תוכן עניינים:
2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-13 06:57
מד זרימת נוזלים מדויק, קטן וזול ניתן לבצע בקלות באמצעות רכיבי GreenPAK ™. במדריך זה אנו מציגים מד זרימת מים המודד באופן רציף את זרימת המים ומציג אותו בשלוש תצוגות בעלות 7 קטעים. טווח מדידת חיישן הזרימה נע בין 1 ל -30 ליטר לדקה. פלט החיישן הוא אות PWM דיגיטלי בעל תדר ביחס לקצב זרימת המים.
שלושה ICs מתכנתים מעורבים של אותות מעורבים של GreenPAK סופרים את מספר הפולסים בתוך זמן בסיס T. זמן בסיס זה מחושב כך שמספר הפולסים שווה לקצב הזרימה באותה תקופה, ואז המספר המחושב הזה מוצג ב- 7 -מציג קטע. הרזולוציה היא 0.1 ליטר/דקה.
פלט החיישן מחובר לכניסה דיגיטלית עם טריגר של שמיט של מטריצת אות מעורבת ראשונה הסופרת את המספר השברירי. השבבים מדורגים יחד באמצעות פלט דיגיטלי, המחובר לכניסה דיגיטלית של מטריקס מעורב-אות מתמשך. כל מכשיר מחובר לתצוגת קתודה משותפת של 7 מגזרים באמצעות 7 יציאות.
עדיפות לשימוש במטריצה מעורבת של אותות מעורבים של GreenPAK על פני פתרונות רבים אחרים כגון מיקרו-בקרים ורכיבים נפרדים. בהשוואה למיקרו -בקר, GreenPAK הוא בעלות נמוכה יותר, קטן יותר וקל יותר לתכנות. בהשוואה לעיצוב מעגלים משולבים נפרדים בהגיון, הוא גם בעלות נמוכה יותר, קלה יותר לבנייה וקטנה יותר.
כדי להפוך את הפתרון הזה לכדאי מבחינה מסחרית, המערכת חייבת להיות קטנה ככל האפשר ולהיות סגורה בתוך מארז קשיח עמיד למים, כך שהיא תהיה עמידה בפני מים, אבק, אדים וגורמים אחרים כדי שתוכל לפעול בתנאים שונים.
כדי לבדוק את העיצוב נבנה PCB פשוט. התקני GreenPAK מחוברים למחשב הלוח הזה באמצעות 20 פינים מחברי כותרת נקבה בשורות כפולות.
הבדיקות נעשות בפעם הראשונה באמצעות פולסים שנוצרו על ידי ארדואינו ובפעם השנייה נמדד קצב זרימת המים של מקור מים ביתי. המערכת הראתה דיוק של 99%.
גלה את כל השלבים הדרושים להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK לשליטה על מד זרימת המים. 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 לשליטה על מד זרימת המים שלך. בצע את השלבים המתוארים להלן אם אתה מעוניין להבין כיצד פועל המעגל.
שלב 1: תיאור כולל של המערכת
אחת הדרכים הנפוצות ביותר למדידת קצב זרימת נוזלים היא בדיוק כמו העיקרון של מדידת מהירות הרוח על ידי מד -מד: מהירות הרוח פרופורציונלית למהירות הסיבוב של מד הרוח. החלק העיקרי של חיישן זרימה מסוג זה הוא מעין גלגל סיכה, שמהירותו פרופורציונאלית לקצב זרימת הנוזלים העובר דרכו.
השתמשנו בחיישן זרימת המים YF-S201 מחברת URUK המוצגת באיור 1. בחיישן זה, חיישן אפקט הול המותקן על גלגל הסיכה פולט דופק בכל מהפכה. תדר אות הפלט מוצג בפורמולה 1, כאשר Q הוא קצב זרימת המים בליטר/דקה.
לדוגמה, אם קצב הזרימה הנמדד הוא 1 ליטר/דקה תדר אות הפלט הוא 7.5 הרץ. על מנת להציג את הערך האמיתי של הזרימה בפורמט 1.0 ליטר/דקה, עלינו לספור פולסים לזמן של 1.333 שניות. בדוגמה של 1.0 ליטר/דקה, התוצאה הספירה תהיה 10, שתוצג כ -1.0 בתצוגות של שבעה פלחים. שתי משימות מטופלות ביישום זה: הראשונה היא ספירת פולסים והשנייה מציגה את המספר בסיום משימת הספירה. כל משימה נמשכת 1.333 שניות.
שלב 2: יישום מעצב GreenPAK
ל- SLG46533 תאי מקרו-תאים רבים ושונים, וניתן להגדיר אותם כטבלאות, מונים או D-Flip-flops. המודולריות הזו היא מה שהופך את GreenPAK מתאימה ליישום.
לתוכנית 3 שלבים: שלב (1) יוצר אות דיגיטלי תקופתי למעבר בין 2 המשימות של המערכת, שלב (2) סופר פולסים של חיישן זרימה ושלב (3) מציג את המספר השברירי.
