Hogyan készítsünk vízfolyásmérőt: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Pontos, kicsi és olcsó folyadék-áramlásmérő könnyen elkészíthető a GreenPAK ™ alkatrészek használatával. Ebben az utasításban bemutatunk egy vízhozammérőt, amely folyamatosan méri a víz áramlását, és három 7 szegmenses kijelzőn jeleníti meg. Az áramlásérzékelő mérési tartománya 1-30 liter / perc. Az érzékelő kimenete egy digitális PWM jel, amelynek frekvenciája arányos a víz áramlási sebességével.

Három GreenPAK programozható vegyes jelű mátrix SLG46533 IC számolja a T bázisidőn belüli impulzusok számát. Ezt az alapidőt úgy számítják ki, hogy az impulzusok száma megegyezik az adott időszak áramlási sebességével, majd ez a számított szám megjelenik a 7 -szegmens kijelzők. A felbontás 0,1 liter/perc.

Az érzékelő kimenete egy digitális bemenethez van csatlakoztatva, amely az első vegyes jelű mátrix Schmitt-triggerjével számolja a törtszámot. A chipeket egy digitális kimeneten keresztül kaszkádolják, amely egy folyamatban lévő vegyes jelű mátrix digitális bemenetéhez van csatlakoztatva. Minden eszköz egy 7 szegmenses közös katód kijelzőhöz van csatlakoztatva 7 kimeneten keresztül.

A GreenPAK programozható vegyes jelű mátrix használata előnyösebb, mint sok más megoldás, például a mikrovezérlők és a különálló komponensek. A mikrokontrollerhez képest a GreenPAK alacsonyabb költségű, kisebb és könnyebben programozható. A diszkrét logikai integrált áramkörök kialakításához képest alacsonyabb költségű, könnyebben felépíthető és kisebb.

Ahhoz, hogy ezt a megoldást kereskedelmi szempontból életképessé tegyük, a rendszernek a lehető legkisebbnek kell lennie, és vízálló, kemény burkolatba kell zárni, hogy ellenálljon a víznek, a pornak, a gőznek és más tényezőknek, hogy különböző körülmények között működhessen.

A tervezés teszteléséhez egy egyszerű NYÁK -t építettek. A GreenPAK -eszközök ehhez a NYÁK -hoz vannak csatlakoztatva, 20 érintkezős, dupla soros női fejcsatlakozókkal.

A teszteket először egy Arduino által generált impulzusok segítségével végezzük, majd másodszor egy otthoni vízforrás vízhozamát mértük. A rendszer 99%-os pontosságot mutatott.

Fedezze fel az összes szükséges lépést, hogy megértse, hogyan programozták a GreenPAK chipet a vízfolyásmérő vezérlésére. 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 az egyéni IC -t a vízfolyásmérő vezérléséhez. Kövesse az alábbi lépéseket, ha érdekli az áramkör működése.

1. lépés: A rendszer általános leírása

A folyadékáramlás mérésének egyik leggyakoribb módja pontosan olyan, mint a szélsebesség anemométerrel történő mérésének elve: a szél sebessége arányos az anemométer forgási sebességével. Az ilyen típusú áramlásérzékelők fő része egyfajta csapkerék, amelynek sebessége arányos a rajta áthaladó folyadékárammal.

Az 1. ábrán látható URUK cég YF-S201 vízhozamát használtuk. Ebben az érzékelőben a csapkerékre szerelt Hall Effect érzékelő minden fordulaton impulzust ad. A kimeneti jel frekvenciáját a Formula 1 mutatja be, ahol Q a víz áramlási sebessége liter/percben.

Például, ha a mért áramlási sebesség 1 liter/perc, a kimeneti jel frekvenciája 7,5 Hz. Annak érdekében, hogy az áramlás valós értékét 1,0 liter/perc formátumban jelenítsük meg, 1,333 másodpercig számlálnunk kell az impulzusokat. Az 1,0 liter/perc példában a számított eredmény 10 lesz, amely 01.0-ként jelenik meg a hét szegmenses kijelzőn. Ebben az alkalmazásban két feladattal foglalkoznak: az első az impulzusok számlálása, a második pedig a szám megjelenítése, amikor a számlálási feladat befejeződött. Minden feladat 1,333 másodpercig tart.

2. lépés: A GreenPAK tervező megvalósítása

Az SLG46533 számos sokoldalú kombinált funkciójú makrocellával rendelkezik, és konfigurálhatók keresőtáblázatokként, számlálóként vagy D-flip-flop-ként. Ez a modularitás teszi alkalmassá a GreenPAK alkalmazást.

A programnak három lépcsője van: az (1) szakasz periodikus digitális jelet generál a rendszer 2 feladata közötti váltáshoz, a (2) szakasz számolja az áramlásérzékelő impulzusokat, a (3) pedig a törtszámot.

