DP-OUT", lidhet me rrjetin e kundërt "COUNT/DISP" dhe ne e lidhim atë me DP të ekranit përkatës. Në aplikacionin tonë ne duhet të shfaqim pikën dhjetore të pajisjes numëruese për të treguar numrat në formatin "xx.x", atëherë ne do të lidhim "DP-OUT" të pajisjes së numërimit të njësisë me hyrjen DP të njësisë 7- segmenti shfaqet dhe i lëmë të tjerat të palidhura.

Hapi 6: Zbatimi i harduerit

Figura 7 tregon ndërlidhjen midis 3 çipave GreenPAK dhe lidhjeve të secilit çip në ekranin e tij përkatës. Dalja e pikës dhjetore të GreenPAK është e lidhur me hyrjen DP të ekranit me 7 segmente për të treguar shkallën e rrjedhës në formatin e saj të saktë, me një rezolutë prej 0.1 litra / minutë. Hyrja PWM e çipit LSB është e lidhur me daljen PWM të sensorit të rrjedhës së ujit. Daljet F/10 të qarqeve janë të lidhura me hyrjet PWM të çipit të mëposhtëm. Për sensorët me shkallë më të lartë të rrjedhjes dhe/ose saktësi më të madhe, më shumë patate të skuqura mund të vendosen në kaskadë për të shtuar më shumë shifra.

Hapi 7: Rezultatet

Për të testuar sistemin, ne ndërtuam një PCB të thjeshtë e cila ka lidhje për të lidhur prizat GreenPAK duke përdorur tituj femra me 20 pin me dy rreshta. Skema dhe paraqitja e këtij PCB si dhe fotot janë paraqitur në Shtojcën.

Sistemi u testua së pari me një Arduino që simulon një sensor të shkallës së rrjedhës dhe një burim uji me një rrjedhë konstante, të njohur të rrjedhës duke gjeneruar impulse në 225 Hz që korrespondon me një normë të rrjedhës prej 30 litra/minutë respektivisht. Rezultati i matjes ishte i barabartë me 29.7 litra/minutë, gabimi është rreth 1 %.

Testi i dytë u bë me sensorin e shkallës së rrjedhës së ujit dhe një burim uji në shtëpi. Matjet me ritme të ndryshme rrjedhjeje ishin 4.5 dhe 12.4.

Përfundim

Ky udhëzues tregon se si të ndërtoni një matës të rrjedhës së vogël, me kosto të ulët dhe të saktë duke përdorur një Dialog SLG46533. Falë GreenPAK, ky dizajn është më i vogël, më i thjeshtë dhe më i lehtë për tu krijuar sesa zgjidhjet e krahasueshme.

Sistemi ynë mund të masë një normë të rrjedhës deri në 30 litra / minutë me një rezolutë prej 0.1 litrash, por ne mund të përdorim më shumë GreenPAK për të matur normat më të larta të rrjedhës me saktësi më të lartë në varësi të sensorit të rrjedhës. Një sistem i bazuar në Dialog GreenPAK mund të funksionojë me një gamë të gjerë të matësve të rrjedhës së turbinës.

Zgjidhja e sugjeruar është projektuar për të matur shkallën e rrjedhjes së ujit, por mund të përshtatet për t'u përdorur me çdo sensor që nxjerr një sinjal PWM, si një sensor i shkallës së rrjedhës së gazit.