שלב 3: שלב ראשון: ספירה/הצגת מיתוג
נדרש פלט דיגיטלי "COUNT/DISP-OUT" שמשנה את המצב בין גבוה לנמוך כל 1.333 שניות. כשהיא גבוהה, המערכת סופרת פולסים וכשהיא נמוכה היא מציגה את התוצאה שנספרה. ניתן להשיג זאת באמצעות קווי DFF0, CNT1 ו- OSC0 כפי שמוצג באיור 2.
התדר של OSC0 הוא 25 קילוהרץ. CNT1/DLY1/FSM1 מוגדר כמונה, וקלט השעון שלו מחובר ל- CLK/4 כך שתדר שעון הקלט של CNT1 הוא 6.25 קילוהרץ. במשך תקופת השעון הראשונה שנמשכת כפי שמוצג במשוואה 1, פלט CNT1 גבוה ומאז האות העולה של השעון הבא, פלט המונה נמוך ו- CNT1 מתחיל לרדת מ- 8332. כאשר נתוני CNT1 מגיעים ל -0, דופק חדש על פלט CNT1 הוא שנוצר. בכל קצה עולה של פלט CNT1, פלט DFF0 משנה את המצב, אם נמוך הוא עובר לגבוה ולהיפך.
יש להגדיר את קוטביות הפלט של DFF0 כהפוך. CNT1 מוגדר ל- 8332 מכיוון שזמן הספירה/התצוגה T שווה כפי שמוצג במשוואה 2.
שלב 4: שלב שני: ספירת פעימות קלט
מונה 4 סיביות נעשה באמצעות DFF3/4/5/6, כפי שמוצג באיור 4. מונה זה עולה על כל דופק רק כאשר "COUNT/DISP-IN", שהוא PIN 9, גבוה. כניסות AND 2-L2 של שער הן "COUNT/DISP-IN" וכניסת PWM. המונה מתאפס כאשר הוא מגיע ל -10 או כאשר שלב הספירה מתחיל. מונה 4 הסיביות מתאפס כאשר סיכות RESET של DFFs המחוברות לאותה רשת "RESET" נמוכות.
LUT2 של 4 סיביות משמש לאיפוס המונה כשהוא מגיע ל 10. מכיוון שיציאות DFF הפוכות, מספרים מוגדרים על ידי היפוך כל הסיביות של הייצוגים הבינאאריים שלהן: החלפת 0s ל- 1s ולהיפך. ייצוג זה נקרא השלמה של מספר בינארי. כניסות LUT2 של 4 סיביות IN0, IN1, IN2 ו- IN3 מחוברות ל- a0, a1, a2, a3 ו- a3 בהתאמה. טבלת האמת עבור 4-LUT2 מוצגת בטבלה 1.
כאשר נרשמים 10 פולסים, הפלט של 4-LUT0 עובר מגבוה לנמוך. בשלב זה הפלט של CNT6/DLY6, המוגדר לעבודה במצב צילום אחד, עובר לנמוך לתקופה של 90 ns ואז נדלק שוב. באופן דומה, כאשר "COUNT/DISP-IN" עובר מנמוך לגבוה, כלומר. המערכת מתחילה לספור פולסים. הפלט של CNT5/DLY5, המוגדר לעבודה במצב צילום אחד, עובר נמוך מדי לתקופה של 90 ns ואז נדלק שוב. חשוב לשמור על לחצן RESET ברמה נמוכה לזמן מה ולהפעיל אותו שוב באמצעות CNT5 ו- CNT6 כדי לתת זמן לכל איפוס ה- DFF. לעיכוב של 90 ns אין כל השפעה על דיוק המערכת מכיוון שהתדירות המרבית של אות PWM היא 225 הרץ. יציאות CNT5 ו- CNT6 מחוברות לכניסות של שער AND שיוצא את אות ה- RESET.
הפלט של 4-LUT2 מחובר גם לפין 4, שכותרתו "F/10-OUT", שיחובר לכניסת PWM של שלב הספירה של השבב הבא. לדוגמה, אם "PWM-IN" של מכשיר הספירה השברירי מחובר לפלט ה- PWM של החיישן, וה- "F/10-OUT" שלו מחובר ל- "PWM-IN" של מכשיר ספירת היחידות וה- " F/10-OUT "של האחרון מחובר ל-" PWM-IN "של מכשיר ספירת העשרות וכן הלאה. יש לחבר "COUNT/DISP-IN" מכל השלבים הללו לאותו "COUNT/DISP-OUT" של כל אחד משלושת המכשירים עבור מכשיר הספירה השברירי.
איור 5 מסביר בפירוט כיצד שלב זה עובד על ידי הצגת אופן מדידת קצב זרימה של 1.5 ליטר/דקה.
