Өндөр нарийвчлалтай температур хянагч: 6 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Шинжлэх ухаан, инженерчлэлийн ертөнцөд температурыг (термодинамик дахь атомын хөдөлгөөн) хянах нь эсийн биологиос эхлээд хатуу түлшний пуужингийн хөдөлгүүр, түлхэлт хүртэл бараг хаа сайгүй авч үзэх ёстой үндсэн параметрүүдийн нэг юм. Компьютер дээр, үндсэндээ дурдахаа мартсан хаа сайгүй. Энэ хэрэгслийн санаа нь маш энгийн байсан. Програм хангамжийг хөгжүүлэх явцад надад дээр дурдсантай холбоотой ямар нэгэн доголдол үүсгэхгүйн тулд техникчдийн гараар бүтээсэн бүтээгдэхүүний оронд алдааг шалгах програм хангамжийг туршиж үзэх боломжтой туршилтын тохиргоо хэрэгтэй байсан. Эдгээр хэрэгслүүд нь ихэвчлэн халдаг тул багажийн бүх хэсгийг ажиллуулахын тулд температурыг тогтмол, нарийвчлалтай хянах шаардлагатай байдаг. NTC термисторыг ашиглан даалгаврыг шийдвэрлэх нь хэд хэдэн давуу талтай. NTC (сөрөг температурын коэффициент) нь температураас хамаарч эсэргүүцлийг өөрчилдөг тусгай термисторууд юм. Эдгээр ГССҮТ-ууд "Гүний тэнгисийн судалгаа 1968 боть 15, хуудас 497-503 Пергамон Пресс" нийтлэлд дурдсанчлан Стэнели Харт, Жон Стейнхарт нарын нээсэн шалгалт тохируулгын аргыг хослуулсан нь миний хувьд хамгийн сайн шийдэл юм. Энэхүү нийтлэлд ийм төрлийн төхөөрөмж ашиглан температурыг хэмжих өргөн хүрээний (хэдэн зуун Келвин …) аргуудын талаар ярилцсан болно. Миний ойлгосноор инженерийн мэдлэгтэй, систем/мэдрэгч нь энгийн байх тусмаа сайн. Зөвхөн нарийн төвөгтэй байдлаасаа шалтгаалан температурыг хэмжих явцад асуудал үүсгэж болох километрийн гүнд хэт нарийн төвөгтэй зүйлийг усан дор байлгахыг хэн ч хүсдэггүй. Үүнтэй ижил үйл ажиллагаа явуулах мэдрэгч байгаа гэдэгт би эргэлзэж байна, магадгүй термопар нь ажиллах болно, гэхдээ энэ нь зарим хэлхээний дэмжлэг шаарддаг бөгөөд энэ нь маш нарийвчлалтай тохиолдолд зориулагдсан болно. Хэд хэдэн бэрхшээлтэй хөргөлтийн системийн дизайнд эдгээр хоёрыг ашиглацгаая. Тэдгээрийн зарим нь: дуу чимээний түвшин, бодит цагийн үнэ цэнийг үр дүнтэй түүвэрлэх, магадгүй дээр дурдсан бүх зүйлийг засварлах, засварлахад хялбар болгох үүднээс энгийн бөгөөд хялбар багцад оруулсан нэгжийн зардал юм. Програмыг бичих явцад тохиргоо улам бүр сайжирч, сайжирсан. Хэзээ нэгэн цагт энэ нь нарийн төвөгтэй байдлаасаа болж бие даасан хэрэгсэл болж магадгүй гэдгийг би ойлгосон.

Алхам 1: Температурын шалгалт тохируулга Steinhart-Hart

Википедиад шаардлагатай температур, термисторын хүрээнээс хамааран термисторын коэффициентийг тооцоолоход туслах сайхан нийтлэл бий. Ихэнх тохиолдолд коэффициентүүд нь маш бага хэмжээтэй бөгөөд хялбаршуулсан хэлбэрээр тэгшитгэлд үл тоомсорлож болно.