3. lépés: Első szakasz: A váltás számlálása/megjelenítése

Szükség van egy „COUNT/DISP-OUT” digitális kimenetre, amely 1,333 másodpercenként változtatja az állapotot a magas és az alacsony között. Ha magas, akkor a rendszer számlálja az impulzusokat, és amikor alacsony, megjeleníti a számlált eredményt. Ez a 2. ábrán látható módon vezetékes DFF0, CNT1 és OSC0 használatával érhető el.

Az OSC0 frekvenciája 25 kHz. A CNT1/DLY1/FSM1 számlálóként van konfigurálva, és az óra bemenete a CLK/4 -hez van csatlakoztatva, így a CNT1 bemeneti órajel -frekvenciája 6,25 kHz. Az első egyenletben, amely az 1. egyenlet szerint tart, a CNT1 kimenet magas, és a következő óra jelének emelkedő élétől a számláló kimenete alacsony, és a CNT1 csökkenni kezd 8332 -ről. generált. A CNT1 kimenet minden emelkedő szélén a DFF0 kimenet megváltoztatja az állapotot, ha alacsony, akkor magasra kapcsol és fordítva.

A DFF0 kimeneti polaritását fordítottként kell beállítani. A CNT1 beállítása 8332, mert a T számolási/megjelenítési idő megegyezik a 2. egyenletben láthatóval.

4. lépés: Második szakasz: Bemeneti impulzusok számlálása

A 4-bites számláló a DFF3/4/5/6 használatával készül, amint az a 4. ábrán látható. Ez a számláló csak akkor növekszik minden impulzuson, ha a „COUNT/DISP-IN”, azaz a PIN 9 magas. Az ÉS kapu 2-L2 bemenete a "COUNT/DISP-IN" és a PWM bemenet. A számláló nullázódik, amikor eléri a 10 -et, vagy amikor elkezdődik a számlálási szakasz. A 4 bites számláló nullázódik, ha a DFF RESET csapok, amelyek ugyanahhoz a „RESET” hálózathoz vannak csatlakoztatva, alacsonyak.

A 4 bites LUT2 a számláló nullázására szolgál, amikor eléri a 10-et. Mivel a DFF kimenetek inverzek, a számokat úgy határozzák meg, hogy a bináris ábrázolásuk összes bitjét megfordítják: 0-t 1-re cserélnek és fordítva. Ezt az ábrázolást a bináris szám 1 komplementjének nevezzük. Az IN0, IN1, IN2 és IN3 4 bites LUT2 bemenetek az a0, a1, a2, a3 és a3 csatlakozóhoz vannak csatlakoztatva. A 4-LUT2 igazságtáblázatát az 1. táblázat tartalmazza.

Ha 10 impulzust regisztrál, a 4-LUT0 kimenete magasról alacsonyra kapcsol. Ezen a ponton a CNT6/DLY6 kimenete, amely úgy van konfigurálva, hogy egy felvételi módban működjön, 90 ns -ig alacsony szintre kapcsol, majd újra bekapcsol. Hasonlóképpen, amikor a „COUNT/DISP-IN” alacsonyról magasra vált, azaz. a rendszer elkezdi számlálni az impulzusokat. Az egy felvételi módban működő CNT5/DLY5 kimenete 90 ns -ig túl alacsonyra kapcsol, majd újra bekapcsol. Döntő fontosságú, hogy a RESET gombot egy ideig alacsony szinten tartsuk, majd ismét bekapcsoljuk a CNT5 és CNT6 használatával, hogy legyen idő az összes DFF visszaállításához. A 90 ns késleltetés nincs hatással a rendszer pontosságára, mivel a PWM jel maximális frekvenciája 225 Hz. A CNT5 és CNT6 kimenetek a RESET jelet kimenő AND kapu bemenetéhez vannak csatlakoztatva.

A 4-LUT2 kimenete szintén az "F/10-OUT" feliratú 4. tűhöz van csatlakoztatva, amely a következő chip számlálási szakaszának PWM bemenetéhez lesz csatlakoztatva. Például, ha a törtszámláló eszköz "PWM-IN" csatlakozik az érzékelő PWM kimenetéhez, és az "F/10-OUT" az egységszámláló eszköz "PWM-IN" -jéhez és a " Ez utóbbi F/10-OUT "csatlakozik a tízes számláló" PWM-IN "-jához és így tovább. Mindegyik szakasz "COUNT/DISP-IN" -jét ugyanahhoz a "COUNT/DISP-OUT" -hoz kell csatlakoztatni a törtszámláló eszköz 3 eszközének bármelyikéből.

Az 5. ábra részletesen elmagyarázza, hogyan működik ez a szakasz, bemutatva, hogyan kell mérni az 1,5 liter/perc áramlási sebességet.

