Усны урсгалын тоолуурыг хэрхэн бүтээх вэ: 7 алхам

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

Шингэний урсгалын тоолуурыг нарийвчлалтай, жижиг, хямд зардлаар GreenPAK ™ бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашиглан хялбархан хийж болно. Энэхүү зааварт бид усны урсгалыг хэмжиж, 7 сегмент бүхий гурван дэлгэц дээр харуулдаг усны тоолуурыг танилцуулж байна. Урсгалын мэдрэгчийн хэмжих хүрээ минутанд 1-30 литр байна. Мэдрэгчийн гаралт нь усны урсгалын хурдтай пропорциональ давтамжтай дижитал ХОУХ -ны дохио юм.

Гурван GreenPAK програмчлагдах холимог дохионы матриц SLG46533 IC нь үндсэн хугацаанд импульсийн тоог тоолно. Энэ үндсэн хугацааг импульсийн тоо нь тухайн үеийн урсгалын хурдтай тэнцүү байхаар тооцоолсон болно. -сегментийн дэлгэц. Нарийвчлал нь 0.1 литр/мин.

Мэдрэгчийн гаралт нь бутархай тоог тоолох анхны холимог дохионы матрицын Шмитт триггертэй дижитал оролттой холбогдсон байна. Чипүүд нь холимог дохионы матрицын дижитал оролттой холбогдсон дижитал гаралтаар дамждаг. Төхөөрөмж бүр 7 сегментийн нийтлэг катодын дэлгэцтэй 7 гарцаар холбогддог.

GreenPAK програмчлагдах холимог дохионы матрицыг ашиглах нь микроконтроллер, салангид бүрэлдэхүүн хэсгүүд гэх мэт бусад олон шийдлээс илүү тохиромжтой байдаг. Микроконтроллертой харьцуулахад GreenPAK нь өртөг багатай, жижиг хэмжээтэй, програмчлахад хялбар байдаг. Салангид логик нэгдсэн хэлхээний дизайнтай харьцуулахад өртөг багатай, бүтээхэд хялбар, жижиг хэмжээтэй.

Энэхүү шийдлийг арилжааны хувьд ашигтай болгохын тулд систем нь аль болох бага байх ёстой бөгөөд ус, тоос, уур, бусад хүчин зүйлүүдэд тэсвэртэй байхын тулд ус нэвтэрдэггүй, хатуу бүрхүүлтэй байх ёстой бөгөөд ингэснээр янз бүрийн нөхцөлд ажиллах боломжтой болно.

Дизайныг шалгахын тулд энгийн ПХБ барьсан. GreenPAK төхөөрөмжүүдийг энэ ПХБ дээр 20 зүү хоёр эгнээ бүхий эмэгтэй толгой холбогч ашиглан залгасан болно.

Туршилтыг анх удаа Arduino -ийн үүсгэсэн импульс ашиглан хийж, хоёр дахь удаагаа гэрийн усны эх үүсвэрийн усны урсгалыг хэмжив. Систем 99%-ийн нарийвчлалыг харуулсан.

GreenPAK чип нь усны урсгалын тоолуурыг хянахын тулд хэрхэн програмчлагдсан болохыг ойлгохын тулд шаардлагатай бүх алхмуудыг олж мэдээрэй. Гэсэн хэдий ч хэрэв та програмчлалын үр дүнг авахыг хүсч байвал GreenPAK програмыг татаж аваад аль хэдийн дууссан GreenPAK дизайны файлыг үзнэ үү. GreenPAK Development Kit -ийг компьютер дээрээ залгаж, усны урсгалын тоолуурыг хянах тусгай IC -ийг бий болгохын тулд програмыг дарна уу. Хэрэв та хэлхээ хэрхэн ажилладагийг ойлгохыг хүсч байвал доор тайлбарласан алхмуудыг дагана уу.

Алхам 1: Системийн ерөнхий тайлбар

Шингэний урсгалын хурдыг хэмжих хамгийн түгээмэл аргуудын нэг нь салхины хурдыг анемометрээр хэмжих зарчимтай яг адил юм: салхины хурд нь анемометрийн эргэлтийн хурдтай пропорциональ байдаг. Энэ төрлийн урсгалын мэдрэгчийн гол хэсэг нь дугуйны дугуй хэлбэртэй бөгөөд хурд нь түүгээр дамжин өнгөрөх шингэний урсгалын хурдтай пропорциональ байдаг.