Стейнхарт -Харт тэгшитгэл нь хагас дамжуулагчийн янз бүрийн температурт эсэргүүцэх загвар юм. Тэгшитгэл нь:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { displaystyle {1 / over T} = A + B / ln (R) + C [ln (R)]^{ 3}}

хаана:

T { displaystyle T} бол температур (Келвин хэлээр) Steinhart -Hart коэффициент нь термисторын төрөл, загвар, сонирхлын температурын хязгаараас хамаарч өөр өөр байдаг. (Хэрэглэсэн тэгшитгэлийн хамгийн ерөнхий хэлбэр нь [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}} агуулдаг

нэр томъёо, гэхдээ энэ нь ихэвчлэн бусад коэффициентүүдээс хамаагүй бага байдаг тул үүнийг ихэвчлэн үл тоомсорлодог.

Тэгшитгэлийг хөгжүүлэгчид:

Энэхүү тэгшитгэлийг 1968 онд харилцаагаа анх нийтэлсэн Жон С. Стайнхарт, Стэнли Р. Харт нарын нэрээр нэрлэсэн болно. [1] Профессор Стейнхарт (1929–2003), Америкийн геофизикийн холбоо, Америкийн Шинжлэх Ухааны Холбооны гишүүн, 1969-1991 онд Висконсин -Мэдисоны Их Сургуулийн факультетийн гишүүн байжээ. [2] Доктор Харт, 1989 оноос хойш Woods Hole далай тэнгисийн хүрээлэнгийн ахлах эрдэмтэн, Америкийн геологийн нийгэмлэг, Америкийн геофизикийн холбоо, геохимийн нийгэмлэг, Европын геохимийн холбооны гишүүн [3] нь Карнегийн институтэд профессор Стейнхарттай холбоотой байжээ. тэгшитгэлийг боловсруулж байх үед Вашингтоны.

Ашигласан материал:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Термисторын шалгалт тохируулгын муруй, Гүний тэнгисийн судалгаа ба далай тэнгисийн хийсвэр, 15-р боть, Дугаар 4, 1968 оны 8-р сар, 497-503 хуудас, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн багш профессор Жон С. Стайнхарт нас барсан тухай дурсгалын тогтоол" (PDF). Висконсины их сургууль. 2004 оны 4 -р сарын 5. Эх хувилбараас (PDF) 2010 оны 6 -р сарын 10 -нд архивлагдсан. 2015 оны 7 -р сарын 2 -нд авсан.

"Доктор Стэн Харт." Woods Hole далайн судлалын хүрээлэн. 2015 оны 7 -р сарын 2 -нд авсан.

Алхам 2: Ассембли: Материал ба арга

Барилга барьж эхлэхийн тулд бид Монголбанк ака (Материалын тухай хуулийн төсөл) -тэй зөвлөлдөж, ямар эд ангиудыг ашиглахаар төлөвлөж байгаагаа харах хэрэгтэй. Монголбанкнаас гадна гагнуурын төмөр, хэд хэдэн түлхүүр, халив, халуун цавуутай буу хэрэгтэй болно. Би тав тухтай байлгах үүднээс хажууд чинь байгаа электроникийн лабораторийн үндсэн хэрэгслүүдийг санал болгож байна.

1. Прототип хийх самбар-1
2. Hitachi LCD дэлгэц-1
3. Дундаж худаг 240В >> 5 вольтын цахилгаан хангамж-1
4. Улаан LED-3
5. Цэнхэр LED-3
6. Ногоон LED-1
7. Шар LED-1
8. OMRON реле (DPDT эсвэл үүнтэй төстэй 5 вольт) -3
9. 5KOhm-1 потенциометр
10. Резистор (470 Ом)-хэд хэдэн
11. BC58 Транзистор-3
12. Диод-3
13. Бага уналтын хүчдэлийн зохицуулагч-3
14. SMD LED (ногоон, улаан) -6
15. MSP-430 микропроцессор (Ti 2553 эсвэл 2452) -2
16. Механик унтраалга тоормослохоос өмнө хийх (240V 60Hz) -1
17. Ротари-кодлогч-1
18. Ritchco хуванцар эзэмшигч-2
19. MSP -430 микропроцессор -4 -ийн DIP залгуурууд
20. Хананы залгуурт цахилгаан хангамжийн кабель-1
21. Холбогч утас (янз бүрийн өнгө) - маш их
22. NTC Probe гэж нэрлэгддэг термистор 4k7 утга, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (заавал биш)
24. Хөргөх сэнс (заавал биш) ямар нэг зүйлийг хөргөх шаардлагатай бол (1-3) (заавал биш)
25. Цэвэр Хөнгөн цагаан радиатор, 5 цооног бүхий NTC Probes-1-ийг өрөмдсөн
26. Өрөмдсөн цооног бүхий хуванцар хавтан - 2
27. Тээвэрлэгч угсрах самар, боолт, зарим эрэг-20 (нэг ширхэг)
28. ПХБ-ын утас preff_board холбох залгуур 2-утастай хувилбар дотор шураг-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (заавал биш), хоёрдахь урд талын дэлгэц-1 болж үйлчилдэг.

