Направи си сам преобразувател на температура в честота: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Температурните сензори са един от най -важните видове физически сензори, тъй като много различни процеси (също и в ежедневието) се регулират от температурата. Освен това, измерването на температурата позволява непряко определяне на други физически параметри, като дебит на веществото, ниво на течността и др. Обикновено сензорите преобразуват измерената физическа стойност в аналогов сигнал и температурните сензори тук не правят изключение. За обработка от процесора или компютъра аналоговият температурен сигнал трябва да се преобразува в цифрова форма. За такова преобразуване обикновено се използват скъпи аналогово-цифрови преобразуватели (ADC).

Целта на този Instructable е да разработи и представи опростена техника за директно преобразуване на аналоговия сигнал от температурен сензор в цифров сигнал с пропорционална честота, използвайки GreenPAK ™. Впоследствие честотата на цифров сигнал, която варира в зависимост от температурата, може след това да бъде по -лесно измерена с доста висока точност и след това да се преобразува в необходимите мерни единици. Подобна директна трансформация е интересна на първо място поради факта, че няма нужда от използване на скъпи аналогово-цифрови преобразуватели. Също така цифровото предаване на сигнал е по -надеждно от аналоговото.

По -долу описахме необходимите стъпки, за да разберете как чипът GreenPAK е програмиран да създава преобразувател на температура към честота. Ако обаче просто искате да получите резултат от програмирането, изтеглете софтуера GreenPAK, за да видите вече завършения файл за проектиране GreenPAK. Включете комплекта за разработка на GreenPAK към вашия компютър и натиснете програма, за да създадете персонализирана интегрална схема за преобразувателя на температура към честота.

Стъпка 1: Дизайн анализ

Могат да се използват различни видове температурни сензори и техните схеми за обработка на сигнали в зависимост от специфичните изисквания, предимно в температурния диапазон и точността. Най -широко използваните са NTC термистори, които намаляват стойността на електрическото си съпротивление с повишаване на температурата (виж Фигура 1). Те имат значително по -висок температурен коефициент на съпротивление в сравнение с металните резистивни сензори (RTD) и струват много по -малко. Основният недостатък на термисторите е тяхната нелинейна зависимост от характеристиката "съпротивление спрямо температура". В нашия случай това не играе съществена роля, тъй като по време на преобразуването има точно съответствие на честотата на съпротивлението на термистора и следователно на температурата.

Фигура 1 показва графичната зависимост на съпротивлението на термистора от температурата (взети от техническите листове на производителя). За нашия дизайн използвахме два подобни NTC термистора с типично съпротивление 10 kOhm при 25 ° C.

Основната идея за директното преобразуване на температурния сигнал в изходния цифров сигнал с пропорционална честота е използването на термистора R1 заедно с кондензатора С1 в честотно-регулиращата верига R1C1 на генератора, като част от класически пръстен осцилатор, използващ три логически елемента „NAND“. Временната константа на R1C1 зависи от температурата, защото когато температурата се промени, съпротивлението на термистора ще се промени съответно.

Честотата на изходния цифров сигнал може да бъде изчислена по формула 1.

Стъпка 2: Преобразуватели на температура към честота на базата на SLG46108V

Този тип осцилатор обикновено добавя резистор R2, за да ограничи тока през входните диоди и да намали натоварването на входните елементи на веригата. Ако стойността на съпротивлението на R2 е много по -малка от съпротивлението на R1, то това всъщност не влияе на честотата на генериране.

Следователно, въз основа на GreenPAK SLG46108V, бяха конструирани два варианта на преобразувателя на температура към честота (виж Фигура 5). Схемата на приложение на тези сензори е представена на фигура 3.

Дизайнът, както вече казахме, е доста прост, той представлява верига от три NAND елемента, които образуват пръстен осцилатор (виж Фигура 4 и Фигура 2) с един цифров вход (PIN#3) и два цифрови изхода (PIN #6 и ПИН#8) за свързване към външна схема.

Снимките на Фигура 5 показват активните температурни сензори (монета от един цент е за мащаб).

Стъпка 3: Измервания

Бяха направени измервания, за да се оцени правилната функция на тези активни температурни сензори. Нашият температурен сензор е поставен в контролирана камера, температурата вътре в която може да бъде променена с точност до 0,5 ° С. Записана е честотата на изходния цифров сигнал и резултатите са представени на Фигура 6.

Както се вижда от показания график, честотните измервания (зелени и сини триъгълници) почти напълно съвпадат с теоретичните стойности (черни и червени линии) съгласно формулата 1, дадена по -горе. Следователно този метод за преобразуване на температурата в честота работи правилно.

Стъпка 4: Трети активен температурен сензор, базиран на SLG46620V

Също така е изграден трети активен температурен сензор (виж Фигура 7), за да се демонстрира възможността за проста обработка с видима индикация на температурата. Използвайки GreenPAK SLG46620V, който съдържа 10 елемента на закъснение, ние изградихме десет честотни детектора (виж Фигура 9), всеки от които е конфигуриран да открива сигнал с една конкретна честота. По този начин конструирахме прост термометър с десет персонализирани точки на индикация.

Фигура 8 показва схемата на най -високо ниво на активния сензор с индикатори на дисплея за десет температурни точки. Тази допълнителна функция е удобна, тъй като е възможно визуално да се оцени стойността на температурата, без да се анализира отделно генерирания цифров сигнал.

Изводи

В тази инструкция ние предложихме метод за преобразуване на аналогов сигнал от температурен сензор в честотно модулиран цифров сигнал, използвайки продуктите на GreenPAK от Dialog. Използването на термистори заедно с GreenPAK позволява предвидими измервания без използването на скъпи аналогово-цифрови преобразуватели и избягване на изискването за измерване на аналоговите сигнали. GreenPAK е идеалното решение за разработването на този тип персонализиран сензор, както е показано в прототипите, конструирани и тествани. GreenPAK съдържа голям брой функционални елементи и блокове на вериги, необходими за внедряването на различни схемни решения, а това значително намалява броя на външните компоненти на крайната приложна верига. Ниската консумация на енергия, малкият размер на чипа и ниската цена са допълнителен бонус при избора на GreenPAK като основен контролер за много схеми.