Kako izraditi mjerač protoka vode: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Točan, mali i jeftin mjerač protoka tekućine može se jednostavno izraditi korištenjem GreenPAK ™ komponenti. U ovom Instructable predstavljamo mjerač protoka vode koji kontinuirano mjeri protok vode i prikazuje ga na tri 7-segmentna zaslona. Područje mjerenja osjetnika protoka je od 1 do 30 litara u minuti. Izlaz senzora je digitalni PWM signal s frekvencijom proporcionalnom brzini protoka vode.

Tri GreenPAK programabilne matrice mješovitih signala SLG46533 s programabilnim brojem signala broje broj impulsa unutar baznog vremena T. Ovo bazno vrijeme izračunava se tako da je broj impulsa jednak brzini protoka u tom razdoblju, tada se ovaj izračunati broj prikazuje na 7 -segmentni prikazi. Rezolucija je 0,1 l/min.

Izlaz senzora spojen je na digitalni ulaz sa Schmittovim okidačem prve matrice mješovitih signala koja broji razlomljeni broj. Čipovi se kaskadno spajaju putem digitalnog izlaza koji je spojen na digitalni ulaz tekuće Matrice mješovitih signala. Svaki je uređaj spojen na 7 -segmentni katodni zaslon putem 7 izlaza.

Korištenje GreenPAK programabilne matrice mješovitih signala bolje je od mnogih drugih rješenja, poput mikrokontrolera i diskretnih komponenti. U usporedbi s mikrokontrolerom, GreenPAK je jeftiniji, manji je i lakše ga je programirati. U usporedbi s diskretnim logičkim integriranim sklopovima, također je niža cijena, lakša za izgradnju i manja.

Kako bi ovo rješenje bilo komercijalno održivo, sustav mora biti što manji i biti zatvoren u vodootporno, tvrdo kućište kako bi bilo otporno na vodu, prašinu, paru i druge čimbenike kako bi moglo raditi u različitim uvjetima.

Za testiranje dizajna izgrađena je jednostavna PCB. Uređaji GreenPAK priključeni su na ovu PCB pomoću 20 pinova dvorednih ženskih konektora zaglavlja.

Ispitivanja se prvi put izvode pomoću impulsa koje generira Arduino, a drugi put je izmjeren protok vode iz kućnog izvora vode. Sustav je pokazao točnost od 99%.

Otkrijte sve potrebne korake kako biste razumjeli kako je GreenPAK čip programiran za upravljanje mjeračem protoka vode. 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 program za stvaranje prilagođenog IC -a za kontrolu vašeg mjerača protoka vode. Slijedite dolje navedene korake ako želite razumjeti kako krug funkcionira.

Korak 1: Opći opis sustava

Jedan od najčešćih načina mjerenja protoka tekućine potpuno je sličan načelu mjerenja brzine vjetra anemometrom: brzina vjetra proporcionalna je brzini okretanja anemometra. Glavni dio ove vrste senzora protoka je svojevrsni zamašnjak čija je brzina proporcionalna brzini protoka tekućine koja prolazi kroz njega.

Koristili smo senzor protoka vode YF-S201 tvrtke URUK prikazan na slici 1. U ovom senzoru Hall-ov osjetnik montiran na osovinu daje impuls pri svakom okretaju. Učestalost izlaznog signala prikazana je u Formuli 1, gdje je Q protok vode u litrama/minuti.

Na primjer, ako je izmjereni protok 1 litra/minuti, frekvencija izlaznog signala je 7,5 Hz. Da bismo prikazali stvarnu vrijednost protoka u formatu 1,0 litre/minuti, moramo brojati impulse u vremenu od 1,333 sekunde. U primjeru od 1,0 litre/minuti prebrojani rezultat bit će 10, koji će se prikazati kao 01,0 na zaslonima sa sedam segmenata. U ovoj se aplikaciji rješavaju dva zadatka: prvi je brojanje impulsa, a drugi prikaz broja kada je zadatak brojanja dovršen. Svaki zadatak traje 1,333 sekunde.

Korak 2: Implementacija dizajnera GreenPAK -a

SLG46533 ima mnoge svestrane kombinirane makro ćelije i mogu se konfigurirati kao Tablice za traženje, brojači ili D-japanke. Ova modularnost čini GreenPAK prikladnim za primjenu.

Program ima 3 stupnja: faza (1) generira periodični digitalni signal za prebacivanje između 2 zadatka sustava, faza (2) broji impulse osjetnika protoka, a faza (3) prikazuje razlomljeni broj.

