Nagy pontosságú hőmérséklet-szabályozó: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A tudományban és a mérnöki világban a hőmérséklet (azaz az atomok mozgása a termodinamikában) nyomon követése az egyik alapvető fizikai paraméter, amelyet szinte mindenhol figyelembe kell venni, kezdve a sejtbiológiától a kemény üzemanyag -rakétamotorokig és lökésekig. A számítógépekben és alapvetően mindenhol, ahol elfelejtettem megemlíteni. Ennek az eszköznek az ötlete nagyon egyszerű volt. A firmware fejlesztése során szükségem volt egy tesztbeállításra, ahol tesztelhettem a firmware -t a hibákra a termékeink helyett, amelyek technikusok által kézzel készültek, és nem okoznak semmilyen, a fentiekkel kapcsolatos hibát. Ezek a műszerek hajlamosak a felmelegedésre, ezért állandó és pontos hőmérséklet -figyelésre van szükség ahhoz, hogy a műszer minden része működőképes maradjon, és ami nem kevésbé fontos kiemelkedő teljesítmény. Az NTC termisztorok használata a feladat megoldásához számos előnnyel jár. Az NTC -k (negatív hőmérsékleti együttható) speciális termisztorok, amelyek a hőmérséklettől függően megváltoztatják az ellenállást. Azok az NTC-k, amelyeket a Stanely Hart és John Steinhart által felfedezett kalibrálási módszerrel kombináltak, a "Deep-Sea Research 1968, 15. kötet, 497-503. Pergamon Press" cikkben leírtak szerint, a legjobb megoldás az én esetemben. A cikk tárgyalja a széles tartományú hőmérsékletmérési módszereket (több száz Kelvint…) az ilyen típusú eszközökkel. Értelmezésem szerint mérnöki háttérből származik, minél egyszerűbb a rendszer/érzékelő, annál jobb. Senki sem akar valami rendkívül bonyolult dolgot a víz alatt, a kilométeres mélységekben, ami problémákat okozhat, miközben csak összetettsége miatt mérheti az ottani hőmérsékletet. Kétlem, hogy az érzékelő hasonlóan működne, lehet, hogy a hőelem fog működni, de ehhez némi támogatási áramkörre van szükség, és ez extrém pontosságú esetekre vonatkozik. Tehát használjuk ezt a kettőt a hűtőrendszer tervezéséhez, amelynek számos kihívása van. Ezek közül néhány: zajszint, a valós idejű érték hatékony mintavételezése, és esetleg mindezek egy egyszerű és praktikus csomagban, a javítás és karbantartás megkönnyítése érdekében, valamint az egységenkénti költségek. A firmware írása közben a beállítás egyre jobban módosult és javult. Valamikor rájöttem, hogy bonyolultsága miatt akár önálló hangszerré is válhat.

1. lépés: Hőmérséklet kalibrálása Steinhart-Hart segítségével

Van egy jó cikk a Wikipédiában, amely segít kiszámítani a termisztor együtthatóit a szükséges hőmérséklettől és a termisztor tartománytól függően. A legtöbb esetben az együtthatók túl kicsik, és az egyszerűsített formában elhanyagolhatók.

A Steinhart – Hart egyenlet egy félvezető ellenállásának modellje különböző hőmérsékleten. Az egyenlet a következő:

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

ahol:

T { displaystyle T} a hőmérséklet (Kelvinben) R { displaystyle R} az ellenállás T -nál (ohmban) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} és C { displaystyle C} a Steinhart – Hart együtthatók, amelyek a termisztor típusától és modelljétől, valamint az érdeklődési hőmérsékleti tartománytól függően változnak. (Az alkalmazott egyenlet legáltalánosabb formája egy [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

kifejezés, de ezt gyakran figyelmen kívül hagyják, mert jellemzően sokkal kisebb, mint a többi együttható, és ezért nem látható fent.)

Az egyenlet fejlesztői:

Az egyenlet John S. Steinhart és Stanley R. Hart nevéhez fűződik, akik először 1968 -ban tették közzé a kapcsolatot. [1] Steinhart professzor (1929–2003), az Amerikai Geofizikai Unió és az Amerikai Tudományos Fejlesztési Szövetség tagja, 1969 és 1991 között a Wisconsin -Madison Egyetem karának tagja volt. [2] Dr. Hart, a Woods Hole Oceanográfiai Intézet vezető tudósa 1989 óta, valamint az Amerikai Geológiai Társaság, az Amerikai Geofizikai Unió, a Geokémiai Társaság és a Geokémiai Európai Szövetség munkatársa [3] Steinhart professzorral volt kapcsolatban a Carnegie Intézetben. Washingtonból, amikor az egyenletet kidolgozták.

