DIY hőmérséklet -frekvencia átalakító: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

A hőmérséklet -érzékelők a fizikai érzékelők egyik legfontosabb fajtája, mivel sok különböző folyamatot (a mindennapi életben is) a hőmérséklet szabályoz. Ezenkívül a hőmérsékletmérés lehetővé teszi más fizikai paraméterek közvetett meghatározását, például az anyagáramlási sebességet, a folyadékszintet stb. Általában az érzékelők analóg jellé alakítják a mért fizikai értéket, és ez alól a hőmérséklet -érzékelők sem kivételek. A CPU vagy a számítógép általi feldolgozáshoz az analóg hőmérséklet jelet digitális formába kell konvertálni. Az ilyen átalakításhoz általában drága analóg-digitális átalakítókat (ADC) használnak.

Ennek az utasításnak az a célja, hogy kifejlesszen és bemutasson egy egyszerűsített technikát a hőmérséklet -érzékelőből származó analóg jel közvetlen konvertálásához arányos frekvenciájú digitális jellé a GreenPAK ™ használatával. Ezt követően a hőmérséklet függvényében változó digitális jel frekvenciáját ezután könnyebben meg lehet mérni meglehetősen nagy pontossággal, majd át lehet alakítani a szükséges mértékegységekre. Az ilyen közvetlen átalakítás elsősorban azáltal érdekes, hogy nincs szükség drága analóg-digitális átalakítók használatára. Ezenkívül a digitális jelátvitel megbízhatóbb, mint az analóg.

Az alábbiakban leírtuk a szükséges lépéseket annak megértéséhez, hogy a GreenPAK chip hogyan lett programozva a hőmérséklet -frekvenciaváltó létrehozására. Ha azonban csak a programozás eredményét szeretné elérni, töltse le a GreenPAK szoftvert a már elkészült GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa a GreenPAK fejlesztőkészletet a számítógépéhez, és nyomja meg a programot, hogy létrehozza a hőmérséklet -frekvenciaváltó egyéni IC -jét.

1. lépés: Tervezési elemzés

Különböző típusú hőmérséklet -érzékelők és azok jelfeldolgozó áramkörei használhatók az adott követelményektől függően, elsősorban a hőmérséklettartományban és a pontosságban. A legelterjedtebbek az NTC termisztorok, amelyek a hőmérséklet emelkedésével csökkentik elektromos ellenállásuk értékét (lásd 1. ábra). Jelentősen magasabb hőmérsékleti ellenállással rendelkeznek, mint a fém ellenállású érzékelők (RTD), és sokkal olcsóbbak. A termisztorok fő hátránya, hogy nemlineárisan függnek a jellemző "ellenállás és hőmérséklet" -től. Esetünkben ez nem játszik jelentős szerepet, mivel az átalakítás során a frekvencia és a termisztor ellenállása pontosan megegyezik, tehát a hőmérséklet.

Az 1. ábra a termisztor ellenállás és a hőmérséklet grafikus függését mutatja (amelyeket a gyártó adatlapjaiból vettünk). Tervezésünk során két hasonló NTC termisztort használtunk, amelyek tipikus ellenállása 10 kOhm 25 ° C -on.

A hőmérsékleti jel arányos frekvenciájú kimeneti digitális jellé történő közvetlen átalakításának alapgondolata az R1 termisztor és a C1 kondenzátor együttes használata a generátor frekvenciabeállító R1C1 áramkörében, egy klasszikus gyűrű részeként oszcillátor három „NAND” logikai elem használatával. Az R1C1 időállandója a hőmérséklettől függ, mert a hőmérséklet változásakor a termisztor ellenállása ennek megfelelően változik.

A kimenő digitális jel frekvenciája kiszámítható a Formula 1 segítségével.

2. lépés: Hőmérséklet -frekvenciaváltók SLG46108V alapján

Az ilyen típusú oszcillátorok általában R2 ellenállást adnak hozzá, hogy korlátozzák az áramot a bemeneti diódákon keresztül, és csökkentsék az áramkör bemeneti elemeinek terhelését. Ha az R2 ellenállási értéke sokkal kisebb, mint az R1 ellenállása, akkor valójában nincs hatással a generációs frekvenciára.

Következésképpen a GreenPAK SLG46108V alapján a hőmérséklet -frekvenciaváltó két változatát készítették el (lásd 5. ábra). Ezen érzékelők alkalmazási áramkörét a 3. ábra mutatja be.

A kialakítás, mint már említettük, meglehetősen egyszerű, három NAND elemből álló lánc, amely gyűrűoszcillátort képez (lásd a 4. és 2. ábrát), egy digitális bemenettel (PIN#3) és két digitális kimenettel (PIN #6 és PIN#8) külső áramkörökhöz való csatlakozáshoz.

Az 5. ábra fotóhelyei az aktív hőmérséklet -érzékelőket mutatják (egy centes érme a skála).

3. lépés: Mérések

Méréseket végeztek ezen aktív hőmérséklet -érzékelők helyes működésének értékelésére. Hőmérséklet -érzékelőnket egy szabályozott kamrába helyeztük, amelynek belsejében a hőmérséklet 0,5 ° С pontossággal változtatható. A kimenő digitális jel frekvenciáját rögzítettük, és az eredményeket a 6. ábrán mutatjuk be.

Amint a bemutatott ábrából látható, a gyakorisági mérések (zöld és kék háromszögek) szinte teljesen egybeesnek a fenti Forma 1 szerinti elméleti értékekkel (fekete és piros vonalak). Következésképpen a hőmérséklet frekvenciává alakításának ez a módja helyesen működik.

4. lépés: Harmadik aktív hőmérséklet -érzékelő az SLG46620V alapján

Ezenkívül egy harmadik aktív hőmérséklet -érzékelőt is építettek (lásd a 7. ábrát), hogy demonstrálják az egyszerű feldolgozás lehetőségét látható hőmérséklet -jelzéssel. A GreenPAK SLG46620V segítségével, amely 10 késleltető elemet tartalmaz, tíz frekvenciaérzékelőt építettünk (lásd a 9. ábrát), amelyek mindegyike egy bizonyos frekvenciájú jel észlelésére van konfigurálva. Ily módon egy egyszerű hőmérőt készítettünk, tíz személyre szabható jelzési ponttal.

A 8. ábra az aktív szenzor felső szintű vázlatát mutatja tíz kijelzőpont kijelzővel. Ez a kiegészítő funkció kényelmes, mivel vizuálisan meg lehet becsülni a hőmérséklet értékét a generált digitális jel külön elemzése nélkül.

Következtetések

Ebben az utasításban egy módszert javasoltunk a hőmérséklet -érzékelő analóg jelének frekvenciamodulált digitális jellé történő átalakítására a Dialog GreenPAK termékei segítségével. A termisztorok és a GreenPAK együttes használata lehetővé teszi a kiszámítható méréseket drága analóg-digitális konverterek használata nélkül, és elkerülve az analóg jelek mérésének követelményét. A GreenPAK az ideális megoldás az ilyen típusú testreszabható érzékelők kifejlesztéséhez, amint azt az elkészített és tesztelt prototípus példák is mutatják. A GreenPAK nagyszámú funkcionális elemet és áramköri blokkot tartalmaz, amelyek szükségesek a különböző áramköri megoldások megvalósításához, és ez nagymértékben csökkenti a végső alkalmazási áramkör külső összetevőinek számát. Az alacsony áramfogyasztás, a kis chipméretek és az alacsony költségek további bónuszt jelentenek a GreenPAK fő vezérlőjének választásához számos áramköri kivitelben.