Как да създадете водомер: 7 стъпки

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

Точен, малък и евтин измервател на течност може лесно да бъде направен с помощта на компоненти GreenPAK ™. В тази инструкция ние представяме водомер, който непрекъснато измерва водния поток и го показва на три 7-сегментни дисплея. Обхватът на измерване на сензора за дебит е от 1 до 30 литра в минута. Изходът на сензора е цифров ШИМ сигнал с честота, пропорционална на дебита на водата.

Три програмируеми матрици със смесен сигнал GreenPAK със смесен сигнал SLG46533 ИС преброяват броя на импулсите в рамките на основно време T. Това базово време се изчислява така, че броят на импулсите е равен на дебита в този период, след това този изчислен брой се показва на 7 -сегментни дисплеи. Разделителната способност е 0,1 литра/мин.

Изходът на сензора е свързан към цифров вход с тригер на Шмит на първа матрица със смесен сигнал, която отчита дробното число. Чиповете се каскадират заедно чрез цифров изход, който е свързан към цифров вход на протичаща матрица със смесен сигнал. Всяко устройство е свързано към 7 -сегментен дисплей с общ катод чрез 7 изхода.

Използването на програмируема смесена сигнална матрица GreenPAK е за предпочитане пред много други решения, като микроконтролери и дискретни компоненти. В сравнение с микроконтролера, GreenPAK е с по -ниска цена, по -малък и по -лесен за програмиране. В сравнение с дизайна на интегрални схеми с дискретна логика, той също е с по -ниска цена, по -лесен за изграждане и по -малък.

За да стане това решение търговско жизнеспособно, системата трябва да бъде възможно най -малка и да бъде затворена във водоустойчив, твърд корпус, за да бъде устойчив на вода, прах, пара и други фактори, така че да може да работи при различни условия.

За тестване на дизайна е изградена проста печатна платка. Устройствата GreenPAK са включени към тази печатна платка с помощта на 20 пина двуредови женски конектори за заглавки.

Тестовете се правят за първи път с помощта на импулси, генерирани от Arduino, а за втори път се измерва дебитът на водата от домашен водоизточник. Системата е показала точност от 99%.

Открийте всички необходими стъпки, за да разберете как чипът GreenPAK е програмиран да контролира измервателя на дебита на водата. 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 компютъра си и натиснете програмата, за да създадете персонализирана интегрална схема за управление на вашия водомер. Следвайте стъпките, описани по -долу, ако искате да разберете как работи схемата.

Стъпка 1: Общо описание на системата

Един от най -често срещаните начини за измерване на дебита на течност е точно като принципа за измерване на скоростта на вятъра с анемометър: скоростта на вятъра е пропорционална на скоростта на въртене на анемометъра. Основната част от този тип сензор за дебит е нещо като въртящо се колело, чиято скорост е пропорционална на дебита на течността, преминаващ през него.

Използвахме сензор за воден поток YF-S201 от фирмата URUK, показан на фигура 1. В този сензор сензор за ефект на Хол, монтиран на въртящото се колело, извежда импулс при всяко завъртане. Честотата на изходния сигнал е представена във Формула 1, където Q е дебит на водата в литри/минута.

Например, ако измереният дебит е 1 литър/минута, честотата на изходния сигнал е 7,5 Hz. За да се покаже реалната стойност на потока във формат 1,0 литър/минута, трябва да преброим импулсите за време от 1,333 секунди. В примера от 1.0 литра/минута броеният резултат ще бъде 10, който ще бъде показан като 01.0 на дисплеите със седем сегмента. В това приложение са адресирани две задачи: първата е броене на импулси, а втората показва номера, когато задачата за броене е завършена. Всяка задача продължава 1,333 секунди.

Стъпка 2: Внедряване на GreenPAK Designer

SLG46533 има много гъвкави комбинирани макроклетки и те могат да бъдат конфигурирани като Търсене на таблици, броячи или D-джапанки. Тази модулност прави GreenPAK подходящ за приложението.