Hivatkozások:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Termisztorok kalibrációs görbéi, Mélytengeri kutatás és Oceanográfiai Absztraktok, 15. kötet, 4. szám, 1968. augusztus, 497-503. Oldal, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"A Wisconsin-Madison Egyetem tanári karának emlékhatározata John S. Steinhart emeritus professzor haláláról" (PDF). Wisconsini Egyetem. 2004. április 5. Archiválva az eredetiből (PDF), 2010. június 10. Letöltve: 2015. július 2.

"Dr. Stan Hart". Woods Hole Oceanográfiai Intézet. Letöltve: 2015. július 2.

2. lépés: Összeszerelés: anyagok és módszerek

Az építkezés megkezdéséhez konzultálnunk kell a BOM -val (Bill on Materials), és meg kell vizsgálnunk, hogy milyen alkatrészeket tervezünk használni. A BOM mellett forrasztópáka, pár csavarkulcs, csavarhúzó és forró ragasztópisztoly is szükséges. Javaslom az alapvető elektronikai laboratóriumi eszközöket, amelyek melletted vannak a kényelem érdekében.

1. Prototípus-tábla-1
2. Hitachi LCD kijelző-1
3. Átlagos kút 240V >> 5V-os tápegység-1
4. Piros LED-3
5. Kék LED-3
6. Zöld LED-1
7. Sárga LED-1
8. OMRON relé (DPDT vagy hasonló 5 voltos) -3
9. Potenciométer 5KOhm-1
10. Ellenállások (470 Ohm)-több
11. BC58 tranzisztor-3
12. Dióda-3
13. Alacsony kiesésű feszültségszabályozó-3
14. SMD LED-ek (zöld, piros) -6
15. MSP-430 mikroprocesszor (Ti 2553 vagy 2452) -2
16. Mechanikus kapcsoló Fék-gyártás előtt (240V 60Hz) -1
17. Rotációs kódoló-1
18. Ritchco műanyag tartók-2
19. DIP aljzatok az MSP -430 mikroprocesszorhoz -4
20. Tápkábel fali aljzathoz-1
21. Jumper vezetékek (különböző színek) - sok
22. NTC szonda, más néven termisztor 4k7 érték, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Kapacitív érintésfokozó csomag (Texas Instruments) -1 (opcionális)
24. Hűtőventilátorok (opcionális), ha valamit le kell hűteni-(1-3) (opcionális)
25. Tiszta alumínium radiátor 5 lyukkal fúrva az NTC szondákhoz-1
26. Fúrt lyukakkal ellátott műanyag lemezek - 2
27. Anyák, csavarok és néhány csavar a tartószerkezet összeállításához-20 (darabonként)
28. Vezeték a NYÁK-hoz preff_board szerelőaljzat 2-vezetékes változat csavarral-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (opcionális), második elülső kijelzőként szolgál 1

Tudom, hogy elég nagy számla az anyagokról, és tisztességes pénzbe kerülhet. Az én esetemben mindent a munkáltatómon keresztül kapok. De ha olcsón szeretné tartani, akkor ne vegye figyelembe az opcionális alkatrészeket. Minden mást könnyű beszerezni a Farnell14 -ből, a DigiKey -ből és/vagy néhány helyi elektronikai szaküzletből.

Az MSP-430 mikroprocesszor vonal mellett döntöttem, mert ott feküdtem. Bár az "AVR" RISC MCU -k könnyen kiválaszthatók. Valami olyasmi, mint az ATmega168 vagy az ATmega644 Pico-Power technológiával. Bármely más AVR mikroprocesszor elvégzi a feladatot. Valójában az Atmel AVR nagy "rajongója" vagyok. És érdemes megemlíteni, hogy ha technikai háttérből származik, és hajlandó szép összeszerelést végezni, ne használjon semmilyen Arduino kártyát, ha képes önálló AVR -eket programozni, az sokkal jobb lenne, ha nem, akkor próbálja meg programozni a CPU -t, és illessze be a készülékbe.

