ממיר טמפרטורה לתדר DIY: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

חיישני טמפרטורה הם אחד הסוגים החשובים ביותר של חיישנים פיזיים, מכיוון שתהליכים רבים ושונים (גם בחיי היומיום) מוסדרים על ידי הטמפרטורה. חוץ מזה, מדידת הטמפרטורה מאפשרת קביעה עקיפה של פרמטרים פיזיקליים אחרים, כגון קצב זרימת החומר, מפלס הנוזלים וכו '. בדרך כלל, חיישנים ממירים את הערך הפיזי הנמדד לאות אנלוגי, וחיישני טמפרטורה אינם יוצאי דופן כאן. לצורך עיבוד על ידי המעבד או המחשב, יש להמיר את אות הטמפרטורה האנלוגית לצורה דיגיטלית. לצורך המרה כזו משתמשים בדרך כלל בממירים אנלוגיים לדיגיטליים יקרים.

מטרת מדריך זה היא לפתח ולהציג טכניקה פשוטה להמרה ישירה של האות האנלוגי מחיישן טמפרטורה לאות דיגיטלי בעל תדר פרופורציונאלי באמצעות GreenPAK ™. לאחר מכן, ניתן למדוד ביתר דיוק די גבוה את תדר האות הדיגיטלי המשתנה בהתאם לטמפרטורה ולאחר מכן להמיר אותו ליחידות המדידה הנדרשות. טרנספורמציה ישירה כזו מעניינת מלכתחילה העובדה שאין צורך בשימוש בממירים אנלוגיים לדיגיטליים יקרים. כמו כן, שידור האות הדיגיטלי אמין יותר מאשר אנלוגי.

להלן תיארנו את השלבים הדרושים כדי להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK ליצירת ממיר הטמפרטורה לתדר. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את התוצאה של התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את ה- IC המותאם אישית לממיר הטמפרטורה לתדר.

שלב 1: ניתוח עיצוב

ניתן להשתמש בסוגים שונים של חיישני טמפרטורה ומעגלי עיבוד האותות שלהם בהתאם לדרישות ספציפיות, בעיקר בטווח הטמפרטורות והדיוק. הנפוצים ביותר הם תרמיסטורים NTC, אשר מפחיתים את ערך ההתנגדות החשמלית שלהם עם עליית הטמפרטורה (ראה איור 1). יש להם מקדם התנגדות טמפרטורה גבוה משמעותית בהשוואה לחיישני התנגדות מתכת (RTD) והם עולים הרבה פחות. החיסרון העיקרי של תרמיסטורים הוא התלות הלא לינארית שלהם ב"התנגדות מול טמפרטורה "האופיינית. במקרה שלנו, זה לא ממלא תפקיד משמעותי שכן במהלך ההמרה, ישנה התאמה מדויקת של התדר להתנגדות התרמיסטור, ולכן, הטמפרטורה.

איור 1 מציג את התלות הגרפית של התנגדות התרמיסטור מול הטמפרטורה (שנלקחו מגליונות הנתונים של היצרן). לעיצוב שלנו, השתמשנו בשני תרמיסטורים דומים של NTC בעלי התנגדות אופיינית של 10 קאוהם ב -25 מעלות צלזיוס.

הרעיון הבסיסי של הטרנספורמציה הישירה של אות הטמפרטורה לאות הדיגיטלי המוצא של תדר פרופורציונאלי הוא השימוש בטרמיסטור R1 יחד עם הקבל C1 במעגל R1C1 הגדרת התדר של הגנרטור, כחלק מטבעת קלאסית מתנד באמצעות שלושה רכיבי לוגיקה "NAND". קבוע הזמן של R1C1 תלוי בטמפרטורה, כי כאשר הטמפרטורה משתנה, ההתנגדות של התרמיסטור תשתנה בהתאם.

ניתן לחשב את תדירות האות הדיגיטלי המוצא באמצעות פורמולה 1.

