Pengawal Suhu Berketepatan Tinggi: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Dalam sains dan dunia kejuruteraan, melacak suhu alias (pergerakan atom dalam termodinamik) adalah salah satu parameter fizikal asas yang harus dipertimbangkan hampir di mana-mana, bermula dari biologi sel hingga mesin roket bahan bakar keras dan tujahan. Di komputer dan pada dasarnya di mana sahaja saya lupa menyebutkan. Idea di sebalik instrumen ini cukup mudah. Semasa mengembangkan firmware, saya memerlukan persediaan ujian di mana saya dapat menguji firmware untuk bug dan bukannya produk kami, yang dibuat oleh teknisi untuk tidak menyebabkan sebarang kerosakan yang berkaitan dengan yang disebutkan di atas. Instrumen-instrumen tersebut cenderung menjadi panas dan oleh itu diperlukan pemantauan suhu yang berterusan dan tepat untuk memastikan semua bahagian instrumen tetap aktif, dan yang tidak kurang pentingnya berkinerja luar biasa. Menggunakan termistor NTC untuk menyelesaikan tugas mempunyai beberapa kebaikan. NTC (pekali suhu negatif) adalah termistor khas yang mengubah rintangan bergantung pada suhu. NTC tersebut digabungkan dengan kaedah penentukuran yang ditemui oleh Stanely Hart dan John Steinhart seperti yang dijelaskan dalam artikel "Penyelidikan Deep-Sea 1968 vol.15, pp 497-503 Pergamon Press" adalah penyelesaian terbaik dalam kes saya. Makalah ini membincangkan kaedah pengukuran suhu yang luas (beratus-ratus Kelvins…) dengan jenis peranti tersebut. Pada pemahaman saya, dari latar belakang kejuruteraan, semakin mudah sistem / sensornya semakin baik. Tidak ada yang ingin mengalami sesuatu yang sangat rumit di bawah air, pada kedalaman kilometer yang boleh menyebabkan masalah semasa mengukur suhu di sana hanya kerana kerumitannya. Saya ragu keberadaan sensor berfungsi sama, mungkin termokopel akan berfungsi, tetapi ia memerlukan beberapa litar sokongan dan ia adalah untuk kes-kes yang sangat tepat. Oleh itu, mari kita gunakan kedua-duanya, untuk reka bentuk sistem penyejukan yang mempunyai beberapa cabaran. Beberapa di antaranya adalah: tahap kebisingan, persampelan berkesan dari nilai masa nyata dan kemungkinan, semua yang disebutkan di atas dalam pakej yang mudah dan mudah untuk kemudahan pembaikan dan penyelenggaraan juga, kos per unit. Sementara menulis firmware, persediaan semakin berubah dan diperbaiki. Pada suatu ketika, saya menyedari bahawa ia mungkin juga menjadi alat mandiri kerana kerumitannya.

Langkah 1: Penentukuran Suhu oleh Steinhart-Hart

Terdapat artikel bagus di Wikipedia yang akan membantu mengira pekali termistor bergantung pada suhu dan julat termistor yang diperlukan. Dalam kebanyakan kes, pekali sangat kecil dan dapat diabaikan dalam persamaan dalam bentuknya yang dipermudahkan.

Persamaan Steinhart – Hart adalah model rintangan semikonduktor pada suhu yang berbeza. Persamaannya adalah:

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

di mana:

T { displaystyle T} adalah suhu (dalam Kelvin) R { displaystyle R} adalah rintangan pada T (dalam ohm) A { displaystyle A}, B { displaystyle B}, dan C { displaystyle C} adalah pekali Steinhart – Hart yang berbeza-beza bergantung pada jenis dan model termistor dan julat suhu yang diminati. (Bentuk persamaan yang paling umum digunakan mengandungi [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)] ^ {2}}

istilah, tetapi ini sering diabaikan kerana biasanya jauh lebih kecil daripada pekali lain, dan oleh itu tidak ditunjukkan di atas.)

Pembangun persamaan:

Persamaan dinamakan sempena John S. Steinhart dan Stanley R. Hart yang pertama kali menerbitkan hubungan tersebut pada tahun 1968. [1] Profesor Steinhart (1929–2003), rakan dari Kesatuan Geofizik Amerika dan Persatuan Amerika untuk Kemajuan Sains, adalah anggota fakulti Universiti Wisconsin – Madison dari tahun 1969 hingga 1991. [2] Dr. Hart, seorang Saintis Kanan di Institut Oseanografi Woods Hole sejak tahun 1989 dan rakan dari Persatuan Geologi Amerika, Kesatuan Geofizik Amerika, Persatuan Geokimia dan Persatuan Geokimia Eropah, [3] dikaitkan dengan Profesor Steinhart di Institusi Carnegie Washington ketika persamaan itu dikembangkan.