3. lépés: Összeszerelés: Forrasztás és építés lépésekben…

Az összeszerelés, vagyis a forrasztás elindítása a legkisebb alkatrészekből jó kezdet. Kezdje az smd alkatrészekkel és a kábelezéssel. Először forrasztja fel a Power-Bus-t, valahol, mint az előlapomon, majd hosszabbítsa meg úgy, hogy az előlap minden része könnyen hozzáférjen a Power-Bus-hoz, minden irányváltás vagy komplikáció nélkül. Vezetékeket használtam az előlapon, és ez elég őrültségnek tűnik, de később lehet tervezni egy megfelelő NYÁK -t, ha a prototípus működik.

• forrasztott SMD alkatrészek (az MSP-430 MCU-k teljesítményjelzésére, Vcc és GND között)
• forrasztó tápegység és vezetékek (úgy kell elvezetni, hogy áramot adjon az MSP-430-nak)
• forraszthat mindenféle DIL aljzatot (az MSP-430 x 2 IC-k csatlakoztatásához
• forrasztás alacsony kiesésű feszültségszabályozók megfelelő támaszokkal (kondenzátorok, 5 >> 3,3 V-os áramellátáshoz)
• forrasztási tranzisztorok, ellenállások és diódák a relékhez és az MCU -val való interfészhez.
• forrasztja a 10 k ohmos potenciométert az LCD kijelző fényerejének szabályozásához.
• forrasztja a LED-eket a relék mellett, két állapotjelző piros/kék (kék = be, piros = ki).
• forrasztja a Mean Well 240Volt >> 5 voltos tápegységet a csatlakozóival.
• Forrasztja a kék mechanikus kapcsolót (break-before-make) a tápegység mellett.

Forrasztani minden mást, ami maradt. Csak az időhiány miatt nem készítettem megfelelő vázlatokat a készülékből, de az elektronikai háttérrel minden egyszerű. A forrasztás befejezése után mindent ellenőrizni kell, hogy a csatlakozók megfelelőek legyenek -e, hogy elkerüljék az elektromos vezetékek rövidzárlatát.

Itt az ideje összeszerelni a tartószerkezetet. A képekhez hasonlóan 2 x műanyag lemezt használtam M3 méretű lyukakkal fúrva (lemezenként 4 x), hogy hosszú csavarok, anyák és alátétek menjenek keresztül, a távolságcsavarok és alátétek tökéletesek az ilyen összekapcsolásokhoz. A húzást mindkét oldalról meg kell húzni, hogy a zöld lemezeket össze tudják tartani.

Az előlapot be kell illeszteni az első alátétek közé, vagyis ezeknek az elülső alátéteknek nagy átmérőjűeknek kell lenniük (legfeljebb 5 mm), hogy az előlapot be lehessen helyezni közéjük, majd meg kell húzni őket. Ha helyesen csinálja, a tábla szilárdan 90 ° -ban fog állni. Egy másik lehetőség a helyén tartására a Ritcho műanyag NYÁK -tartók használata, amelyek 90 ° -os szögben vannak felszerelve a távolsági csavarokra, és amelyek segítenek a műanyag részeket a csavarokhoz csavarni. Ezen a ponton képesnek kell lennie az előlap csatlakoztatására/csatlakoztatására.

Az előlap telepítése után megjelenik az LCD (16x2) kijelző, amelyet telepíteni kell. Az enyémet 4 bites módban használom a GPIO megőrzése érdekében ^_ ^))))))). Kérjük, használja a 4 bites módot, különben nem lesz elegendő GPIO a projekt befejezéséhez. A háttérvilágítás, a Vcc és a Gnd potenciométeren keresztül forrasztva van a power-buszra. A kijelző adat-busz kábeleit közvetlenül az MSP-430 mikroszabályozóhoz kell forrasztani. Kérjük, csak digitális GPIO -t használjon. Az analóg GPIO, amelyre szükségünk van az NTC -khez. 5 x NTC eszköz van, így szoros.

