"Uradi sam" pretvarač temperature u frekvenciju: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Senzori temperature jedna su od najvažnijih vrsta fizičkih senzora, jer mnogi različiti procesi (i u svakodnevnom životu) reguliraju temperaturu. Osim toga, mjerenje temperature omogućava indirektno određivanje drugih fizičkih parametara, kao što su brzina protoka materije, nivo tečnosti itd. Tipično, senzori pretvaraju izmjerenu fizičku vrijednost u analogni signal, a senzori temperature ovdje nisu izuzetak. Za obradu od strane CPU -a ili računara, analogni temperaturni signal mora se pretvoriti u digitalni oblik. Za takvu konverziju obično se koriste skupi analogno-todigitalni pretvarači (ADC).

Svrha ovog Instructable -a je razviti i predstaviti pojednostavljenu tehniku za direktno pretvaranje analognog signala sa temperaturnog senzora u digitalni signal s proporcionalnom frekvencijom koristeći GreenPAK ™. Nakon toga, frekvencija digitalnog signala koja varira ovisno o temperaturi tada se može lakše mjeriti s prilično velikom točnošću, a zatim pretvoriti u potrebne mjerne jedinice. Takva izravna transformacija zanimljiva je prije svega zbog činjenice da nema potrebe za upotrebom skupih analogno-digitalnih pretvarača. Takođe, digitalni prenos signala je pouzdaniji od analognog.

U nastavku smo opisali korake potrebne za razumijevanje načina na koji je GreenPAK čip programiran za stvaranje pretvarača temperature u frekvenciju. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver da biste vidjeli već završenu GreenPAK datoteku za dizajn. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite program za stvaranje prilagođenog IC -a za pretvarač temperature u frekvenciju.

Korak 1: Analiza dizajna

Mogu se koristiti različite vrste temperaturnih senzora i njihova kola za obradu signala, ovisno o specifičnim zahtjevima, prvenstveno u temperaturnom rasponu i tačnosti. Najviše se koriste NTC termistori, koji smanjuju vrijednost svog električnog otpora s porastom temperature (vidi sliku 1). Imaju značajno veći temperaturni koeficijent otpora u odnosu na metalne otporne senzore (RTD) i koštaju mnogo manje. Glavni nedostatak termistora je njihova nelinearna ovisnost karakterističnog "otpora u odnosu na temperaturu". U našem slučaju to ne igra značajnu ulogu jer tijekom pretvorbe postoji točna podudarnost frekvencije s otporom termistora, a time i temperature.

Na slici 1 prikazana je grafička ovisnost otpora termistora od temperature (preuzeta iz podatkovnih listova proizvođača). Za naš dizajn koristili smo dva slična NTC termistora tipične otpornosti 10 kOhm na 25 ° C.

Osnovna ideja direktne transformacije temperaturnog signala u izlazni digitalni signal proporcionalne frekvencije je upotreba termistora R1 zajedno s kondenzatorom C1 u krugu za postavljanje frekvencije R1C1 generatora, kao dio klasičnog prstena oscilator pomoću tri “NAND” logička elementa. Vremenska konstanta R1C1 ovisi o temperaturi, jer će se pri promjeni temperature otpor termistora promijeniti.

Učestalost izlaznog digitalnog signala može se izračunati pomoću formule 1.

Korak 2: Pretvarači temperature u frekvenciju zasnovani na SLG46108V

Ova vrsta oscilatora obično dodaje otpornik R2 za ograničavanje struje kroz ulazne diode i smanjenje opterećenja na ulaznim elementima kola. Ako je vrijednost otpora R2 mnogo manja od otpora R1, to zapravo ne utječe na frekvenciju proizvodnje.

Slijedom toga, na temelju GreenPAK SLG46108V, konstruirane su dvije varijante pretvarača temperature u frekvenciju (vidi sliku 5). Krug primjene ovih senzora prikazan je na slici 3.

Dizajn je, kao što smo već rekli, prilično jednostavan, to je lanac od tri NAND elementa koji tvore prstenasti oscilator (vidi sliku 4 i sliku 2) s jednim digitalnim ulazom (PIN#3) i dva digitalna izlaza (PIN #6 i PIN#8) za povezivanje na vanjsko kolo.

Mjesta za fotografije na slici 5 prikazuju aktivne temperaturne senzore (novčić od jednog centa je za mjerenje).

Korak 3: Mjerenja

Mjerenja su izvršena kako bi se procijenila ispravna funkcija ovih aktivnih temperaturnih senzora. Naš temperaturni senzor smješten je u kontrolisanu komoru, čija se temperatura unutar nje mogla promijeniti na tačnost od 0,5 ° C. Snimljena je frekvencija izlaznog digitalnog signala, a rezultati su prikazani na slici 6.

Kao što se može vidjeti iz prikazanog grafikona, mjerenja frekvencije (zeleni i plavi trokuti) gotovo se potpuno podudaraju s teoretskim vrijednostima (crne i crvene linije) prema gore navedenoj formuli 1. Zbog toga ova metoda pretvaranja temperature u frekvenciju radi ispravno.

Korak 4: Treći aktivni temperaturni senzor zasnovan na SLG46620V

Također je izgrađen i treći aktivni temperaturni senzor (vidi sliku 7) koji demonstrira mogućnost jednostavne obrade s vidljivom indikacijom temperature. Koristeći GreenPAK SLG46620V, koji sadrži 10 elemenata kašnjenja, izgradili smo deset frekvencijskih detektora (vidi sliku 9), od kojih je svaki konfiguriran za detekciju signala jedne određene frekvencije. Na ovaj način konstruisali smo jednostavan termometar sa deset prilagodljivih tačaka indikacije.

Slika 8 prikazuje šemu najvišeg nivoa aktivnog senzora sa indikatorima na ekranu za deset temperaturnih tačaka. Ova dodatna funkcija je pogodna jer je moguće vizualno procijeniti vrijednost temperature bez posebne analize generiranog digitalnog signala.

Zaključci

U ovom Instructable -u smo predložili metodu za pretvaranje analognog signala senzora temperature u frekvencijski modulirani digitalni signal koristeći GreenPAK proizvode iz Dialoga. Upotreba termistora zajedno sa GreenPAK-om omogućava predvidljiva mjerenja bez upotrebe skupih analogno-digitalnih pretvarača i izbjegavanje zahtjeva za mjerenje analognih signala. GreenPAK je idealno rješenje za razvoj ove vrste prilagodljivog senzora, kako je prikazano u prototipnim primjerima konstruiranim i testiranim. GreenPAK sadrži veliki broj funkcionalnih elemenata i blokova kola potrebnih za implementaciju različitih rješenja kola, a to uvelike smanjuje broj vanjskih komponenti konačnog aplikacijskog kruga. Mala potrošnja energije, mala veličina čipa i niska cijena dodatni su bonus pri odabiru GreenPAK -a kao glavnog kontrolera za mnoge dizajne kola.