Бид 1-р зурагт үзүүлсэн URUK фирмийн усны урсгалын мэдрэгч YF-S201-ийг ашигласан. Энэхүү мэдрэгч дээр дугуйны дугуйнд суурилуулсан Hall Effect мэдрэгч нь эргэлт бүрт импульс гаргадаг. Гаралтын дохионы давтамжийг Формула 1 -д танилцуулсан бөгөөд Q нь литр/минут дахь усны урсгалын хурд юм.

Жишээлбэл, хэмжсэн урсгалын хурд 1 литр/минут байвал гаралтын дохионы давтамж 7.5 Гц байна. Урсгалын бодит утгыг минутанд 1.0 литр хэлбэрээр харуулахын тулд импульсийг 1.333 секундын хугацаанд тоолох ёстой. 1.0 литр/минутын жишээн дээр тоолсон үр дүн нь 10 байх бөгөөд үүнийг долоон сегментийн дэлгэц дээр 01.0 гэж харуулна. Энэ аппликешнд хоёр даалгаврыг тусгасан болно: эхнийх нь импульс тоолох, хоёр дахь нь тоолох даалгавар дуусахад тоог харуулах явдал юм. Даалгавар бүр 1.333 секунд үргэлжилдэг.

Алхам 2: GreenPAK дизайнерын хэрэгжилт

SLG46533 нь олон талт хосолсон функц бүхий макро эсүүдтэй бөгөөд тэдгээрийг хүснэгт, тоолуур эсвэл D-Flip-Flops гэж тохируулах боломжтой. Энэхүү модуляр байдал нь GreenPAK -ийг програмд тохиромжтой болгодог.

Хөтөлбөр нь 3 үе шаттай: үе шат (1) нь системийн 2 даалгаврыг хооронд нь солихын тулд үе үе дижитал дохио үүсгэдэг, үе шат (2) урсгалын мэдрэгчийн импульсийг тоолж, үе шат (3) нь бутархай тоог харуулдаг.

Алхам 3: Эхний үе шат: Тоолох/харуулах

1.333 секунд тутамд төлөвийг дээд ба доод хооронд өөрчилдөг "COUNT/DISP-OUT" дижитал гаралт шаардлагатай. Өндөр байх үед систем нь импульсийг тоолж, бага үед тоолсон үр дүнг харуулдаг. Үүнийг 2 -р зурагт үзүүлсэн шиг DFF0, CNT1 ба OSC0 утастай ашиглан хийж болно.

OSC0 давтамж нь 25 кГц байна. CNT1/DLY1/FSM1 нь тоолуур байдлаар тохируулагдсан бөгөөд түүний цагийн оролт CLK/4 -т холбогдсон тул CNT1 -ийн оролтын цагийн давтамж 6.25 кГц байна. Тэгшитгэл 1 -д үзүүлсэн шиг үргэлжлэх эхний цагийн хувьд CNT1 гаралт өндөр бөгөөд дараагийн цагны дохионы өсөлтийн ирмэгээс тоолуурын гаралт бага, CNT1 нь 8332 -оос буурч эхэлдэг. CNT1 өгөгдөл 0 хүрэхэд CNT1 гаралт дээрх шинэ импульс үүсгэсэн. CNT1 гаралтын өсч буй ирмэг бүрт DFF0 гаралт нь төлөвийг өөрчилдөг, хэрэв бага байвал өндөр рүү шилждэг.

DFF0 -ийн гаралтын туйлыг урвуу байдлаар тохируулах ёстой. CNT1 -ийг 8332 болгож тохируулсан, учир нь тоолох/харуулах хугацаа T нь тэгшитгэл 2 -т үзүүлсэнтэй тэнцүү байна.

Алхам 4: Хоёр дахь шат: Оролтын импульсийг тоолох

Зураг 4-т үзүүлсэн шиг 4 битийн тоолуурыг DFF3/4/5/6 ашиглан хийдэг. Энэхүү тоолуур нь ПИН 9 болох "COUNT/DISP-IN" өндөр байхад л импульс тус бүрт нэмэгддэг. AND хаалганы 2-L2 оролт нь "COUNT/DISP-IN" ба ХОУХ-ны оролт юм. Тоолуур 10 хүрэхэд эсвэл тоолох үе эхлэхэд дахин тохируулагдана. "RESET" сүлжээнд холбогдсон DFFs RESET тээглүүрүүд бага байх үед 4 битийн тоолуурыг дахин тохируулна.