Энэ бол маш их хэмжээний материалын тооцоо гэдгийг би сайн мэдэж байгаа бөгөөд тодорхой хэмжээний мөнгө шаардагдах болно. Миний хувьд би бүх зүйлийг ажил олгогчоороо дамжуулан авдаг. Гэхдээ хэрэв та хямд үнээр хадгалахыг хүсч байвал нэмэлт хэсгүүдийг анхаарч үзэх ёсгүй. Бусад бүх зүйлийг Farnell14, DigiKey болон/эсвэл орон нутгийн электроникийн төрөлжсөн дэлгүүрүүдээс авахад хялбар байдаг.

Би MSP-430 микропроцессорын шугамыг тойруулан хэвтүүлэхээр шийдсэн. Хэдийгээр "AVRs" RISC MCU -ийг хялбархан сонгох боломжтой. Pico-Power технологитой ATmega168 эсвэл ATmega644 гэх мэт. Бусад AVR микропроцессор энэ ажлыг хийх болно. Би бол Атмел AVR -ийн том "фанат" юм. Хэрэв та техникийн мэдлэгтэй, сайхан угсралт хийх хүсэлтэй байгаа бол Arduino хавтанг бүү ашиглаарай, хэрэв та бие даасан AVR програмчлах чадвартай бол энэ нь хамаагүй дээр байх болно. CPU болон төхөөрөмжид оруулна уу.

Алхам 3: Ассемблей: Гагнах, үе шаттайгаар бүтээх

Хамгийн жижиг хэсгүүдээс гагнуур хийх ажлыг эхлүүлэх нь сайн эхлэл юм. Smd бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон утаснуудаас эхэлье. Power-Bus-ийг эхлээд миний урд самбар дээр хийсэн шиг гагнаж, дараа нь самбар дээрх бүх хэсгүүд Power-Bus руу дахин чиглүүлэлт, хүндрэлгүйгээр хялбархан нэвтрэх боломжийг олго. Би самбарыг бүхэлд нь ашиглаж байсан бөгөөд энэ нь үнэхээр галзуу харагдаж байна, гэхдээ прототип ажиллаж эхэлмэгц зохих ПХБ -ийг зохион бүтээх боломжтой болно.

• SMD эд ангиудыг гагнах (MSP-430 MCU-ийн тэжээлийн заалтын хувьд, Vcc ба GND хооронд)
• гагнуурын цахилгаан автобус ба утас (MSP-430-д тэжээл өгөх замаар)
• бүх төрлийн DIL залгуурыг гагнах (MSP-430 x 2 IC-ийг залгахын тулд
• тохирох дэмжлэг бүхий бага уналттай хүчдэлийн зохицуулагчийг гагнах (конденсатор, тэжээлийн хувьд 5 >> 3.3 вольтын уналт)
• гагнуурын транзистор, реле ба MCU -тай харилцах резистор ба диод.
• LCD дэлгэцийн гэрэлтүүлгийг хянах 10k Ом потенциометрийг гагнах.
• релений хажууд байгаа LED-ийг гагнах, улаан/цэнхэр гэсэн хоёр төлөвтэй заагч (цэнхэр = асаалттай, улаан = унтраалттай).
• Дундаж худгийн 240Volts >> 5 вольтын цахилгаан хангамжийн нэгжийг холбогчтой хамт гагнах.
• Цахилгаан тэжээлийн хажууд цэнхэр механик унтраалгыг гагнах.