שלב 2: ממירים טמפרטורה לתדר המבוססים על SLG46108V

סוג מתנד זה בדרך כלל מוסיף נגד R2 כדי להגביל את הזרם דרך דיודות הכניסה ולהפחית את העומס על רכיבי הכניסה של המעגל. אם ערך ההתנגדות של R2 קטן בהרבה מההתנגדות של R1, אז זה לא משפיע בפועל על תדירות הייצור.

כתוצאה מכך, בהתבסס על ה- GreenPAK SLG46108V, נבנו שני גרסאות של ממיר הטמפרטורה לתדר (ראה איור 5). מעגל היישום של חיישנים אלה מוצג באיור 3.

העיצוב, כפי שכבר אמרנו, הוא די פשוט, הוא שרשרת של שלושה אלמנטים NAND היוצרים מתנד טבעות (ראו איור 4 ואיור 2) עם קלט דיגיטלי אחד (PIN#3) ושני יציאות דיגיטליות (PIN #6 ו- PIN#8) לחיבור למעגלים חיצוניים.

מקומות הצילום באיור 5 מציגים את חיישני הטמפרטורה הפעילים (מטבע של סנט אחד מיועד לסולם).

שלב 3: מדידות

נערכו מדידות להערכת התפקוד הנכון של חיישני הטמפרטורה הפעילים הללו. חיישן הטמפרטורה שלנו הונח בחדר מבוקר, שניתן לשנות את הטמפרטורה שבתוכו לדיוק של 0.5 מעלות צלזיוס. תדירות האות הדיגיטלי הפלט נרשמה והתוצאות מוצגות באיור 6.

כפי שניתן לראות מהעלילה המוצגת, מדידות התדרים (משולשים ירוקים וכחולים) חופפים כמעט לחלוטין עם הערכים התיאורטיים (קווים שחורים ואדומים) על פי פורמולה 1 שניתנו לעיל. כתוצאה מכך, שיטה זו של המרת טמפרטורה לתדר פועלת כראוי.

שלב 4: חיישן טמפרטורה פעיל שלישי המבוסס על SLG46620V

כמו כן, נבנה חיישן טמפרטורה פעיל שלישי (ראה איור 7) כדי להדגים אפשרות לעיבוד פשוט עם אינדיקציה לטמפרטורה נראית לעין. באמצעות ה- GreenPAK SLG46620V, המכיל 10 אלמנטים עיכוב, בנינו עשרה גלאי תדרים (ראו איור 9), שכל אחד מהם מוגדר לזהות אות של תדר מסוים אחד. בדרך זו בנינו מדחום פשוט עם עשר נקודות אינדיקציה הניתנות להתאמה אישית.

איור 8 מציג את סכמטי הרמה העליונה של החיישן הפעיל עם מחווני תצוגה לעשר נקודות טמפרטורה. פונקציה נוספת זו נוחה מכיוון שניתן להעריך חזותית את ערך הטמפרטורה מבלי לנתח בנפרד את האות הדיגיטלי שנוצר.

מסקנות

במדריך זה, הצענו שיטה להמרת אות אנלוגי של חיישן טמפרטורה לאות דיגיטלי מאופנן בתדרים באמצעות מוצרי GreenPAK מ- Dialog. השימוש בטרמיסטורים יחד עם GreenPAK מאפשר מדידות צפויות ללא שימוש בממירים אנלוגיים לדיגיטליים יקרים, והימנעות מהדרישה למדידת האותות האנלוגיים. GreenPAK הוא הפתרון האידיאלי לפיתוח סוג זה של חיישן הניתן להתאמה אישית, כפי שמוצג בדוגמאות האב טיפוס שנבנו ונבדקו. GreenPAK מכיל מספר רב של אלמנטים פונקציונאליים ובלוקים של מעגלים הדרושים ליישום פתרונות מעגל שונים, וזה מקטין מאוד את מספר הרכיבים החיצוניים של מעגל היישום הסופי. צריכת חשמל נמוכה, גודל שבב קטן ועלות נמוכה הם בונוס נוסף לבחירת GreenPAK כבקר הראשי בעיצובים רבים של מעגלים.