5. lépés: Harmadik szakasz: A mért érték megjelenítése

Ennek a szakasznak a bemenetei vannak: a0, a1, a2 és a3 (fordított), és a 7 szegmenses kijelzőhöz csatlakoztatott érintkezőkhöz fog kimenni. Minden szegmensnek van egy logikai funkciója, amelyet a rendelkezésre álló LUT -ok végeznek. A 4 bites LUT-ok nagyon könnyen elvégezhetik a munkát, de sajnos csak 1 áll rendelkezésre. A G szegmenshez 4 bites LUT0-t használunk, de a többi szegmenshez egy pár 3 bites LUT-t használtunk, amint az a 6. ábrán látható. A 3 bites LUT-ok a3-at csatlakoztatnak a bemenetekhez.

Minden keresési táblázat levezethető a 2. táblázatban látható 7 szegmenses dekódoló igazságtáblázatából. Ezeket a 3. táblázat, 4. táblázat, 5. táblázat, 6. táblázat, 7. táblázat, 8. táblázat, 9. táblázat tartalmazza.

A GPIO-k vezérlőcsapjai, amelyek a 7 szegmenses kijelzőt vezérlik, a "COUNT/DISP-IN" -hez csatlakoznak egy inverteren keresztül kimenetként, amikor a "COUNT/DISP-IN" alacsony, ami azt jelenti, hogy a kijelző csak a megjelenítési feladat során változik. Ezért a számlálási feladat során a kijelzők ki vannak kapcsolva, és a feladatok megjelenítése közben a számlált impulzusokat jelenítik meg.

A tizedespont-jelzőre szükség lehet valahol a 7 szegmenses kijelzőn belül. Ezért a "DP-OUT" feliratú PIN5 a fordított "COUNT/DISP" hálózathoz csatlakozik, és a megfelelő kijelző DP-jéhez. Alkalmazásunkban meg kell jelenítenünk az egységszámláló eszköz tizedespontját, hogy a számok "xx.x" formátumban jelenjenek meg, majd az egységszámláló eszköz "DP-OUT" -át csatlakoztatjuk az egység 7- szegmenskijelzőt, és a többieket nem kapcsoljuk össze.

6. lépés: Hardver implementálása

A 7. ábra a 3 GreenPAK chip és az egyes chipek és a megfelelő kijelző közötti kapcsolatokat mutatja. A GreenPAK tizedespont-kimenete a 7 szegmenses kijelző DP bemenetéhez csatlakozik, hogy az áramlási sebességet a megfelelő formátumban jelenítse meg, 0,1 liter / perc felbontással. Az LSB chip PWM bemenete a vízfolyás -érzékelő PWM kimenetéhez van csatlakoztatva. Az áramkörök F/10 kimenetei a következő chip PWM bemeneteire vannak csatlakoztatva. Nagyobb áramlási sebességű és/vagy nagyobb pontosságú érzékelők esetén több chipet lehet kaszkádolni több számjegy hozzáfűzéséhez.

7. lépés: Eredmények

A rendszer teszteléséhez egy egyszerű NYÁK-t építettünk, amely csatlakozókkal rendelkezik a GreenPAK aljzatok csatlakoztatásához 20 tűs kétsoros női fejlécek segítségével. Ennek a PCB -nek a vázlata és elrendezése, valamint a fényképek a függelékben találhatók.

A rendszert először egy Arduino -val tesztelték, amely szimulálja az áramlási sebesség érzékelőt, és egy állandó, ismert áramlási sebességű vízforrást 225 Hz -es impulzusok generálásával, ami 30 liter/perc áramlási sebességnek felel meg. A mérés eredménye 29,7 liter/perc, a hiba körülbelül 1 %.

A második teszt a vízhozam -érzékelővel és egy otthoni vízforrással történt. A mérés különböző áramlási sebességnél 4,5 és 12,4 volt.

Következtetés

Ez az útmutató bemutatja, hogyan lehet kis, olcsó és pontos áramlásmérőt készíteni a Dialog SLG46533 segítségével. A GreenPAK -nak köszönhetően ez a kialakítás kisebb, egyszerűbb és könnyebben elkészíthető, mint az összehasonlítható megoldások.

Rendszerünk akár 30 liter / perc áramlási sebességet is képes mérni 0,1 liter felbontással, de több GreenPAK -t használhatunk a nagyobb áramlási sebességek nagyobb pontosságú mérésére az áramlásérzékelőtől függően. A Dialog GreenPAK-alapú rendszer a turbina-áramlásmérők széles skálájával működhet.

A javasolt megoldást a víz áramlási sebességének mérésére tervezték, de bármilyen PWM jelet kibocsátó érzékelővel is használható, például gázáramlás -érzékelővel.