4. lépés: Az összeszerelés és a bekapcsolás véglegesítése

Annak érdekében, hogy a szondákat/NTC -ket 5 x darabra szerelje a radiátorra, fúrást kell végezni. Tekintse meg az NTC adatlapját, amelyet képként adtam hozzá a fúrt lyuk átmérőjéhez és mélységéhez. Ezt követően a fúrt lyukat szerszámmal be kell állítani, hogy elfogadja az NTC -k M3 méretű fejét. Az 5 x NTC használata hardverátlagolás és simítás. Az MSP-430 8 bites felbontású ADC-vel rendelkezik, így 5 x érzékelővel könnyen átlagolhatja az eredményeket. Itt nem Ghz CPU -kat helyezünk el, így beágyazott világunkban minden CPU óra nélkülözhetetlen. A másodlagos átlagolást a firmware -ben végezzük. Minden NTC-nek lábakkal kell rendelkeznie, és ahhoz, hogy az adatokat a fedélzeti ADC-n keresztül le tudja olvasni, feszültségosztót kell kialakítani, amely az R (NTC)+R (def) értékekből áll. Az ADC portot a kettő középpontjába kell csatlakoztatni. R (def) egy második ellenállás, amelynek 0,1 % -os vagy ennél jobb fix értékűnek kell lennie, jellemzően az R (NTC) tartományban. Opcionálisan hozzáadhat egy OP-erősítőt a jel erősítéséhez. Az NTC prpbes csatlakoztatásához tekintse meg az ebben a részben található ábrát.

Amikor a forrasztás befejeződött és ellenőrizve van, a következő lépés az MSP-430 mikrovezérlő telepítése a DIL aljzatba. De előre be kell programozni őket. Ebben a lépésben lehetőség van a készülék bekapcsolására (a mikrokontroller nélkül) az előzetes vizsgálatokhoz. Ha minden megfelelően van összeszerelve, a készüléknek be kell kapcsolnia, és a reléknek kikapcsolt állapotban kell lenniük, ezt a piros LED-ek jelzik, és a ventilátoroknak működniük kell, és a kijelzőnek be kell kapcsolnia, de nincs rajta semmi adat, csak a kék háttérvilágítás.

5. lépés: Felhasználói bevitel, forgó kódoló és kapacitív érintésfokozó csomag

Mindig jó, ha van egy beviteli eszköz, amellyel adatokat lehet bevinni a készülékbe. Az állandó mágnesekkel ellátott mágneses gomb itt jó választás. Feladata a radiátorblokkra szerelt ventilátorok hőmérsékletküszöbének megadása. Lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy a megszakításokon keresztül új hőmérsékleti küszöbértéket adjon meg. Csak balra vagy jobbra fordítva összeadhat vagy kivonhat értékeket a (20-100 ° C) tartományban. Az alsó értéket a szoba környezeti hőmérséklete határozza meg.

Ennek a gombnak van egy kis áramköre, amely továbbítja a digitális jelet a mikrokontrollerhez. A GPIO értelmezi a magas/alacsony logikát bemenetként.

A második beviteli eszköz a Ti kapacitív érintésfokozó csomagja. Lehetőség van a Booster-pack használatára is, de mindkettő nem használható, csak a GPIO hiánya miatt a cél MCU-n. A Booster csomag sok GPIO -hoz vezet.

Véleményem szerint a Knob jobb, mint a Booster-Pack. De jó, hogy van választás. Ha Booster csomagra van szükség, akkor a Ti kész könyvtárat kínál a használatához. Nem részletezem itt a részleteket.

6. lépés: Összefoglaló: Környezeti hőmérséklet mérése és további ötletek ……

Az MCU telepítése után bekapcsoláskor üdvözli Önt, majd folytatja a méréseket. A firmware először a ventilátorokat tartja kikapcsolt állapotban. Elindítja a méréssorozatot 5 x NTC szondán, amelyet ezután egy abszolút értékbe egyesít. Ezután ezen az érték- és összehasonlítási (felhasználói adatok) küszöbön be- vagy kikapcsolja a DPDT relékhez csatlakoztatott ventilátorokat (vagy a kívánt eszközöket, bármi mást). Vegye figyelembe, hogy ezekhez a 3 x relékhez bármit csatlakoztathat, amelyet ki kell kapcsolni vagy ki kell kapcsolni. A relék 16 amper áramot képesek átadni, de nem hiszem, hogy jó ötlet ilyen nagy terhelést használni ezeken a kimeneteken.

Remélem, hogy ez a "dolog" (^_^) …….. hehe hasznos lesz valakinek. Hozzájárulásom a globális kaptár -elméhez ^^).

Kíváncsi vagyok, valaki megpróbálja -e felépíteni. De ha megteszik, boldogan segítek mindenben. A firmware a CCS -ben és az Energia -ban van. Kérem, tudassa velem srácok, ha szüksége van rá. Kérdésekkel és javaslatokkal kapcsolatban is írjon bátran. Üdvözlet a "Napos" Németországból.