Cara Membuat Meter Aliran Air: 7 Langkah

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

Alat pengukur aliran cecair yang tepat, kecil, dan murah dapat dibuat dengan mudah menggunakan komponen GreenPAK ™. Dalam Instructable ini kami menyajikan meter aliran air yang secara berterusan mengukur aliran air dan memaparkannya pada tiga paparan 7 segmen. Julat pengukuran sensor aliran adalah dari 1 hingga 30 liter per minit. Output sensor adalah isyarat PWM digital dengan frekuensi berkadar dengan kadar aliran air.

Tiga Matriks SLG46533 IC Matriks Campuran yang diprogramkan GreenPAK mengira bilangan denyutan dalam masa asas T. Masa asas ini dikira sedemikian rupa sehingga bilangan denyutan adalah sama dengan kadar aliran dalam tempoh tersebut, maka nombor yang dikira ini ditunjukkan pada 7 Paparan bahagian. Resolusi adalah 0.1 liter / min.

Output sensor disambungkan ke input digital dengan pencetus Schmitt Matriks isyarat Campuran pertama yang mengira nombor pecahan. Cip itu disambung bersama melalui output digital, yang disambungkan ke input digital dari Matriks isyarat Campuran yang sedang berjalan. Setiap peranti disambungkan ke paparan katod biasa 7 bahagian melalui 7 output.

Menggunakan Matriks Campuran-isyarat GreenPAK yang diprogramkan lebih disukai daripada banyak penyelesaian lain seperti mikrokontroler dan komponen diskrit. Berbanding dengan mikrokontroler, GreenPAK adalah kos yang lebih rendah, lebih kecil dan lebih mudah untuk diprogramkan. Berbanding dengan reka bentuk litar bersepadu logik diskrit, kosnya juga lebih rendah, lebih senang dibina, dan lebih kecil.

Untuk menjadikan penyelesaian ini dapat digunakan secara komersial, sistem harus sekecil mungkin dan dilekatkan di dalam kandang yang tahan air dan keras agar tahan terhadap air, debu, wap, dan faktor lain sehingga boleh beroperasi dalam pelbagai keadaan.

Untuk menguji reka bentuk PCB sederhana dibina. Peranti GreenPAK dipasang pada PCB ini menggunakan penyambung header wanita baris 20 20 pin.

Ujian dibuat pertama kali menggunakan denyutan yang dihasilkan oleh Arduino dan untuk kali kedua kadar aliran air dari sumber air rumah diukur. Sistem ini menunjukkan ketepatan 99%.

Ketahui semua langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana cip GreenPAK telah diprogramkan untuk mengawal Water Flow Meter. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang Kit Pembangunan GreenPAK ke komputer anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk mengawal Water Flow Meter anda. Ikuti langkah-langkah yang dinyatakan di bawah ini jika anda berminat untuk memahami bagaimana litar berfungsi.

Langkah 1: Penerangan Keseluruhan Sistem

Salah satu cara yang paling umum untuk mengukur kadar aliran cecair adalah seperti prinsip mengukur kelajuan angin oleh anemometer: kelajuan angin sebanding dengan kelajuan putaran anemometer. Bahagian utama jenis aliran sensor ini adalah semacam roda roda, yang kelajuannya sebanding dengan laju aliran cairan yang melaluinya.

Kami menggunakan sensor aliran air YF-S201 dari firma URUK seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam sensor ini, sensor Hall Effect yang dipasang pada roda roda mengeluarkan denyut dengan setiap revolusi. Frekuensi isyarat output ditunjukkan dalam Formula 1, di mana Q adalah kadar aliran air dalam liter / minit.

Sebagai contoh, jika kadar aliran yang diukur adalah 1 liter / minit, frekuensi isyarat output ialah 7.5 Hz. Untuk menampilkan nilai aliran sebenarnya dalam format 1.0 liter / minit, kita harus mengira denyutan untuk waktu 1.333 saat. Dalam contoh 1.0 liter / minit, hasil yang dihitung adalah 10, yang akan dipaparkan sebagai 01.0 pada paparan tujuh segmen. Dua tugas dibahas dalam aplikasi ini: yang pertama adalah menghitung denyut dan yang kedua menunjukkan angka ketika tugas penghitungan selesai. Setiap tugas berlangsung 1.333 saat.

Langkah 2: Pelaksanaan Pereka GreenPAK

SLG46533 mempunyai banyak fungsi gabungan fungsi makrocell dan ia boleh dikonfigurasikan sebagai Look up Table, counter atau D-Flip-Flops. Modulariti inilah yang menjadikan GreenPAK sesuai untuk aplikasi.

