DIY درجة الحرارة لتحويل التردد: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

تعد مستشعرات درجة الحرارة من أهم أنواع المستشعرات الفيزيائية ، لأن العديد من العمليات المختلفة (في الحياة اليومية أيضًا) تنظمها درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح قياس درجة الحرارة بالتحديد غير المباشر للمعلمات الفيزيائية الأخرى ، مثل معدل تدفق المادة ، ومستوى السائل ، وما إلى ذلك. عادةً ، تقوم المستشعرات بتحويل القيمة الفيزيائية المقاسة إلى إشارة تناظرية ، ولا تعد مستشعرات درجة الحرارة استثناءً هنا. للمعالجة بواسطة وحدة المعالجة المركزية أو الكمبيوتر ، يجب تحويل إشارة درجة الحرارة التناظرية إلى شكل رقمي. لمثل هذا التحويل ، يتم استخدام المحولات التناظرية إلى الرقمية باهظة الثمن (ADCs) بشكل شائع.

الغرض من Instructable هذا هو تطوير وتقديم تقنية مبسطة للتحويل المباشر للإشارة التناظرية من مستشعر درجة الحرارة إلى إشارة رقمية ذات تردد متناسب باستخدام GreenPAK ™. بعد ذلك ، يمكن قياس تردد الإشارة الرقمية التي تختلف باختلاف درجة الحرارة بسهولة أكبر بدقة عالية إلى حد ما ثم تحويلها إلى وحدات القياس المطلوبة. هذا التحول المباشر مثير للاهتمام في المقام الأول من خلال حقيقة أنه لا توجد حاجة لاستخدام محولات تناظرية إلى رقمية باهظة الثمن. أيضا ، نقل الإشارات الرقمية أكثر موثوقية من التناظرية.

فيما يلي وصفنا الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة شريحة GreenPAK لإنشاء محول درجة الحرارة إلى التردد. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء IC مخصص لمحول درجة الحرارة إلى التردد.

الخطوة 1: تحليل التصميم

يمكن استخدام أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة ودوائر معالجة الإشارات الخاصة بها وفقًا لمتطلبات محددة ، في المقام الأول في نطاق درجة الحرارة والدقة. الأكثر استخدامًا هي الثرمستورات NTC ، والتي تقلل من قيمة مقاومتها الكهربائية مع زيادة درجة الحرارة (انظر الشكل 1). لديهم معامل درجة حرارة أعلى بكثير للمقاومة مقارنة بأجهزة استشعار مقاومة المعادن (RTDs) وتكلفتها أقل بكثير. العيب الرئيسي للثرمستورات هو اعتمادها غير الخطي على الخاصية المميزة "المقاومة مقابل درجة الحرارة". في حالتنا ، لا يلعب هذا دورًا مهمًا لأنه أثناء التحويل ، هناك تطابق دقيق للتردد مع مقاومة الثرمستور ، وبالتالي درجة الحرارة.

يوضح الشكل 1 الاعتماد الرسومي لمقاومة الثرمستور مقابل درجة الحرارة (التي تم أخذها من أوراق بيانات الشركة المصنعة). بالنسبة لتصميمنا ، استخدمنا مقاومين متشابهين من NTC بمقاومة نموذجية تبلغ 10 كيلو أوم عند 25 درجة مئوية.

الفكرة الأساسية للتحويل المباشر لإشارة درجة الحرارة إلى إشارة خرج رقمية للتردد النسبي هي استخدام الثرمستور R1 مع المكثف C1 في دائرة R1C1 الخاصة بإعداد التردد للمولد ، كجزء من حلقة كلاسيكية مذبذب باستخدام ثلاثة عناصر منطقية "NAND". يعتمد ثابت الوقت لـ R1C1 على درجة الحرارة ، لأنه عندما تتغير درجة الحرارة ، ستتغير مقاومة الثرمستور وفقًا لذلك.

يمكن حساب تردد خرج الإشارة الرقمية باستخدام الصيغة 1.