שלב 5: שלב שלישי: הצגת ערך נמדד
לשלב זה יש כניסות: a0, a1, a2 ו- a3 (הפוך), ויצא אל הפינים המחוברים לתצוגה של 7 פלחים. לכל קטע יש פונקציה לוגית שתתבצע על ידי LUTs זמינים. LUTs של 4 סיביות יכולים לבצע את העבודה בקלות רבה אך למרבה הצער רק אחד זמין. LUT0 של 4 סיביות משמש עבור קטע G, אך עבור הקטעים האחרים השתמשנו בזוג LUTs של 3 סיביות כפי שמוצג באיור 6. ב- LUTs ה -3 סיביות השמאלי ביותר יש a2/a1/a0 המחובר לתשומות שלהם, בעוד שהצד הימני ביותר ל- LUT של 3 סיביות יש a3 המחובר לכניסות שלהם.
ניתן להסיק את כל טבלאות החיפוש מלוח האמת של מפענח בן 7 קטעים המוצג בטבלה 2. הם מוצגים בטבלה 3, טבלה 4, טבלה 5, טבלה 6, טבלה 7, טבלה 8, טבלה 9.
סיכות הבקרה של מכשירי ה- GPIO השולטים בתצוגה בת 7 המגזרים מחוברים ל- "COUNT/DISP-IN" באמצעות מהפך כפלט כאשר "COUNT/DISP-IN" נמוך, כלומר התצוגה משתנה רק במהלך משימת התצוגה. לכן, במהלך משימת הספירה, הצגים כבויים ובמהלך משימת הצגה הם מציגים את הפולסים הספורים.
ייתכן שיהיה צורך באינדיקטור של נקודה עשרונית אי שם בתוך תצוגת 7 הפלחים. מסיבה זו, PIN5, שכותרתו "DP-OUT", מחובר לרשת "COUNT/DISP" הפוכה ואנו מחברים אותו ל- DP של התצוגה המתאימה. ביישום שלנו עלינו להציג את הנקודה העשרונית של מכשיר ספירת היחידות כדי להציג מספרים בפורמט "xx.x", ואז נחבר את "DP-OUT" של מכשיר ספירת היחידות לכניסת ה- DP של יחידת ה- 7- תצוגת קטע ואנחנו משאירים את האחרים ללא קשר.
שלב 6: יישום חומרה
איור 7 מציג את החיבור בין 3 שבבי GreenPAK והחיבורים של כל שבב לתצוגה המקבילה שלו. פלט הנקודה העשרונית של ה- GreenPAK מחובר כניסת ה- DP של תצוגת 7 הפלחים כדי להציג את קצב הזרימה בפורמט הנכון שלה, עם רזולוציה של 0.1 ליטר / דקה. קלט ה- PWM של שבב ה- LSB מחובר לפלט ה- PWM של חיישן זרימת המים. יציאות F/10 של המעגלים מחוברים לכניסות ה- PWM של השבב הבא. עבור חיישנים עם קצבי זרימה גבוהים יותר ו/או דיוק רב יותר, ניתן לשפוע יותר שבבים כדי להוסיף עוד ספרות.
שלב 7: תוצאות
כדי לבדוק את המערכת, בנינו מחשב לוח פשוט הכולל מחברים לחיבור שקעי GreenPAK באמצעות כותרות נקבות בעלות 20 פינים בשורה. הסכימה והפריסה של לוח PCB זה, כמו גם תמונות, מוצגים בנספח.
המערכת נבדקה תחילה עם Arduino המדמה חיישן קצב זרימה ומקור מים עם קצב זרימה קבוע וידוע על ידי הפקת פולסים במהירות 225 הרץ המתאימה לקצב זרימה של 30 ליטר/דקה בהתאמה. תוצאת המדידה הייתה שווה ל -29.7 ליטר/דקה, הטעות היא כ -1 %.
הבדיקה השנייה נעשתה עם חיישן קצב זרימת המים ומקור מים ביתי. המדידה בקצב זרימה שונה הייתה 4.5 ו -12.4.
סיכום
מדריך זה מדגים כיצד לבנות מד זרימה קטן, בעלות נמוכה ומדויקת באמצעות דיאלוג SLG46533. הודות ל- GreenPAK, עיצוב זה קטן יותר, פשוט וקל יותר ליצור מאשר פתרונות דומים.
המערכת שלנו יכולה למדוד קצב זרימה של עד 30 ליטר / דקה ברזולוציה של 0.1 ליטר, אך אנו יכולים להשתמש יותר ב- GreenPAK כדי למדוד קצבי זרימה גבוהים יותר עם דיוק גבוה יותר בהתאם לחיישן הזרימה. מערכת מבוססת Dialog GreenPAK יכולה לעבוד עם מגוון רחב של מדי זרימת טורבינות.
הפתרון המוצע נועד למדוד את קצב הזרימה של המים, אך ניתן להתאים אותו לשימוש עם כל חיישן שמפיק אות PWM, כמו חיישן קצב זרימת גז.