Korak 3: Prva faza: Brojanje/prikaz prebacivanja

Potreban je digitalni izlaz “COUNT/DISP-OUT” koji mijenja stanje između visokog i niskog svakih 1,333 sekunde. Kad je visoka, sustav broji impulse, a kada je niska prikazuje prebrojane rezultate. To se može postići pomoću DFF0, CNT1 i OSC0 ožičenih kao što je prikazano na slici 2.

Frekvencija OSC0 je 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 konfiguriran je kao brojač, a njegov satni ulaz spojen je na CLK/4 tako da je ulazna frekvencija takta CNT1 6,25 kHz. Za prvo razdoblje takta koje traje kako je prikazano u jednadžbi 1, izlaz CNT1 je visok, a od rastućeg ruba signala sljedećeg sata, izlaz brojača je nizak, a CNT1 počinje opadati s 8332. Kad podaci CNT1 dosegnu 0, novi impuls na izlazu CNT1 je generirano. Na svakom rastućem rubu CNT1 izlaza, DFF0 izlaz mijenja stanje, ako je nisko prelazi u visoko i obrnuto.

Izlazni polaritet DFF0 treba konfigurirati kao obrnut. CNT1 je postavljen na 8332 jer je vrijeme odbrojavanja/prikaza T jednako kao što je prikazano u jednadžbi 2.

Korak 4: Druga faza: Brojanje ulaznih impulsa

4-bitni brojač izrađen je pomoću DFF3/4/5/6, kao što je prikazano na slici 4. Ovaj brojač povećava se na svakom impulsu samo kada je "COUNT/DISP-IN", koji je PIN 9, visok. Ulazi AND-gate 2-L2 su "COUNT/DISP-IN" i PWM ulaz. Brojač se resetira kada dosegne 10 ili kada počne faza odbrojavanja. 4-bitni brojač resetira se kad su DFF-ovi RESET pinovi, koji su spojeni na istu mrežnu "RESET", niski.

4-bitni LUT2 koristi se za poništavanje brojača kada dosegne 10. Budući da su izlazi DFF-a obrnuti, brojevi se definiraju invertiranjem svih bitova njihovih binarnih prikaza: zamjenom 0s za 1s i obrnuto. Ova reprezentacija naziva se 1 komplement binarnog broja. 4-bitni LUT2 ulazi IN0, IN1, IN2 i IN3 spojeni su na a0, a1, a2, a3 i a3. Tablica istinitosti za 4-LUT2 prikazana je u tablici 1.

Kad je registrirano 10 impulsa, izlaz 4-LUT0 prelazi s visokog na nisko. U ovom trenutku izlaz CNT6/DLY6, konfiguriran za rad u jednom načinu snimanja, prebacuje se na nisko za razdoblje od 90 ns, a zatim se ponovno uključuje. Slično, kada se "COUNT/DISP-IN" prebaci s niskog na visoko, tj. sustav počinje brojati impulse. Izlaz CNT5/DLY5, konfiguriran za rad u jednom načinu snimanja, prebacuje se prenisko za razdoblje od 90 ns, a zatim se ponovno uključuje. Od ključne je važnosti neko vrijeme držati gumb RESET na niskoj razini i ponovno ga uključiti pomoću CNT5 i CNT6 kako bi se dalo vremena svim DFF -ovima za resetiranje. Odgoda od 90 ns nema utjecaja na točnost sustava budući da je maksimalna frekvencija PWM signala 225 Hz. Izlazi CNT5 i CNT6 spojeni su na ulaze AND vrata koji izlažu RESET signal.

Izlaz 4-LUT2 također je spojen na pin 4, označen kao "F/10-OUT", koji će biti spojen na PWM ulaz sljedeće faze brojanja čipa. Na primjer, ako je "PWM-IN" uređaja za brojanje frakcija spojen na PWM izlaz senzora, a njegov "F/10-OUT" je spojen na "PWM-IN" uređaja za brojanje jedinica i " F/10-OUT "potonjeg spojen je na" PWM-IN "uređaja za brojanje desetica i tako dalje. "COUNT/DISP-IN" svih ovih faza trebao bi biti spojen na isti "COUNT/DISP-OUT" bilo kojeg od 3 uređaja za frakcijski brojač.

Slika 5 detaljno objašnjava kako ova faza funkcionira pokazujući kako mjeriti protok od 1,5 litara u minuti.