الخطوة 2: محولات درجة الحرارة إلى التردد بناءً على SLG46108V

عادةً ما يضيف هذا النوع من المذبذب المقاوم R2 للحد من التيار من خلال صمامات الإدخال وتقليل الحمل على عناصر الإدخال في الدائرة. إذا كانت قيمة المقاومة R2 أصغر بكثير من مقاومة R1 ، فإنها لا تؤثر فعليًا على تردد التوليد.

وبالتالي ، بناءً على GreenPAK SLG46108V ، تم إنشاء متغيرين من درجة الحرارة إلى محول التردد (انظر الشكل 5). يتم عرض دائرة تطبيق هذه المستشعرات في الشكل 3.

التصميم ، كما قلنا سابقًا ، بسيط للغاية ، إنه سلسلة من ثلاثة عناصر NAND تشكل مذبذبًا حلقيًا (انظر الشكل 4 والشكل 2) مع إدخال رقمي واحد (رقم التعريف الشخصي 3) ، ومخرجات رقمية (رقم التعريف الشخصي) # 6 و PIN # 8) للاتصال بالدوائر الخارجية.

تُظهر أماكن الصور في الشكل 5 مستشعرات درجة الحرارة النشطة (عملة سنت واحد للمقياس).

الخطوة 3: القياسات

تم إجراء قياسات لتقييم الوظيفة الصحيحة لأجهزة استشعار درجة الحرارة النشطة هذه. تم وضع مستشعر درجة الحرارة الخاص بنا في غرفة مضبوطة ، يمكن تغيير درجة الحرارة بداخلها بدقة 0.5 درجة مئوية. تم تسجيل تردد خرج الإشارة الرقمية وعرض النتائج في الشكل 6.

كما يتضح من الرسم البياني الموضح ، فإن قياسات التردد (مثلثات خضراء وزرقاء) تتطابق تمامًا تقريبًا مع القيم النظرية (خطوط سوداء وحمراء) وفقًا للصيغة 1 الواردة أعلاه. وبالتالي ، فإن طريقة تحويل درجة الحرارة إلى تردد تعمل بشكل صحيح.

الخطوة 4: مستشعر درجة الحرارة النشط الثالث بناءً على SLG46620V

أيضًا ، تم بناء مستشعر درجة حرارة ثالث نشط (انظر الشكل 7) لإثبات إمكانية المعالجة البسيطة مع مؤشر درجة الحرارة المرئي. باستخدام GreenPAK SLG46620V ، الذي يحتوي على 10 عناصر تأخير ، قمنا ببناء عشرة كاشفات تردد (انظر الشكل 9) ، تم تكوين كل منها لاكتشاف إشارة تردد واحد معين. بهذه الطريقة ، أنشأنا مقياس حرارة بسيطًا بعشر نقاط إشارة قابلة للتخصيص.

يوضح الشكل 8 التخطيطي الأعلى للمستشعر النشط مع مؤشرات العرض لعشر نقاط درجة حرارة. هذه الوظيفة الإضافية مريحة لأنه من الممكن تقدير قيمة درجة الحرارة بصريًا دون تحليل منفصل للإشارة الرقمية المولدة.

الاستنتاجات

في Instructable ، اقترحنا طريقة لتحويل الإشارة التناظرية لمستشعر درجة الحرارة إلى إشارة رقمية معدلة التردد باستخدام منتجات GreenPAK من Dialog. يسمح استخدام الثرمستورات مع GreenPAK بقياسات يمكن التنبؤ بها دون استخدام محولات تناظرية إلى رقمية باهظة الثمن ، وتجنب متطلبات قياس الإشارات التناظرية. GreenPAK هو الحل الأمثل لتطوير هذا النوع من أجهزة الاستشعار القابلة للتخصيص ، كما هو موضح في نماذج النماذج الأولية التي تم إنشاؤها واختبارها. يحتوي GreenPAK على عدد كبير من العناصر الوظيفية وكتل الدوائر اللازمة لتنفيذ حلول الدوائر المختلفة ، وهذا يقلل بشكل كبير من عدد المكونات الخارجية لدائرة التطبيق النهائية. يعد الاستهلاك المنخفض للطاقة وصغر حجم الرقاقة والتكلفة المنخفضة ميزة إضافية لاختيار GreenPAK كوحدة التحكم الرئيسية للعديد من تصميمات الدوائر.