Програмата има 3 етапа: етап (1) генерира периодичен цифров сигнал за превключване между 2 задачи на системата, етап (2) отчита импулсите на сензора за поток и етап (3) показва дробния номер.

Стъпка 3: Първи етап: Преброяване/показване на превключване

Изисква се цифров изход „COUNT/DISP-OUT“, който променя състоянието между високо и ниско на всеки 1,333 секунди. Когато е високо, системата отчита импулсите, а когато е ниска, показва отчетения резултат. Това може да се постигне с помощта на DFF0, CNT1 и OSC0, както е показано на фигура 2.

Честотата на OSC0 е 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 е конфигуриран като брояч, а тактовият му вход е свързан към CLK/4, така че входната тактова честота на CNT1 е 6,25 kHz. За първия тактов период, който продължава, както е показано в уравнение 1, изходът на CNT1 е висок и от нарастващия край на сигнала на следващия часовник изходът на брояча е нисък и CNT1 започва да намалява от 8332. Когато данните на CNT1 достигнат 0, се извежда нов импулс на изхода на CNT1 генерирани. На всеки нарастващ ръб на изхода CNT1, изходът DFF0 променя състоянието, ако е нисък, превключва на висок и обратно.

Изходният поляритет на DFF0 трябва да бъде конфигуриран като обърнат. CNT1 е зададен на 8332, тъй като времето за преброяване/показване T е равно на показаното в уравнение 2.

Стъпка 4: Втори етап: Преброяване на входните импулси

4-битов брояч се прави с помощта на DFF3/4/5/6, както е показано на фигура 4. Този брояч се увеличава на всеки импулс само когато „COUNT/DISP-IN“, което е PIN 9, е високо. Входовете AND-gate 2-L2 са "COUNT/DISP-IN" и PWM входът. Броячът се нулира, когато достигне 10 или когато започне фазата на броене. 4-битовият брояч се нулира, когато щифтовете RESET на DFF, които са свързани към същата мрежа „RESET“, са ниски.

4-битовият LUT2 се използва за нулиране на брояча, когато достигне 10. Тъй като изходите на DFF са обърнати, числата се дефинират чрез обръщане на всички битове на техните двоични представителства: смяна на 0s за 1s и обратно. Това представяне се нарича 1 допълнение на двоично число. 4-битовите LUT2 входове IN0, IN1, IN2 и IN3 са свързани съответно към a0, a1, a2, a3 и a3. Таблицата на истината за 4-LUT2 е показана в Таблица 1.

Когато са регистрирани 10 импулса, изходът на 4-LUT0 се превключва от висок към нисък. В този момент изходът на CNT6/DLY6, конфигуриран да работи в режим на един кадър, превключва на ниско за период от 90 ns, след което се включва отново. По същия начин, когато „COUNT/DISP-IN“превключва от ниско към високо, т.е. системата започва да брои импулси. Изходът на CNT5/DLY5, конфигуриран да работи в режим на едно заснемане, превключва твърде ниско за период от 90 ns, след което се включва отново. От решаващо значение е да поддържате бутона RESET на ниско ниво за известно време и да го включите отново с помощта на CNT5 и CNT6, за да дадете време на всички DFF за нулиране. Забавянето от 90 ns не оказва влияние върху точността на системата, тъй като максималната честота на PWM сигнала е 225 Hz. Изходите CNT5 и CNT6 са свързани към входовете на порта AND, който извежда сигнала RESET.

Изходът на 4-LUT2 също е свързан към пин 4, обозначен с "F/10-OUT", който ще бъде свързан към PWM входа на следващия етап на преброяване на чипа. Например, ако "PWM-IN" на устройството за дробно броене е свързано към PWM изхода на сензора, а неговият "F/10-OUT" е свързан към "PWM-IN" на устройството за броене на единици и " F/10-OUT "на последния е свързан към" PWM-IN "на десетното устройство за броене и така нататък. "COUNT/DISP-IN" на всички тези етапи трябва да бъде свързан към един и същ "COUNT/DISP-OUT" на всяко от 3-те устройства за устройството за дробно броене.

