Penukar Suhu ke Frekuensi DIY: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Sensor suhu adalah salah satu jenis sensor fizikal yang paling penting, kerana banyak proses yang berbeza (dalam kehidupan seharian juga) diatur oleh suhu. Selain itu, pengukuran suhu memungkinkan penentuan tidak langsung parameter fizikal lain, seperti kadar aliran bahan, tahap bendalir, dan lain-lain. Biasanya, sensor menukar nilai fizikal yang diukur menjadi isyarat analog, dan sensor suhu tidak terkecuali di sini. Untuk diproses oleh CPU atau komputer, isyarat suhu analog mesti diubah menjadi bentuk digital. Untuk penukaran seperti itu, penukar analog-todigital mahal (ADC) biasanya digunakan.

Tujuan Instructable ini adalah untuk mengembangkan dan menyajikan teknik yang dipermudah untuk penukaran langsung isyarat analog dari sensor suhu menjadi isyarat digital dengan frekuensi berkadar menggunakan GreenPAK ™. Selepas itu, frekuensi isyarat digital yang berubah-ubah bergantung pada suhu kemudian dapat diukur dengan lebih mudah dengan ketepatan yang cukup tinggi dan kemudian ditukarkan ke unit pengukuran yang diperlukan. Transformasi langsung seperti itu menarik sejak awal kerana tidak memerlukan penggunaan penukar analog-ke-digital yang mahal. Juga, penghantaran isyarat digital lebih dipercayai daripada analog.

Di bawah ini kami menerangkan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana cip GreenPAK telah diprogramkan untuk membuat penukar suhu ke frekuensi. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk penukar suhu ke frekuensi.

Langkah 1: Analisis Reka Bentuk

Jenis sensor suhu yang berbeza dan litar pemprosesan isyaratnya boleh digunakan bergantung pada keperluan tertentu, terutamanya dalam julat suhu, dan ketepatan. Yang paling banyak digunakan adalah termistor NTC, yang mengurangkan nilai rintangan elektrik mereka dengan peningkatan suhu (lihat Gambar 1). Mereka mempunyai pekali rintangan suhu yang jauh lebih tinggi berbanding dengan sensor tahan logam (RTD) dan harganya lebih murah. Kelemahan utama termistor adalah ketergantungan tidak linear mereka terhadap ciri "rintangan berbanding suhu". Dalam kes kami, ini tidak memainkan peranan penting kerana semasa penukaran, terdapat korespondensi tepat frekuensi dengan rintangan termistor, dan oleh itu, suhu.

Gambar 1 menunjukkan ketergantungan grafik ketahanan termistor vs suhu (yang diambil dari lembaran data pengeluar). Untuk reka bentuk kami, kami menggunakan dua termistor NTC yang serupa dengan rintangan khas 10 kOhm pada 25 ° C.

Idea asas transformasi langsung isyarat suhu ke isyarat digital output frekuensi berkadaran adalah penggunaan termistor R1 bersama dengan kapasitor C1 dalam rangkaian R1C1 pengaturan frekuensi generator, sebagai sebahagian daripada cincin klasik pengayun menggunakan tiga elemen logik "NAND". Pemalar masa R1C1 bergantung pada suhu, kerana apabila suhu berubah, rintangan termistor akan berubah sesuai.

Kekerapan isyarat digital output dapat dikira menggunakan Formula 1.

Langkah 2: Penukar Suhu ke Frekuensi Berdasarkan SLG46108V

Jenis pengayun ini biasanya menambahkan perintang R2 untuk menghadkan arus melalui dioda input dan mengurangkan beban pada elemen input litar. Sekiranya nilai rintangan R2 jauh lebih kecil daripada rintangan R1, maka ia sebenarnya tidak mempengaruhi frekuensi penjanaan.

Oleh itu, berdasarkan GreenPAK SLG46108V, dua varian penukar suhu ke frekuensi dibina (lihat Gambar 5). Litar aplikasi sensor ini ditunjukkan dalam Rajah 3.

Reka bentuknya, seperti yang telah kita katakan, cukup sederhana, ia adalah rantai tiga elemen NAND yang membentuk pengayun cincin (lihat Gambar 4 dan Gambar 2) dengan satu input digital (PIN # 3), dan dua output digital (PIN # 6 dan PIN # 8) untuk sambungan ke litar luaran.

Tempat gambar dalam Rajah 5 menunjukkan sensor suhu aktif (duit syiling satu sen adalah untuk skala).

Langkah 3: Pengukuran

Pengukuran dilakukan untuk menilai fungsi yang betul dari sensor suhu aktif ini. Sensor suhu kami diletakkan di ruang terkawal, suhu di dalamnya dapat diubah menjadi ketepatan 0,5 ° С. Kekerapan isyarat digital output direkodkan dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar 6.

Seperti yang dapat dilihat dari plot yang ditunjukkan, pengukuran frekuensi (segitiga hijau dan biru) hampir sepenuhnya bertepatan dengan nilai teori (garis hitam dan merah) mengikut Formula 1 yang diberikan di atas. Akibatnya, kaedah menukar suhu ke frekuensi berfungsi dengan betul.

Langkah 4: Sensor Suhu Aktif Ketiga Berdasarkan SLG46620V

Juga, sensor suhu aktif ketiga dibina (lihat Gambar 7) untuk menunjukkan kemungkinan pemprosesan sederhana dengan petunjuk suhu yang dapat dilihat. Dengan menggunakan GreenPAK SLG46620V, yang mengandungi 10 elemen kelewatan, kami telah membina sepuluh pengesan frekuensi (lihat Gambar 9), yang masing-masing dikonfigurasi untuk mengesan isyarat satu frekuensi tertentu. Dengan cara ini, kami membina termometer sederhana dengan sepuluh titik petunjuk yang dapat disesuaikan.

Gambar 8 menunjukkan skema tahap atas sensor aktif dengan petunjuk paparan untuk sepuluh titik suhu. Fungsi tambahan ini sesuai kerana dapat mengira nilai suhu secara visual tanpa menganalisis secara terpisah isyarat digital yang dihasilkan.

Kesimpulannya

Dalam Instructable ini, kami mencadangkan kaedah untuk menukar isyarat analog sensor suhu menjadi isyarat digital termodulasi frekuensi menggunakan produk GreenPAK dari Dialog. Penggunaan termistor bersamaan dengan GreenPAK memungkinkan pengukuran yang dapat diramalkan tanpa menggunakan penukar analog-ke-digital yang mahal, dan mengelakkan keperluan untuk mengukur isyarat analog. GreenPAK adalah penyelesaian yang ideal untuk pengembangan jenis sensor yang dapat disesuaikan ini, seperti yang ditunjukkan dalam contoh prototaip yang dibina dan diuji. GreenPAK mengandungi sebilangan besar elemen berfungsi dan blok litar yang diperlukan untuk pelaksanaan pelbagai penyelesaian litar, dan ini sangat mengurangkan bilangan komponen luaran litar aplikasi akhir. Penggunaan kuasa rendah, saiz cip kecil dan kos rendah adalah bonus tambahan untuk memilih GreenPAK sebagai pengawal utama untuk banyak reka bentuk litar.