DIY pretvarač temperature u frekvenciju: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Senzori temperature jedna su od najvažnijih vrsta fizičkih senzora, jer mnogi različiti procesi (i u svakodnevnom životu) regulirani su temperaturom. Osim toga, mjerenje temperature omogućuje neizravno određivanje drugih fizičkih parametara, kao što su brzina protoka tvari, razina tekućine itd. Tipično, senzori pretvaraju izmjerenu fizičku vrijednost u analogni signal, a senzori temperature ovdje nisu iznimka. Za obradu od strane CPU -a ili računala, analogni temperaturni signal mora se pretvoriti u digitalni oblik. Za takvu pretvorbu obično se koriste skupi analogno-todigitalni pretvarači (ADC).

Svrha ovog Instructablea je razviti i predstaviti pojednostavljenu tehniku za izravnu pretvorbu analognog signala s temperaturnog senzora u digitalni signal s proporcionalnom frekvencijom pomoću GreenPAK ™. Nakon toga, frekvencija digitalnog signala koja varira ovisno o temperaturi može se tada 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. Također, digitalni prijenos signala pouzdaniji je 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 kako biste vidjeli već dovršenu datoteku za dizajn GreenPAK. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite hitni program za stvaranje prilagođenog IC -a za pretvarač temperature u frekvenciju.

Korak 1: Analiza dizajna

Ovisno o posebnim zahtjevima, prvenstveno u temperaturnom rasponu i točnosti, mogu se koristiti različite vrste temperaturnih senzora i njihovi krugovi za obradu signala. Najviše se koriste NTC termistori koji s porastom temperature smanjuju vrijednost svog električnog otpora (vidi sliku 1). Imaju znatno viši temperaturni koeficijent otpora u usporedbi s metalnim otpornim senzorima (RTD) i koštaju mnogo manje. Glavni nedostatak termistora je njihova nelinearna ovisnost o karakteristikama "otpor prema temperaturi". U našem slučaju to ne igra značajnu ulogu jer tijekom pretvorbe postoji točna podudarnost frekvencije s otporom termistora, a time i temperature.

Slika 1 prikazuje grafičku ovisnost otpora termistora u odnosu na temperaturu (preuzete iz podatkovnih listova proizvođača). Za naš dizajn koristili smo dva slična NTC termistora tipične otpornosti 10 kOhm na 25 ° C.

Osnovna ideja izravne transformacije temperaturnog signala u izlazni digitalni signal proporcionalne frekvencije je upotreba termistora R1 zajedno s kondenzatorom C1 u frekvencijskom krugu generatora R1C1, kao dio klasičnog prstena oscilator pomoću tri logička elementa “NAND”. 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 temeljeni na SLG46108V

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

Slijedom toga, temeljene na 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 spajanje na vanjsko kolo.

Mjesta za fotografije na slici 5 prikazuju aktivne temperaturne senzore (novčić od jedan cent namijenjen je mjerenju).

Korak 3: Mjerenja

Mjerenja su provedena kako bi se procijenila ispravna funkcija ovih aktivnih osjetnika temperature. Naš temperaturni senzor smješten je u kontroliranu komoru čija se temperatura unutar nje mogla promijeniti na točnost 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 učestalosti (zeleni i plavi trokuti) gotovo se potpuno podudaraju s teoretskim vrijednostima (crne i crvene crte) prema gore navedenoj formuli 1. Zbog toga ova metoda pretvaranja temperature u frekvenciju radi ispravno.

Korak 4: Treći aktivni osjetnik temperature temeljen na SLG46620V

Također je izgrađen i treći aktivni temperaturni senzor (vidi sliku 7) kako bi se pokazala mogućnost jednostavne obrade s vidljivom indikacijom temperature. Koristeći GreenPAK SLG46620V, koji sadrži 10 elemenata odgode, izgradili smo deset frekvencijskih detektora (vidi sliku 9), od kojih je svaki konfiguriran za detekciju signala jedne određene frekvencije. Na ovaj način konstruirali smo jednostavan termometar s deset prilagodljivih oznaka.

Slika 8 prikazuje shemu najviše razine aktivnog senzora s pokazivačima na zaslonu za deset temperaturnih točaka. Ova dodatna funkcija prikladna je jer je moguće vizualno procijeniti vrijednost temperature bez zasebne analize generiranog digitalnog signala.

Zaključci

U ovom Instructable predložili smo metodu za pretvaranje analognog signala osjetnika temperature u frekvencijski modulirani digitalni signal pomoću GreenPAK proizvoda iz Dialoga. Korištenje termistora u kombinaciji s GreenPAK-om omogućuje predvidljiva mjerenja bez upotrebe skupih analogno-digitalnih pretvarača i izbjegava se zahtjev za mjerenje analognih signala. GreenPAK je idealno rješenje za razvoj ove vrste prilagodljivog senzora, kao što je prikazano u prototipnim primjerima konstruiranim i testiranim. GreenPAK sadrži veliki broj funkcionalnih elemenata i blokova kola potrebnih za implementaciju različitih rješenja sklopova, 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 krugova.