DIY temperatura la convertor de frecvență: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Senzorii de temperatură sunt unul dintre cele mai importante tipuri de senzori fizici, deoarece multe procese diferite (și în viața de zi cu zi) sunt reglementate de temperatură. În plus, măsurarea temperaturii permite determinarea indirectă a altor parametri fizici, cum ar fi debitul materiei, nivelul fluidului etc. De obicei, senzorii convertesc valoarea fizică măsurată într-un semnal analog, iar senzorii de temperatură nu fac excepție aici. Pentru procesare de către CPU sau computer, semnalul analogic de temperatură trebuie convertit într-o formă digitală. Pentru o astfel de conversie sunt utilizate în mod obișnuit convertoare analog-todigitale scumpe (ADC).

Scopul acestui instructabil este de a dezvolta și prezenta o tehnică simplificată pentru conversia directă a semnalului analogic dintr-un senzor de temperatură într-un semnal digital cu frecvență proporțională utilizând GreenPAK ™. Ulterior, frecvența unui semnal digital care variază în funcție de temperatură poate fi apoi mai ușor măsurată cu o precizie destul de mare și apoi convertită la unitățile de măsură necesare. O astfel de transformare directă este interesantă în primul rând prin faptul că nu este necesară utilizarea unor convertoare costisitoare analog-digital. De asemenea, transmisia digitală a semnalului este mai fiabilă decât cea analogică.

Mai jos am descris pașii necesari pentru a înțelege modul în care cipul GreenPAK a fost programat pentru a crea temperatura la convertorul de frecvență. Cu toate acestea, dacă doriți doar să obțineți rezultatul programării, descărcați software-ul GreenPAK pentru a vizualiza fișierul de proiectare GreenPAK deja finalizat. Conectați kitul de dezvoltare GreenPAK la computer și apăsați programul pentru a crea un IC personalizat pentru convertorul de temperatură la frecvență.

Pasul 1: Analiza proiectării

Diferite tipuri de senzori de temperatură și circuitele lor de procesare a semnalului pot fi utilizate în funcție de cerințe specifice, în principal în domeniul temperaturii și precizie. Cele mai utilizate sunt termistoarele NTC, care reduc valoarea rezistenței lor electrice odată cu creșterea temperaturii (vezi Figura 1). Au un coeficient de temperatură semnificativ mai mare în comparație cu senzorii rezistivi la metal (RTD) și costă mult mai puțin. Principalul dezavantaj al termistorilor este dependența lor neliniară de caracteristica „rezistență vs. temperatură”. În cazul nostru, acest lucru nu joacă un rol semnificativ, deoarece în timpul conversiei există o corespondență exactă a frecvenței cu rezistența termistorului și, prin urmare, a temperaturii.

Figura 1 prezintă dependența grafică a rezistenței termistorului față de temperatură (care a fost preluată din fișele tehnice ale producătorului). Pentru proiectarea noastră, am folosit două termistoare NTC similare cu o rezistență tipică de 10 kOhm la 25 ° C.

Ideea de bază a transformării directe a semnalului de temperatură în semnalul digital de ieșire cu o frecvență proporțională este utilizarea termistorului R1 împreună cu condensatorul C1 în circuitul de setare a frecvenței R1C1 al generatorului, ca parte a unui inel clasic oscilator folosind trei elemente logice „NAND”. Constanta de timp a R1C1 depinde de temperatură, deoarece atunci când temperatura se schimbă, rezistența termistorului se va schimba în consecință.

Frecvența semnalului digital de ieșire poate fi calculată folosind Formula 1.

Pasul 2: Convertoare de temperatură în frecvență bazate pe SLG46108V

Acest tip de oscilator adaugă de obicei un rezistor R2 pentru a limita curentul prin diodele de intrare și pentru a reduce sarcina pe elementele de intrare ale circuitului. Dacă valoarea rezistenței lui R2 este mult mai mică decât rezistența lui R1, atunci nu afectează de fapt frecvența de generare.

În consecință, pe baza GreenPAK SLG46108V, au fost construite două variante ale convertorului de temperatură la frecvență (vezi Figura 5). Circuitul de aplicare al acestor senzori este prezentat în Figura 3.

Designul, așa cum am spus deja, este destul de simplu, este un lanț de trei elemente NAND care formează un oscilator inelar (vezi Figura 4 și Figura 2) cu o intrare digitală (PIN # 3) și două ieșiri digitale (PIN # 6 și PIN # 8) pentru conectarea la circuite externe.

Fotografiile din Figura 5 prezintă senzorii de temperatură activi (o monedă de un cent este pentru scară).

Pasul 3: măsurători

S-au făcut măsurători pentru a evalua funcționarea corectă a acestor senzori de temperatură activă. Senzorul nostru de temperatură a fost plasat într-o cameră controlată, a cărei temperatură în interiorul acesteia poate fi modificată la o precizie de 0,5 ° С. Frecvența semnalului digital de ieșire a fost înregistrată, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 6.

După cum se poate vedea din graficul prezentat, măsurătorile de frecvență (triunghiuri verzi și albastre) coincid aproape complet cu valorile teoretice (liniile negre și roșii) conform Formulei 1 prezentate mai sus. În consecință, această metodă de conversie a temperaturii în frecvență funcționează corect.

Pasul 4: Al treilea senzor de temperatură activ bazat pe SLG46620V

De asemenea, a fost construit un al treilea senzor de temperatură activ (a se vedea Figura 7) pentru a demonstra posibilitatea unei prelucrări simple cu indicație de temperatură vizibilă. Folosind GreenPAK SLG46620V, care conține 10 elemente de întârziere, am construit zece detectoare de frecvență (a se vedea Figura 9), fiecare dintre acestea fiind configurat pentru a detecta un semnal de o anumită frecvență. În acest fel, am construit un termometru simplu cu zece puncte de indicație personalizabile.

Figura 8 prezintă schema de nivel superior a senzorului activ cu indicatori de afișare pentru zece puncte de temperatură. Această funcție suplimentară este convenabilă, deoarece este posibilă estimarea vizuală a temperaturii fără a analiza separat semnalul digital generat.

Concluzii

În acest Instructable, am propus o metodă pentru conversia unui semnal analogic al senzorului de temperatură într-un semnal digital cu frecvență modulată utilizând produsele GreenPAK de la Dialog. Utilizarea termistorilor împreună cu GreenPAK permite măsurători previzibile fără utilizarea convertoarelor costisitoare analog-digital și evitarea cerinței de măsurare a semnalelor analogice. GreenPAK este soluția ideală pentru dezvoltarea acestui tip de senzor personalizabil, așa cum se arată în exemplele de prototip construite și testate. GreenPAK conține un număr mare de elemente funcționale și blocuri de circuite necesare pentru implementarea diferitelor soluții de circuite și acest lucru reduce considerabil numărul de componente externe ale circuitului final de aplicație. Consumul redus de energie, dimensiunea redusă a cipului și costul redus sunt un bonus suplimentar pentru alegerea GreenPAK ca controler principal pentru multe modele de circuite.