בקר טמפרטורה דיוק גבוהה: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

במדע ובעולמות ההנדסה מעקב אחר הטמפרטורה aka (תנועת האטומים בתרמודינמיקה) הוא אחד הפרמטרים הפיזיים הבסיסיים שכדאי לשקול כמעט בכל מקום, החל מביולוגיה של תאים ועד מנועי טילים דלקים ודחיפות. במחשבים ובעצם בכל מקום ששכחתי לציין. הרעיון מאחורי כלי זה היה די פשוט. בעת פיתוח הקושחה נזקקתי להתקנת בדיקה שבה אוכל לבדוק את הקושחה עבור הבאגים במקום המוצרים שלנו, אשר מיוצרים בעבודת יד על ידי טכנאים כדי לא לגרום לתקלות כלשהן הקשורות לעיל. מכשירים אלה נוטים להתחמם ולכן יש צורך בניטור קבוע ומדויק של הטמפרטורה על מנת לשמור על כל חלקי המכשיר פעילים, ולא פחות חשוב לבצע ביצועים מצוינים. לשימוש בטרמיסטורים של NTC לפתרון המשימה יש מספר יתרונות. ה- NTCs (מקדם הטמפרטורה השלילי) הם תרמיסטורים מיוחדים המשנים את ההתנגדות בהתאם לטמפרטורה. אלה NTCs בשילוב עם שיטת הכיול שהתגלו על ידי סטנלי הארט וג'ון שטיינהרט כמתואר במאמר "מחקר ים עמוק 1968 כרך 15, עמ '497-503 פרגמון העיתונות" הוא הפתרון הטוב ביותר במקרה שלי. המאמר דן בשיטות של מדידות טמפרטורה רחבות טווח (מאות קלווינים …) עם מכשירים מסוג זה. להבנתי, מרקע הנדסי, ככל שהמערכת/חיישן פשוטים יותר כך ייטב. אף אחד לא רוצה שיהיה משהו סופר מסובך מתחת למים, בעומק קילומטר שיכול לגרום לבעיות בזמן מדידת הטמפרטורה שם רק בשל המורכבות שלהם. אני בספק אם קיומו של החיישן יתפקד באופן דומה, אולי צמד תרמו יצליח, אך הוא דורש מעט מעגל תמיכה והוא מיועד למקרי דיוק קיצוניים. אז בואו נשתמש בשני אלה, לעיצוב מערכת הקירור שיש לה מספר אתגרים. כמה מהם הם: רמת רעש, הדגימה האפקטיבית של הערך בזמן אמת ואולי, כל האמור לעיל בחבילה פשוטה ונוחה גם לתיקון ותחזוקה, העלויות ליחידה. בינתיים בכתיבת הקושחה, ההתקנה השתפרה והשתפרה יותר ויותר. בשלב מסוים הבנתי שזה יכול להיות גם מכשיר עצמאי בשל מורכבותו.

שלב 1: כיול טמפרטורה מאת שטיינהרט-הארט

יש מאמר נחמד בויקיפדיה שיעזור לחשב את מקדמי התרמיסטור בהתאם לטמפרטורה הנדרשת וטווח הטרמיסטור. ברוב המקרים המקדמים הם קטנים במיוחד ויכולים להיות מוזנחים במשוואה בצורתה הפשוטה.

משוואת שטיינהרט -הארט היא מודל להתנגדות של מוליך למחצה בטמפרטורות שונות. המשוואה היא:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { displaystyle {1 / מעל T} = A + B / ln (R) + C [ln (R)]^{ 3}}

איפה:

T { displaystyle T} היא הטמפרטורה (בקלווין) R { displaystyle R} היא ההתנגדות ב- T (באוהם) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} ו- C { displaystyle C} הם מקדמי שטיינהרט -הארט המשתנים בהתאם לסוג ודגם התרמיסטור וטווח הטמפרטורות העניין. (הצורה הכללית ביותר של המשוואה המיושמת מכילה [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

אבל זה בדרך כלל מוזנח מכיוון שהוא בדרך כלל קטן בהרבה מהמקדמים האחרים, ולכן הוא לא מוצג לעיל.)

מפתחי המשוואה:

המשוואה נקראת על שם ג'ון ס 'שטיינהרט וסטנלי ר הארט שפרסמו לראשונה את הקשר בשנת 1968. [1] פרופסור שטיינהרט (1929–2003), חבר באיגוד האמריקאי לגיאופיזיקה ובאיגוד האמריקאי לקידום המדע, היה חבר בפקולטה של אוניברסיטת וויסקונסין – מדיסון בין השנים 1969–1991 [2]. ד"ר הארט, מדען בכיר במוסד האוקיאנוגרפי של וודס הול מאז 1989 וחבר באגודה הגיאולוגית של אמריקה, האיגוד הגיאופיזי האמריקאי, החברה הגיאוכימית והאיגוד האירופי לגיאוכימיה [3] היה קשור לפרופסור שטיינהרט במוסד קרנגי. של וושינגטון כשהמשוואה פותחה.