Rujukan:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Keluk penentukuran untuk termistor, Penyelidikan Laut Dalam dan Abstrak Oceanografi, Jilid 15, Isu 4, Ogos 1968, Halaman 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016 / 0011-7471 (68) 90057-0.

"Resolusi peringatan fakulti Universiti Wisconsin-Madison mengenai kematian profesor emeritus John S. Steinhart" (PDF). Universiti Wisconsin. 5 April 2004. Diarkibkan daripada yang asal (PDF) pada 10 Jun 2010. Diakses pada 2 Julai 2015.

"Dr. Stan Hart,". Institusi Oseanografi Woods Hole. Diakses pada 2 Julai 2015.

Langkah 2: Perhimpunan: Bahan dan Kaedah

Untuk mula membina, kita perlu merujuk kepada BOM aka (Bill on Material) dan melihat bahagian mana yang akan kita gunakan. Selain BOM, besi pematerian, sepana kunci pas, pemutar skru dan senapang panas diperlukan. Saya akan mengesyorkan alat makmal elektronik asas yang berada di sebelah anda untuk kemudahan.

1. Papan prototaip-1
2. Paparan LCD Hitachi-1
3. Maksud Telaga 240V >> Bekalan kuasa 5 Volt-1
4. LED-3 Merah
5. LED Biru-3
6. LED Hijau-1
7. LED Kuning-1
8. Relay OMRON (DPDT atau serupa 5 Volt) -3
9. Potensiometer 5KOhm-1
10. Perintang (470Ohm) -several
11. Transistor-3 BC58
12. Diod-3
13. Pengatur voltan putus rendah-3
14. LED SMD (hijau, merah) -6
15. MSP-430 mikropemproses (Ti 2553 atau 2452) -2
16. Suis mekanikal Brake-Before-Make (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. Pemegang plastik Ritchco-2
19. Soket DIP untuk MSP-430 Mikropemproses -4
20. Kabel bekalan elektrik untuk soket dinding-1
21. Wayar pelompat (pelbagai warna) - banyak
22. NTC Probe aka nilai termistor 4k7, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (pilihan)
24. Kipas Penyejuk (pilihan) sekiranya sesuatu perlu disejukkan- (1-3) (pilihan)
25. Radiator Aluminium Tulen dengan 5 lubang yang dibor di dalamnya untuk NTC Probes-1
26. Plat plastik dengan lubang yang digerudi - 2
27. Mur, baut dan beberapa skru untuk memasang pembinaan pembawa-20 (setiap bahagian)
28. Wire to PCB preff_board mounting socket versi 2-wire dengan skru di dalam-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (pilihan), berfungsi sebagai paparan depan kedua-1

Saya tahu jumlahnya cukup besar untuk bahan dan mungkin memerlukan sejumlah wang. Dalam kes saya, saya mendapatkan segalanya melalui majikan saya. Sekiranya anda ingin menjimatkannya dengan murah, anda tidak boleh mempertimbangkan bahagian pilihan. Segala sesuatu yang lain senang diperoleh dari Farnell14, DigiKey dan / atau beberapa kedai khusus elektronik tempatan.

Saya telah memutuskan garis mikropemproses MSP-430 kerana saya telah meletakkannya di sekitar. Walaupun seseorang dapat memilih "AVR" MCU RISC dengan mudah. Sesuatu seperti ATmega168, atau ATmega644 dengan Teknologi Pico-Power. Mana-mana mikropemproses AVR yang lain akan melaksanakan tugasnya. Saya sebenarnya "fanboy" Atmel AVR. Dan perlu disebutkan jika anda berasal dari latar belakang teknikal dan bersedia melakukan pemasangan yang baik, jangan gunakan papan Arduino, jika anda dapat memprogram AVR yang berdiri sendiri, itu akan menjadi lebih baik, jika tidak, cubalah memprogram CPU dan masukkan ke dalam peranti.