Program ini mempunyai 3 tahap: tahap (1) menghasilkan isyarat digital berkala untuk beralih antara 2 tugas sistem, tahap (2) hitungan denyut sensor aliran dan tahap (3) menunjukkan nombor pecahan.

Langkah 3: Peringkat Pertama: Mengira / Menampilkan Beralih

Output digital "COUNT / DISP-OUT" yang mengubah keadaan antara tinggi dan rendah setiap 1,333 saat diperlukan. Apabila tinggi, sistem menghitung denyutan dan ketika rendah ia menunjukkan hasil yang dikira. Ini dapat dicapai dengan menggunakan kabel DFF0, CNT1 dan OSC0 seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

Kekerapan OSC0 ialah 25 kHz. CNT1 / DLY1 / FSM1 dikonfigurasikan sebagai pembilang, dan input jamnya disambungkan ke CLK / 4 sehingga frekuensi jam input CNT1 adalah 6.25 kHz. Untuk tempoh jam pertama yang berlangsung seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan 1, output CNT1 tinggi dan dari isyarat kenaikan jam seterusnya, output kaunter rendah dan CNT1 mula menurun dari 8332. Apabila data CNT1 mencapai 0, nadi baru pada output CNT1 adalah dihasilkan. Pada setiap kelebihan output CNT1, output DFF0 mengubah keadaan, jika rendah ia beralih ke tinggi dan sebaliknya.

Kutuban keluaran DFF0 harus dikonfigurasikan sebagai terbalik. CNT1 ditetapkan ke 8332 kerana jumlah kiraan / paparan T sama seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan 2.

Langkah 4: Peringkat Kedua: Mengira Denyutan Input

Penghitung 4-bit dibuat menggunakan DFF3 / 4/5/6, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Penghitung ini bertambah pada setiap nadi hanya ketika "COUNT / DISP-IN", yang merupakan PIN 9, tinggi. Input pintu AND 2-L2 adalah "COUNT / DISP-IN" dan input PWM. Kaunter diset semula apabila mencapai 10 atau ketika fasa penghitungan bermula. Kaunter 4-bit diset semula apabila pin RESF DFFs, yang disambungkan ke rangkaian yang sama "RESET", rendah.

LUT2 4-bit digunakan untuk menetapkan semula kaunter ketika mencapai 10. Oleh kerana output DFF terbalik, angka ditentukan dengan membalikkan semua bit perwakilan binari mereka: menukar 0s untuk 1s dan sebaliknya. Perwakilan ini disebut pelengkap nombor binari 1. Input LUT2 4-bit IN0, IN1, IN2 dan IN3 masing-masing disambungkan ke a0, a1, a2, a3 dan a3. Jadual kebenaran untuk 4-LUT2 ditunjukkan dalam Jadual 1.

Apabila 10 denyutan didaftarkan, output 4-LUT0 beralih dari tinggi ke rendah. Pada ketika ini output CNT6 / DLY6, dikonfigurasi untuk berfungsi dalam satu mod pukulan, beralih ke rendah untuk jangka masa 90 ns kemudian dihidupkan kembali. Begitu juga, apabila "COUNT / DISP-IN" beralih dari rendah ke tinggi, iaitu. sistem mula mengira denyutan. Output CNT5 / DLY5, dikonfigurasi untuk berfungsi dalam satu mod pukulan, beralih terlalu rendah untuk jangka masa 90 ns kemudian dihidupkan semula. Sangat penting untuk mengekalkan butang RESET pada tahap rendah untuk sementara waktu dan menghidupkannya semula menggunakan CNT5 dan CNT6 untuk memberi masa untuk semua DFF diset semula. Kelewatan 90 ns tidak memberi kesan pada ketepatan sistem kerana frekuensi maksimum isyarat PWM adalah 225 Hz. Output CNT5 dan CNT6 disambungkan ke input dari pintu AND yang mengeluarkan isyarat RESET.

Output 4-LUT2 juga dihubungkan ke Pin 4, berlabel "F / 10-OUT", yang akan dihubungkan ke input PWM dari peringkat penghitungan cip seterusnya. Sebagai contoh, jika "PWM-IN" dari alat pengiraan pecahan disambungkan ke output PWM sensor, dan "F / 10-OUT" nya disambungkan ke "PWM-IN" dari alat pengira unit dan " F / 10-OUT "yang terakhir disambungkan ke" PWM-IN "peranti penghitung puluhan dan sebagainya. "COUNT / DISP-IN" dari semua tahap ini harus disambungkan ke "COUNT / DISP-OUT" yang sama dengan mana-mana daripada 3 peranti untuk peranti pengiraan pecahan.

Rajah 5 menerangkan secara terperinci bagaimana tahap ini berfungsi dengan menunjukkan cara mengukur kadar aliran 1.5 liter / minit.