הפניות:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, עקומות כיול עבור תרמיסטורים, מחקר בים עמוק ותמציות אוקיאנוגרפיות, כרך 15, גיליון 4, אוגוסט 1968, עמודים 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"החלטת זיכרון של הפקולטה של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון על מותו של פרופסור אמריטוס ג'ון ס. שטיינהרט" (PDF). אוניברסיטת וויסקונסין. 5 באפריל 2004. הועבר לארכיון מהמקור (PDF) ב- 10 ביוני 2010. אחזר ב -2 ביולי 2015.

"ד"ר סטן הארט". המכון האוקיאנוגרפי של וודס הול. אחזר ב -2 ביולי 2015.

שלב 2: Assemby: חומרים ושיטות

על מנת להתחיל לבנות, עלינו להתייעץ עם ה- BOM aka (הצעת חוק על חומרים) ולראות באילו חלקים אנו מתכננים להשתמש. מלבד ה- BOM, יהיה צורך במלחם, כמה מפתחות, מברגים ואקדח דבק חם. אני ממליץ על כלי מעבדה אלקטרוניים בסיסיים שיש לידך לנוחותך.

1. לוח אב טיפוס -1
2. תצוגת LCD Hitachi-1
3. Mean Well 240V >> 5Volt אספקת חשמל -1
4. LED אדום 3
5. כחול LED-3
6. ירוק LED-1
7. צהוב LED-1
8. ממסר OMRON (DPDT או 5 וולט דומה) -3
9. פוטנציומטר 5KOhm-1
10. נגדים (470 אוהם) -רבים
11. BC58 טרנזיסטור -3
12. דיודה -3
13. ווסת מתח נמוך-3
14. נוריות SMD (ירוק, אדום) -6
15. מעבד MSP-430 (Ti 2553 או 2452) -2
16. מתג מכני בלם לפני ביצוע (240V 60Hz) -1
17. מקודד-רוטרי -1
18. מחזיקי פלסטיק Ritchco-2
19. שקעי DIP למעבד MSP -430 -4
20. כבל אספקת חשמל לשקע בקיר -1
21. חוטי מגשר (בצבעים שונים) - הרבה
22. ערך NTC Proka aka ערך 4k7, EPCOS B57045-5
23. 430 BOOST-SENSE1- BoosterPack מגע קיבולי (טקסס אינסטרומנטס) -1 (אופציונלי)
24. מאווררי קירור (אופציונלי) למקרה שצריך לקרר משהו- (1-3) (אופציונלי)
25. רדיאטור אלומיניום טהור עם 5 חורים קדוחים לתוכו NTC Probes-1
26. צלחות פלסטיק עם חורים קדוחים - 2
27. אגוזים, ברגים וכמה ברגים להרכבת מבנה המוביל -20 (ליחידה)
28. חוט ל- PCB preff_board שקע הרכבה 2 חוטים עם בורג בתוך 1
29. חבילת BoosterPack של Sharp® (430BOOST-SHARP96) (אופציונלי), משמשת כתצוגה חזיתית -1

אני יודע שהחשבון שלה די גדול על חומרים ועשוי לעלות סכום הוגן. במקרה שלי, אני מקבל הכל דרך המעסיק שלי. אבל אם אתם רוצים לשמור על זה בזול, אל תשקלו את החלקים האופציונאליים. כל השאר קל להגיע מ- Farnell14, DigiKey ו/או מכמה חנויות מקומיות בתחום האלקטרוניקה.

החלטתי על קו המעבדים MSP-430 כיוון שהיו לי אותם מונחים. למרות שניתן לבחור בקלות את ה- AVR של MCU של RISC. משהו כמו ATmega168, או ATmega644 עם טכנולוגיית Pico-Power. כל מעבד AVR אחר יעשה את העבודה. אני למעשה "מעריץ" גדול של AVEL Atmel. וכדאי להזכיר אם אתה מגיע מהרקע הטכני ומוכן לעשות הרכבה נחמדה, אל תשתמש בכל לוח Arduino, אם אתה יכול לתכנת AVR עצמאי, זה יהיה הרבה יותר טוב, אם לא אז, נסה לתכנת את מעבד והטמעה במכשיר.