Фигура 5 обяснява подробно как работи този етап, като показва как да се измери дебит от 1,5 литра/минута.

Стъпка 5: Трети етап: Показване на измерена стойност

Този етап има входове: a0, a1, a2 и a3 (обърнат) и ще извежда към изводите, свързани към 7-сегментния дисплей. Всеки сегмент има логическа функция, която трябва да бъде направена от наличните LUT. 4-битовите LUT могат да свършат работата много лесно, но за съжаление са налични само 1. 4-битовият LUT0 се използва за сегмент G, но за останалите сегменти използвахме двойка 3-битови LUT, както е показано на фигура 6. Най-лявите 3-битови LUTs имат a2/a1/a0, свързани към входовете им, докато най-десният 3-битовите LUT имат a3, свързани към техните входове.

Всички таблици за търсене могат да бъдат изведени от таблицата за истинност на 7-сегментния декодер, показана в Таблица 2. Те са представени в Таблица 3, Таблица 4, Таблица 5, Таблица 6, Таблица 7, Таблица 8, Таблица 9.

Контролните щифтове на GPIO, които управляват 7-сегментния дисплей, са свързани към „COUNT/DISP-IN“чрез инвертор като изходи, когато „COUNT/DISP-IN“е ниско, което означава, че дисплеят се променя само по време на задачата за показване. Следователно, по време на задачата за броене, дисплеите са ИЗКЛЮЧЕНИ, а по време на задачата за показване те показват отброените импулси.

Може да е необходим индикатор на десетичната запетая някъде в 7-сегментния дисплей. Поради тази причина PIN5, обозначен като "DP-OUT", е свързан към обърнатата мрежа "COUNT/DISP" и го свързваме към DP на съответния дисплей. В нашето приложение трябва да покажем десетичната запетая на устройството за броене на единици, за да покажем числата във формат „xx.x“, след което ще свържем „DP-OUT“на устройството за броене на единици към входа DP на 7- на единицата сегментен дисплей и оставяме останалите несвързани.

Стъпка 6: Хардуерно внедряване

Фигура 7 показва взаимовръзката между 3 чипа GreenPAK и връзките на всеки чип към съответния му дисплей. Изходът на десетичната запетая на GreenPAK е свързан с DP входа на 7-сегментния дисплей, за да покаже дебита в правилния му формат, с разделителна способност 0,1 литра / минута. PWM входът на LSB чипа е свързан към PWM изхода на сензора за воден поток. Изходите F/10 на веригите са свързани към PWM входовете на следния чип. За сензори с по -високи скорости на потока и/или по -голяма точност, повече чипове могат да бъдат каскадирани за добавяне на повече цифри.

Стъпка 7: Резултати

За да тестваме системата, ние създадохме проста печатна платка, която има конектори за включване на GreenPAK гнезда, използвайки 20-пинови двуредови женски заглавки. Схемата и оформлението на тази печатна платка, както и снимките са представени в приложението.

Системата беше тествана първо с Arduino, който симулира сензор за дебит и източник на вода с постоянен, известен дебит чрез генериране на импулси при 225 Hz, което съответства на дебит съответно 30 литра/минута. Резултатът от измерването е равен на 29,7 литра/минута, грешката е около 1 %.

Вторият тест беше направен със сензор за дебит на водата и домашен източник на вода. Измерванията при различни дебити са 4.5 и 12.4.

Заключение

Тази инструкция демонстрира как да се изгради малък, евтин и точен разходомер с помощта на Dialog SLG46533. Благодарение на GreenPAK този дизайн е по -малък, по -прост и по -лесен за създаване от сравними решения.

Нашата система може да измерва дебит до 30 литра / минута с разделителна способност 0,1 литра, но можем да използваме повече GreenPAK за измерване на по -високи дебити с по -голяма точност в зависимост от сензора за дебит. Система, базирана на Dialog GreenPAK, може да работи с широка гама от турбинни измервателни уреди.

Предложеното решение е предназначено за измерване на дебита на водата, но може да се адаптира за използване с всеки сензор, който извежда ШИМ сигнал, като сензор за дебит на газ.