Langkah 5: Tahap Ketiga: Menampilkan Nilai Terukur

Tahap ini memiliki input: a0, a1, a2 dan a3 (terbalik), dan akan dikeluarkan ke pin yang disambungkan ke paparan 7 segmen. Setiap segmen mempunyai fungsi logik untuk dibuat oleh LUT yang tersedia. LUT 4-bit dapat melakukan tugas dengan mudah tetapi malangnya hanya 1 yang ada. LUT0 4-bit digunakan untuk segmen G, tetapi untuk segmen lain kami menggunakan sepasang LUT 3-bit seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. LUT 3-bit paling kiri mempunyai a2 / a1 / a0 disambungkan ke input mereka, sementara yang paling kanan LUT 3-bit mempunyai a3 yang disambungkan ke inputnya.

Semua jadual mencari dapat disimpulkan dari jadual kebenaran penyahkod 7 segmen yang ditunjukkan dalam Jadual 2. Jadual ini ditunjukkan dalam Jadual 3, Jadual 4, Jadual 5, Jadual 6, Jadual 7, Jadual 8, Jadual 9.

Pin kawalan GPIO yang mengawal paparan 7 segmen disambungkan ke "COUNT / DISP-IN" melalui penyongsang sebagai output apabila "COUNT / DISP-IN" rendah, yang bermaksud paparan diubah hanya semasa tugas paparan. Oleh itu, semasa tugas membilang, paparan MATI dan semasa tugas memaparkan mereka memaparkan denyutan yang dikira.

Penunjuk titik perpuluhan mungkin diperlukan di suatu tempat dalam paparan 7 segmen. Atas sebab ini, PIN5, berlabel "DP-OUT", disambungkan ke rangkaian "COUNT / DISP" terbalik dan kami menghubungkannya ke DP pada paparan yang sesuai. Dalam aplikasi kita, kita perlu memaparkan titik perpuluhan alat penghitung unit untuk menunjukkan angka dalam format "xx.x", maka kita akan menghubungkan "DP-OUT" dari alat pengira unit ke input DP dari unit 7- paparan segmen dan kami membiarkan yang lain tidak bersambung.

Langkah 6: Pelaksanaan Perkakasan

Rajah 7 menunjukkan perkaitan antara 3 cip GreenPAK dan sambungan setiap cip ke paparannya yang sepadan. Output titik perpuluhan GreenPAK disambungkan input DP dari paparan 7 segmen untuk menunjukkan kadar aliran dalam format yang betul, dengan resolusi 0.1 liter / minit. Input PWM cip LSB disambungkan ke output PWM sensor aliran air. Keluaran F / 10 litar disambungkan ke input PWM cip berikut. Untuk sensor dengan kadar aliran yang lebih tinggi dan / atau ketepatan yang lebih besar, lebih banyak cip boleh dilampirkan untuk menambahkan lebih banyak digit.

Langkah 7: Hasil

Untuk menguji sistem, kami membina PCB sederhana yang mempunyai penyambung untuk memasang soket GreenPAK menggunakan header wanita baris dua 20 pin. Skema dan susun atur PCB ini serta foto disajikan dalam Lampiran.

Sistem ini diuji terlebih dahulu dengan Arduino yang mensimulasikan sensor laju aliran dan sumber air dengan laju aliran yang tetap, diketahui dengan menghasilkan denyutan pada 225 Hz yang masing-masing sesuai dengan laju aliran 30 liter / minit. Hasil pengukuran adalah sama dengan 29.7 liter / minit, kesalahan adalah sekitar 1%.

Ujian Kedua dibuat dengan sensor kadar aliran air dan sumber air di rumah. Pengukuran pada kadar aliran yang berbeza adalah 4.5 dan 12.4.

Kesimpulannya

Instructable ini menunjukkan cara membina meter aliran kecil, kos rendah, dan tepat menggunakan Dialog SLG46533. Terima kasih kepada GreenPAK, reka bentuk ini lebih kecil, lebih sederhana, dan lebih mudah dibuat daripada penyelesaian yang setanding.

Sistem kami dapat mengukur kadar aliran hingga 30 liter / minit dengan resolusi 0.1 liter, tetapi kami dapat menggunakan lebih banyak GreenPAK untuk mengukur kadar aliran yang lebih tinggi dengan ketepatan yang lebih tinggi bergantung pada sensor aliran. Sistem berasaskan GreenPAK Dialog dapat berfungsi dengan pelbagai meter aliran turbin.

Penyelesaian yang disarankan dirancang untuk mengukur laju aliran air, tetapi dapat disesuaikan untuk digunakan dengan sensor apa pun yang mengeluarkan isyarat PWM, seperti sensor laju aliran gas.