שלב 3: הרכבה: הלחמה ובנייה בשלבים …

התחלת הרכבה המכונה הלחמה מהרכיבים הקטנים ביותר היא התחלה טובה. התחל עם רכיבי ה- smd והחיווט. קודם כל, הלחם את ה- Power-Bus, במקום כלשהו כמו שעשיתי בלוח המקדים שלי, ולאחר מכן האריך אותו כך שכל החלקים בלוח המקדם ייכנסו בקלות ל- Power-Bus ללא ניתוב מחדש או סיבוכים. השתמשתי בחוטים בכל רחבי הלוח, וזה נראה די מטורף, אבל מאוחר יותר אפשר לעצב PCB תקין, ברגע שהאבטיפוס יעבוד.

• חלקי SMD הלחמה (לחיווי הספק של ה- MSP-430 MCU, בין Vcc ל- GND)
• אוטובוס כוח וחיווט (לנתב באופן שהוא נותן כוח ל- MSP-430)
• הלחמה כל מיני שקעי DIL (על מנת לחבר את ה- IC של MSP-430 x 2
• רגולטורי מתח נמוכים של הלחמה עם התמיכה המתאימה שלו (קבלים, להספק 5 >> ירידה של 3.3 וולט)
• טרנזיסטורים הלחמה, נגדים ודיודות לממסרים והתממשקות עם ה- MCU.
• הלחם את פוטנציומטר 10k אוהם לבקרת בהירות תצוגת LCD.
• הלחמה נוריות ליד ממסרים, מחוון דו-מצבי אדום/כחול (כחול = מופעל, אדום = כבוי).
• הלחמה Mean Well 240 וולט >> יחידת אספקת חשמל של 5 וולט עם המחברים שלה.
• הלחם את המתג המכני הכחול (הפסקה לפני ביצוע) ליד ספק הכוח.

הלחם כל השאר מה שנשאר. לא יצרתי סכמות מתאימות מהמכשיר רק בגלל חוסר זמן, אבל זה די פשוט עם רקע אלקטרוני. עם השלמת הלחמה, יש לבדוק הכל, על חיבורים תקינים כדי למנוע כל סוג של קיצור קווי החשמל.

עכשיו הגיע הזמן להרכיב את בניית המוביל. כמו בתמונות, השתמשתי ב 2 x צלחות פלסטיק עם חורים בגודל M3 שנקדחו (4 לכל צלחת) כדי שיהיו ברגים ואומים ומכונת כביסה ארוכים. צריך להדק את משני הצדדים כדי להצליח לאחוז בצלחות הירוקות יחד.

יש להכניס את לוח הבשורה בין מכונות הכביסה הקדמיות, כלומר, המדיחים הקדמיים האלה צריכים להיות בקוטר גדול (עד 5 מ מ) כך שאפשר להכניס את הלוח המקדים ביניהם ואז להדק אותם. אם נעשה נכון הלוח יעמוד בחוזקה של 90 °. אופציה נוספת להחזקתו במקומה תהיה שימוש במחזיקי PCB מפלסטיק Ritcho המותקנים על ברגי המרחק האלה בזווית של 90 ° ואז יסייעו לך להבריג את חלקי הפלסטיק לברגי מרחק. בשלב זה, אתה אמור להיות מסוגל לחבר/לצרף את לוח המקדים.

לאחר ההתקנה prffboard, תצוגת LCD (16x2) מגיעה כדלקמן הבאה ויש להתקין אותה. אני משתמש בשלי במצב 4 סיביות כדי לשמור על GPIO ^_ ^)))))))). אנא השתמש במצב 4 סיביות בבקשה, אחרת לא יהיה לך מספיק GPIO להשלמת הפרויקט. התאורה האחורית, Vcc ו- Gnd מולחמים באמצעות פוטנציומטר לאוטובוס כוח. יש להלחם את כבלי אוטובוס הנתונים לתצוגה ישירות ל- MSP-430 מיקרו-בקר. אנא השתמש רק ב- GPIO דיגיטלי. ה- GPIO האנלוגי הדרוש לנו עבור ה- NTCs. ישנם 5 התקני NTC, כך שזה צמוד לשם.