Үлдсэн бүх зүйлийг гагнана. Би цаг хугацаа дутагдсаны улмаас төхөөрөмжөөс зохих схем бүтээгээгүй, гэхдээ электроникийн хувьд маш энгийн. Гагнуурын ажил дууссаны дараа цахилгаан шугамыг богиносгохоос зайлсхийхийн тулд бүх зүйлийг сайтар шалгаж үзэх шаардлагатай.

Одоо тээвэрлэгчийн бүтцийг угсрах цаг болжээ. Зураг дээрх шиг би урт боолттой, самар угаагчтай байхын тулд М3 хэмжээтэй цооног өрөмдсөн 2 ширхэг хуванцар хавтанг ашигласан (хавтан бүрт 4 удаа), зайны боолт, угаагч нь ийм холболтод тохиромжтой. Ногоон хавтанг хооронд нь наалдуулахын тулд хоёр талаас нь чангалах хэрэгтэй.

Урд талын угаагчийг урд угаагчийн хооронд оруулах ёстой бөгөөд энэ нь урд угаагч нь том диаметртэй (5 мм хүртэл) байх ёстой бөгөөд ингэснээр та урд хавтанг хооронд нь оруулж, дараа нь чангалж болно. Хэрэв зөв хийсэн бол самбар нь 90 градусын өнцөгт байх болно. Үүнийг байрлуулах өөр нэг сонголт бол хуванцар эд ангиудыг боолттой холбоход туслах 90 градусын өнцгөөр холбосон Ritcho хуванцар ПХБ эзэмшигчийг ашиглах явдал юм. Энэ үед та өмнөх самбарыг залгах/залгах боломжтой байх ёстой.

Самбарыг суулгасны дараа LCD (16x2) дэлгэц гарч ирэх бөгөөд суулгах ёстой. Би GPIO-г хадгалахын тулд 4 битийн горимд ашигладаг. ^_ ^)))))). 4 битийн горимыг ашиглана уу, эс тэгвээс танд төслийг дуусгахад хангалттай GPIO байхгүй болно. Арын гэрэл, Vcc ба Gnd нь цахилгаан потенциометрээр гагнагддаг. Мэдээллийн автобусны кабелийг MSP-430 микроконтроллер руу шууд гагнах ёстой. Зөвхөн дижитал GPIO ашиглана уу. NTC -ийн хувьд бидэнд хэрэгтэй аналог GPIO. 5 x NTC төхөөрөмж байдаг тул тэнд нягт байна.

Алхам 4: Ассемблей болон асаах ажиллагааг дуусгах

Радиатор дээр датчик/NTC -ийг 5 x ширхэг суулгахын тулд өрөмдлөг хийх ёстой. Өрөмдсөн нүхний диаметр, гүнийг зураг болгон нэмсэн NTC -ийн мэдээллийн хуудсыг үзнэ үү. Үүний дараа өрөмдсөн цооногийг NTC -ийн M3 хэмжээтэй толгойг хүлээн авахын тулд багажаар тохируулах шаардлагатай болно. 5 x NTC -ийг ашиглах нь техник хангамжийн дундаж ба тэгшлэх хэлбэр юм. MSP-430 нь 8 битийн нягтралтай ADC-тэй тул 5 х мэдрэгчтэй байх нь үр дүнг дундажлахад хялбар байх болно. Бид Ghz CPU -ийг энд хаядаггүй тул бидний суулгасан ертөнцөд CPU цаг бүр чухал байдаг. Хоёрдогч дундажийг Firmware дээр хийх болно. NTC бүр хөлтэй байх ёстой бөгөөд ADC-ээр дамжуулан өгөгдлийг уншихын тулд R (NTC)+R (def) -ээс бүрдэх хүчдэл хуваагч үүсгэх ёстой. ADC порт нь эдгээр хоёрын төв хэсэгт бэхлэгдсэн байх ёстой. R (def) нь хоёр дахь эсэргүүцэл бөгөөд тогтмол утга нь 0.1 % ба түүнээс дээш байх ёстой бөгөөд ихэвчлэн R (NTC) -тэй байдаг. Сонголтоор та дохиог нэмэгдүүлэхийн тулд OP-Amp нэмж болно. NTC prpbes -ийг холбохын тулд энэ хэсгийн зургийг үзнэ үү.