Langkah 3: Pemasangan: Memateri dan Membangun Langkah…

Memulakan pemasangan atau pematerian dari komponen terkecil adalah permulaan yang baik. Mulakan dengan komponen smd dan pendawaian. Selesaikan Power-Bus terlebih dahulu, di tempat seperti yang saya lakukan di preffboard saya, dan kemudian buat lebih lama dengan cara semua bahagian di preffboard dengan mudah mengakses Power-Bus tanpa perubahan atau komplikasi. Saya menggunakan wayar di seluruh papan tulis, dan itu kelihatan sangat gila, tetapi kemudian seseorang dapat merancang PCB yang tepat, setelah prototaip berfungsi.

• bahagian solder SMD (untuk petunjuk kuasa MCSP MSP-430, di antara Vcc dan GND)
• bus solder dan pendawaian (laluan dengan cara yang memberi kuasa kepada MSP-430)
• solder semua jenis soket DIL (untuk memasang IC MSP-430 x 2
• solder pengatur voltan rendah dengan sokongan yang sesuai (kapasitor, untuk kuasa 5 >> 3.3 volt turun)
• transistor solder, dan perintang dan diod untuk relay dan bersambung dengan MCU.
• solder Potensiometer Ohk 10k untuk kawalan kecerahan Paparan LCD.
• pateri LED di sebelah geganti, penunjuk dua keadaan merah / biru (biru = menyala, merah = mati).
• pateri unit sumber kuasa 240Volts Well Well >> 5 Volt dengan penyambungnya.
• Pateri suis mekanikal biru (pecah sebelum dibuat) di sebelah bekalan kuasa.

Selesaikan apa sahaja yang tinggal. Saya tidak membuat skema yang betul dari peranti ini hanya kerana kekurangan masa, tetapi cukup mudah dengan latar belakang elektronik. Setelah selesai pematerian, semuanya harus diperiksa, untuk sambungan yang betul untuk mengelakkan sebarang gangguan dari talian kuasa.

Sekarang masanya untuk memasang pembinaan pembawa. Seperti dalam gambar, saya telah menggunakan 2 piring plastik dengan lubang ukuran M3 yang digerudi (4 x setiap pinggan) untuk mempunyai skru dan mur serta mesin basuh yang panjang, bolt jarak jauh dan mesin basuh sangat sesuai untuk sambungan seperti itu. Thery perlu diketatkan dari kedua-dua belah pihak agar dapat memegang plat hijau hingga bersama-sama.

Papan pra-papan harus dimasukkan di antara mesin basuh depan, yang mengatakan bahawa mesin basuh depan harus berdiameter besar (hingga 5mm) sehingga seseorang dapat memasukkan papan preff di antara mereka dan kemudian mengencangkannya. Sekiranya dilakukan dengan betul papan akan berdiri pada 90 ° dengan kuat. Pilihan lain untuk meletakkannya di tempatnya, adalah menggunakan pemegang plastik plastik Ritcho yang dipasang pada bolt jarak tersebut melalui sudut 90 ° yang kemudian akan membantu anda mengacaukan bahagian plastik ke selak jarak. Pada ketika ini, anda seharusnya dapat memasang / melampirkan papan iklan.

Selepas pemasangan papan tulis, Paparan LCD (16x2) muncul seperti berikut dan harus dipasang. Saya menggunakan saya dalam mod 4-bit untuk memelihara GPIO ^ _ ^))))))). Gunakan mod 4-Bit, jika tidak, anda tidak akan mempunyai GPIO yang mencukupi untuk menyelesaikan projek ini. Lampu belakang, Vcc dan Gnd disolder melalui Potentiometer ke power-bus. Kabel bas data paparan harus disolder terus ke mikrokontroler MSP-430. Sila gunakan GPIO digital sahaja. GPIO analog yang kita perlukan untuk NTC. Terdapat 5 x peranti NTC, jadi ia sangat ketat.