Korak 5: Treća faza: Prikaz izmjerene vrijednosti

Ova faza ima ulaze: a0, a1, a2 i a3 (obrnuto) i izlazit će na pinove spojene na 7-segmentni zaslon. Svaki segment ima logičku funkciju koju trebaju izvršiti dostupni LUT -ovi. 4-bitni LUT-ovi mogu vrlo lako obaviti posao, ali nažalost samo je jedan dostupan. 4-bitni LUT0 koristi se za segment G, ali za ostale segmente koristili smo par 3-bitnih LUT-ova kao što je prikazano na slici 6. Na krajnje lijevom 3-bitnom LUT-u a2/a1/a0 je spojeno na svoje ulaze, dok je krajnje desno 3-bitni LUT-ovi imaju a3 spojen na svoje ulaze.

Sve tražene tablice mogu se zaključiti iz tablice istinitosti dekodera sa 7 segmenata prikazane u tablici 2. One su prikazane u tablici 3, tablici 4, tablici 5, tablici 6, tablici 7, tablici 8, tablici 9.

Kontrolni pinovi GPIO-a koji upravljaju 7-segmentnim zaslonom povezani su na "COUNT/DISP-IN" preko pretvarača kao izlazi kada je "COUNT/DISP-IN" nisko, što znači da se prikaz mijenja samo tijekom zadatka prikaza. Stoga su tijekom zadatka prebrojavanja zasloni isključeni, a tijekom zadatka prikaza oni prikazuju prebrojane impulse.

Indikator decimalne točke može biti potreban negdje unutar 7-segmentnog zaslona. Iz tog razloga PIN5, označen kao "DP-OUT", spojen je na obrnutu mrežu "COUNT/DISP" i povezujemo ga s DP odgovarajućeg zaslona. U našoj aplikaciji moramo prikazati decimalnu točku uređaja za brojanje jedinica kako bi se prikazali brojevi u formatu "xx.x", zatim ćemo spojiti "DP-OUT" uređaja za brojanje jedinica na DP ulaz jedinice 7- segmentni prikaz, a ostale ostavljamo nepovezanim.

Korak 6: Implementacija hardvera

Slika 7 prikazuje međusobnu povezanost 3 GreenPAK čipa i veze svakog čipa na odgovarajući zaslon. Izlaz decimalne točke GreenPAK-a povezan je DP ulazom 7-segmentnog zaslona za prikaz brzine protoka u ispravnom formatu, s razlučivošću od 0,1 litre / minuti. PWM ulaz LSB čipa spojen je na PWM izlaz osjetnika protoka vode. Izlazi F/10 krugova spojeni su na PWM ulaze sljedećeg čipa. Za senzore s većim brzinama protoka i/ili većom točnošću, više čipova može se kaskadirati za dodavanje više znamenki.

Korak 7: Rezultati

Kako bismo testirali sustav, izgradili smo jednostavno PCB koje ima konektore za uključivanje GreenPAK utičnica pomoću 20-polnih dvorednih ženskih zaglavlja. Shema i izgled ovog PCB -a, kao i fotografije, prikazani su u Dodatku.

Sustav je prvo testiran s Arduinom koji simulira senzor protoka i izvor vode s konstantnom, poznatom brzinom protoka generirajući impulse pri 225 Hz što odgovara protoku od 30 litara u minuti. Rezultat mjerenja bio je jednak 29,7 litara u minuti, pogreška je oko 1 %.

Drugo ispitivanje provedeno je senzorom protoka vode i kućnim izvorom vode. Mjerenja pri različitim brzinama protoka bila su 4,5 i 12,4.

Zaključak

Ovaj Instructable pokazuje kako izgraditi mali, jeftini i točni mjerač protoka koristeći Dialog SLG46533. Zahvaljujući GreenPAK -u, ovaj je dizajn manji, jednostavniji i lakši za stvaranje od usporedivih rješenja.

Naš sustav može mjeriti protok do 30 litara u minuti s razlučivošću od 0,1 litre, ali možemo koristiti više GreenPAK -ova za mjerenje većih protoka s većom točnošću ovisno o senzoru protoka. Sustav temeljen na Dialog GreenPAK-u može raditi s širokim rasponom turbinskih mjerača protoka.

Predloženo rješenje je dizajnirano za mjerenje protoka vode, ali se može prilagoditi za upotrebu sa bilo kojim senzorom koji emitira PWM signal, poput senzora protoka plina.