Гагнуурыг хийж дуусаад дараагийн алхам бол MSP-430 микроконтроллерийг DIL залгуурт суулгах явдал юм. Гэхдээ өмнө нь тэдгээрийг програмчлах хэрэгтэй. Энэ үе шатанд төхөөрөмжийг туршихын тулд (микроконтроллергүй) асаах боломжтой. Хэрэв бүх зүйл зөв угсарсан бол төхөөрөмжийг асааж, реле нь улаан LED-ээр тэмдэглэгдсэн байх ёстой бөгөөд фенүүд асаалттай байх ёстой, гэхдээ ямар ч мэдээлэл байхгүй, зөвхөн цэнхэр арын гэрэл.

Алхам 5: Хэрэглэгчийн оролт, Ротари-кодлогч ба Capacitive-Touch Booster-Pack

Төхөөрөмжид өгөгдөл оруулах боломжтой оролтын төхөөрөмжтэй байх нь үргэлж сайхан байдаг. Байнгын соронзтой соронзон бариул нь энд тохиромжтой сонголт юм. Түүний даалгавар бол радиаторын блок дээр суурилуулсан фенүүдийн температурын босгыг оруулах явдал юм. Энэ нь хэрэглэгчдэд тасалдлын тусламжтайгаар температурын шинэ босгыг оруулах боломжийг олгодог. Зүүн эсвэл баруун тийш эргүүлснээр (20-100 ° C) хязгаарт утгыг нэмэх эсвэл хасах боломжтой. Хамгийн бага утгыг өрөөний орчны температураар тодорхойлно.

Энэхүү бариул нь дижитал дохиог микроконтроллер руу дамжуулдаг жижиг хэлхээтэй. Өндөр/бага логикийг GPIO оролтын хувьд тайлбарладаг.

Хоёрдахь оролтын төхөөрөмж бол Ti-ийн багтаамжтай мэдрэгчтэй өргөлтийн багц юм. Booster-pack-ийг бас ашиглах боломжтой боловч зорилтот MCU дээр GPIO байхгүйгээс болж хоёуланг нь ашиглах боломжгүй юм. Booster багц нь олон GPIO руу шилждэг.

Миний бодлоор, Knob нь Booster-Pack-ээс илүү дээр юм. Гэхдээ сонголт хийх нь сайн хэрэг. Хэрэв Booster багцыг авахыг хүсвэл Ti -аас ашиглахад бэлэн номын сан байдаг. Би энд энэ талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл өгөхгүй байна.

Алхам 6: Дүгнэлт: Хүрээлэн буй орчны температурын хэмжилт ба нэмэлт санаанууд

MCU-ийг суулгасны дараа энэ нь тантай мэндчилж, хэмжилтийг үргэлжлүүлнэ. Програм хангамж нь эхлээд фенүүдээ унтраасан байдалд байлгадаг. 5 x NTC датчик дээр хэд хэдэн хэмжилтийг эхлүүлж, дараа нь нэг үнэмлэхүй утга болгон нэгтгэнэ. Дараа нь энэ утга ба харьцуулалт (хэрэглэгчийн өгөгдөл) босго дээр DPDT релейнд холбогдсон фенүүд (эсвэл хүссэн төхөөрөмжүүд, бусад зүйлүүд) -ийг асааж, унтраана. Та эдгээр 3 х реле дээр унтрааж, унтраах шаардлагатай бүх зүйлийг хавсаргаж болно гэж бодоорой. Реле нь 16 ампер гүйдэл дамжуулах чадвартай боловч ийм гаралт дээр ийм хүнд ачааг ашиглаж эхлэх нь тийм ч сайн санаа гэж бодохгүй байна.

Энэ "зүйл" (^_^) …….. хэхэ хэн нэгэнд хэрэг болно гэж найдаж байна. Дэлхийн үүрний оюун санаанд оруулсан миний хувь нэмэр ^^).

Хэн нэгэн үүнийг бүтээхийг оролдох болно гэж би гайхаж байна. Гэхдээ хэрэв тийм бол би бүх зүйлд баяртайгаар туслах болно. Би CCS болон Energia дээр програм хангамжтай. Залуус танд хэрэгтэй бол надад хэлээрэй. Мөн надад асуулт, санал хүсэлтээ бичээрэй. "Нарлаг" Германаас мэндчилж байна.