Langkah 4: Memuktamadkan Perhimpunan dan Penguatan

Untuk memasang probe / NTC 5 keping pada radiator, penggerudian mesti dilakukan. Lihat lembaran data NTC, yang telah saya tambahkan sebagai gambar untuk diameter dan kedalaman lubang yang digerudi. Selepas itu Lubang yang digerudi harus disesuaikan dengan alat untuk menerima kepala NTC ukuran M3. Menggunakan 5 x NTC adalah jenis perkakasan yang rata-rata dan melicinkan. MSP-430 mempunyai ADC pada resolusi 8-bit sehingga mempunyai 5 x sensor akan mudah untuk rata-rata hasilnya. Kami tidak membuang CPU Ghz di sini, jadi di dunia tertanam kami setiap jam CPU sangat penting. Purata sekunder akan dilakukan di Firmware. Setiap NTC harus kaki, dan untuk dapat membaca data melalui ADC on-board, pembahagi voltan mesti dibentuk, yang terdiri dari R (NTC) + R (def). Pelabuhan ADC mesti dipasang di tengah-tengah kedua-duanya. R (def) adalah perintang kedua yang harus tetap nilai 0.1% atau lebih baik, biasanya berkisar dengan R (NTC). Secara pilihan anda boleh menambahkan OP-Amp untuk menguatkan isyarat. Sila rujuk gambar di bahagian ini untuk menghubungkan prpbes NTC.

Apabila pematerian selesai dan telah diperiksa, langkah seterusnya adalah memasang mikrokontroler MSP-430 ke soket DIL mereka. Tetapi terlebih dahulu mereka perlu diprogramkan. Dalam langkah ini, adalah mungkin untuk menghidupkan peranti (tanpa pengawal mikro) untuk ujian awal. Sekiranya semuanya dipasang dengan betul, peranti harus dihidupkan dan relay harus dalam keadaan mati, ditunjukkan oleh LED merah, dan kipas harus berjalan dan paparan harus menyala tetapi tanpa data padanya, hanya lampu belakang biru.

Langkah 5: Input Pengguna, Rotary-Encoder dan Capacitive-Touch Booster-Pack

Selalu senang ada peranti input, yang dapat digunakan untuk memasukkan data ke dalam perangkat. Knob magnet dengan magnet kekal adalah pilihan yang baik di sini. Tugasnya adalah memasukkan ambang suhu bagi kipas yang dipasang di blok radiator. Ini membolehkan pengguna memasukkan ambang baru untuk suhu melalui gangguan. Hanya dengan memutar kiri atau kanan, dapat menambah atau mengurangkan nilai dalam julat (20-100 ° C). Nilai yang lebih rendah ditentukan oleh suhu persekitaran bilik.

Knob ini mempunyai litar kecil yang menghantar isyarat digital ke mikrokontroler. Logik tinggi / rendah kemudian ditafsirkan oleh GPIO untuk input.

Peranti input kedua adalah pek pek sentuh kapasitif Ti. Kemungkinan menggunakan Booster-pack juga, tetapi tidak mungkin untuk menggunakan keduanya, hanya kerana kurangnya GPIO pada MCU sasaran. Pek Booster membawa banyak GPIO.

Pada pendapat saya, Knob lebih baik daripada Booster-Pack. Tetapi ada baiknya mempunyai pilihan. Sekiranya pek Booster diinginkan maka ada perpustakaan siap dari Ti untuk menggunakannya. Saya tidak akan menjelaskan secara terperinci di sini.

Langkah 6: Ringkasan: Pengukuran Suhu Sekitar dan Idea Lanjut ……

Setelah Pemasangan MCU dihidupkan, ia akan menyambut anda dan kemudian meneruskan pengukuran. Firmware terlebih dahulu memastikan kipas tidak aktif. Memulakan siri pengukuran pada probe 5 x NTC, yang kemudian digabungkan menjadi satu nilai mutlak. Kemudian setelah nilai dan perbandingan (data pengguna) ini, ia menghidupkan atau mematikan kipas (atau peranti yang diinginkan, apa sahaja) yang dipasang pada relay DPDT. Pertimbangkan bahawa anda boleh memasang Relay 3 x apa sahaja yang perlu dimatikan atau dimatikan. Relay mampu melepasi arus 16 Amper, tetapi saya rasa bukan idea yang baik untuk mula menggunakan beban tugas berat seperti pada output tersebut.

Saya harap "benda" ini (^ _ ^) …….. hehe akan bermanfaat bagi seseorang. Sumbangan saya kepada minda sarang global ^^).

Saya tertanya-tanya bahawa seseorang akan berusaha membinanya. Tetapi sekiranya mereka melakukannya, saya dengan senang hati akan membantu semuanya. Saya mempunyai firmware di CCS dan di Energia. Tolong beritahu saya jika anda memerlukannya. Jangan ragu untuk menghantar teks kepada saya mengenai soalan dan cadangan. Salam dari "Sunny" Jerman.