שלב 4: סיום הרכבה והפעלה

על מנת להתקין את הגששים/NTCs 5 x חתיכות על הרדיאטור, יש לבצע קידוח. עיין בגיליון הנתונים של ה- NTC, שהוספתי כתמונה לקטרים ולעומק של החור הקידוח. לאחר מכן יש להתאים את החור הקידוח בעזרת כלי כדי לקבל את ראש M3 בגודל ה- NTCs. שימוש ב- 5 x NTC הוא סוג של ממוצע והחלקה של חומרה. ל- MSP-430 יש ADC ברזולוציית 8 סיביות, כך שיהיה קל לממוצע את התוצאות עם חיישנים של 5 x. איננו משליכים כאן מעבדי Ghz, כך שבעולם המוטבע שלנו כל שעון מעבד הוא חיוני. ממוצע משני יבוצע בקושחה. כל NTC צריך לרגליים, וכדי להיות מסוגל לקרוא נתונים באמצעות ADC המשולב, יש ליצור מחלק מתח, המורכב מ- R (NTC)+R (def). יש לחבר את יציאת ה- ADC במרכז השניים. R (def) הוא נגד שני שצריך להיות קבוע בערך 0.1 % או טוב יותר, בדרך כלל בטווח ה- R (NTC). לחלופין, תוכל להוסיף מגבר OP כדי להגביר את האות. עיין באיור בסעיף זה לחיבור ה- NTC prpbes.

כאשר ההלחמה הושלמה ונבדקה, השלב הבא הוא התקנת מיקרו-בקר MSP-430 לשקעי ה- DIL שלהם. אבל לפני כן צריך לתכנת אותם. בשלב זה ניתן להפעיל את המכשיר (ללא המיקרו -בקר) לבדיקות מקדימות. אם הכל מורכב כהלכה המכשיר צריך להידלק והממסרים צריכים להיות במצב כבוי, המסומנים על ידי הנורות האדומות, והמאווררים צריכים לפעול והתצוגה צריכה להיות דולקת אך ללא נתונים עליו, רק התאורה האחורית הכחולה.

שלב 5: קלט משתמש, מקודד רוטרי וחבילת בוסטר קיבולית-מגע

תמיד נחמד שיש מכשיר קלט, שניתן להשתמש בו כדי להזין נתונים למכשיר. הכפתור המגנטי עם מגנטים קבועים הוא בחירה טובה כאן. המשימה שלה היא להיכנס לסף הטמפרטורה של המאווררים המותקנים על בלוק הרדיאטור. הוא מאפשר למשתמש להיכנס לסף חדש לטמפרטורה באמצעות הפרעות. רק על ידי פנייה שמאלה או ימינה, ניתן להוסיף או להפחית ערכים בטווח של (20-100 ° C). הערך הנמוך יותר נקבע על ידי טמפרטורת הסביבה בחדר.

לכפתור זה יש מעגל קטן המעביר את האות הדיגיטלי למיקרו -בקר. ההיגיון גבוה/נמוך מתפרש לאחר מכן על ידי GPIO לקלט.

מכשיר הקלט השני הוא מארז ההגברה הקיבולי של Ti. אפשר להשתמש גם ב- Booster-pack, אך לא ניתן להשתמש בשניהם רק בשל היעדר ה- GPIO ב- MCU היעד. חבילת ההגברה מפנה מקום להרבה GPIO.

לדעתי, Knob טובה יותר מאשר ה- Booster-Pack. אבל טוב שיש בחירה. אם תרצה חבילת בוסטר אז יש ספרייה מוכנה מ- Ti לשימוש בה. אני לא נכנס לכאן לפרטים בנושא.

שלב 6: סיכום: מדידות טמפרטורת הסביבה ורעיונות נוספים ……

לאחר התקנת MCU עם ההפעלה, הוא יברך אותך ואז ימשיך למדידות. הקושחה תחילה שומרת את האוהדים במצב כבוי. מתחילה סדרת מדידות על 5 x בדיקות NTC, ואז מוזגות לערך מוחלט אחד. לאחר שגובה הערך וההשוואה (נתוני משתמשים) זה מפעיל או כבה את המעריצים (או המכשירים הרצויים, כל דבר אחר) המחוברים לממסרי DPDT. קח בחשבון שאתה יכול לצרף לאותם 3 ממסרים כל מה שצריך לכבות או לכבות. ממסרים מסוגלים להעביר 16 אמפר זרם, אבל אני לא חושב שזה רעיון טוב להתחיל להשתמש בעומסים כבדים כאלה על התפוקות האלה.

אני מקווה ש"הדבר "הזה (^_^) …….. hehe יהיה שימושי למישהו. התרומה שלי למוח הכוורת העולמי ^^).

מעניין שמישהו ינסה לבנות אותו. אבל במקרה שכן, אעזור בשמחה בכל דבר. יש לי את הקושחה ב- CCS ובאנרג'יה. אנא יידעו אותי חבר'ה אם אתם זקוקים לזה. כמו כן, אל תהסס לשלוח לי הודעות על שאלות והצעות. ברכות מגרמניה "שטופת שמש".