4 битийн LUT2 нь тоолуурыг 10 хүрэхэд дахин тохируулахад ашиглагддаг. DFF гаралтууд нь урвуу тул тоонуудыг хоёртын дүрснийхээ бүх битүүдийг урвуулж тодорхойлдог: 0-ийг 1-ээр сольж, эсрэгээр. Энэхүү дүрслэлийг 1 -ийн хоёртын тооны нэмэлт гэж нэрлэдэг. 4 битийн LUT2 оролт IN0, IN1, IN2 ба IN3 нь тус бүр a0, a1, a2, a3, a3-тай холбогдсон байна. 4-LUT2-ийн үнэний хүснэгтийг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.

10 импульс бүртгэгдсэн үед 4-LUT0-ийн гаралт нь өндөрөөс доош руу шилждэг. Энэ үед нэг удаагийн горимд ажиллахаар тохируулагдсан CNT6/DLY6 гаралт 90 секундын турш хамгийн бага горимд шилжиж, дараа нь дахин асна. Үүний нэгэн адил, "COUNT/DISP-IN" нь багаас өндөр рүү шилжих үед өөрөөр хэлбэл. систем импульс тоолж эхэлдэг. Нэг удаагийн горимд ажиллахаар тохируулагдсан CNT5/DLY5 гаралт нь 90 секундын турш хэт бага шилжиж, дараа нь дахин асдаг. RESET товчлуурыг хэсэг хугацаанд бага түвшинд байлгаж, бүх DFF -ийг дахин тохируулах хугацаа өгөхийн тулд CNT5 ба CNT6 ашиглан дахин асаах нь маш чухал юм. ХОУХД -ийн дохионы хамгийн их давтамж нь 225 Гц тул 90 -ийн саатал нь системийн нарийвчлалд нөлөөлдөггүй. CNT5 ба CNT6 гаралтууд нь RESET дохиог гаргадаг AND хаалганы оролтуудтай холбогддог.

4-LUT2 гаралт нь "F/10-OUT" гэсэн шошготой 4-р Pin-тэй холбогдсон бөгөөд дараагийн чип тоолох үе шатны PWM оролттой холбогдоно. Жишээлбэл, бутархай тоолох төхөөрөмжийн "PWM-IN" нь мэдрэгчийн PWM гаралттай холбогдсон бол түүний "F/10-OUT" нь нэгж тоолох төхөөрөмж ба "PWM-IN" -тэй холбогдсон байна. Сүүлийнх нь F/10-OUT "нь хэдэн арван тоолох төхөөрөмжийн" PWM-IN "-тэй холбогдсон гэх мэт. Эдгээр бүх үе шатуудын "COUNT/DISP-IN" нь бутархай тоолох төхөөрөмжийн 3 төхөөрөмжийн аль нэгний "COUNT/DISP-OUT" -тай холбогдсон байх ёстой.

Зураг 5 нь 1.5 литр/минутын урсгалын хурдыг хэрхэн хэмжихийг харуулснаар энэ үе шат хэрхэн яаж явагдаж байгааг нарийвчлан тайлбарласан болно.

Алхам 5: Гурав дахь шат: Хэмжсэн утгыг харуулах

Энэ үе шат нь a0, a1, a2 ба a3 (урвуу) оролттой бөгөөд 7 сегментийн дэлгэцтэй холбогдсон зүү рүү гарна. Сегмент бүр нь боломжтой LUT -ээр хийх логик функцтэй байдаг. 4 битийн LUT нь ажлыг маш амархан хийдэг боловч харамсалтай нь зөвхөн 1 л байдаг. 4-битийн LUT0 нь G сегментэд ашиглагддаг боловч бусад сегментүүдэд 6-р зурагт үзүүлсэн шиг 3 битийн LUT-ийг ашигладаг. Хамгийн зүүн талын 3 битийн LUT нь оролтондоо холбогдсон a2/a1/a0, хамгийн баруун талд 3 битийн LUTs нь оролттойгоо холбогдсон а3 байна.

Хайлтын бүх хүснэгтийг Хүснэгт 2-т харуулсан 7 сегментийн декодерын үнэний хүснэгтээс гаргаж болно. Тэдгээрийг Хүснэгт 3, Хүснэгт 4, Хүснэгт 5, Хүснэгт 6, Хүснэгт 7, Хүснэгт 8, Хүснэгт 9-д үзүүлэв.

7 сегментийн дэлгэцийг хянадаг GPIO-ийн хяналтын тээглүүр нь "COUNT/DISP-IN" -г inverter-ээр "COUNT/DISP-IN" багатай үед гаралт болгон холбодог бөгөөд энэ нь зөвхөн дэлгэцийн ажлын явцад дэлгэцийг өөрчилдөг гэсэн үг юм. Тиймээс тоолох даалгаврыг гүйцэтгэх үед дэлгэцүүд унтарсан байх бөгөөд даалгаврыг харуулах явцад тоолсон импульсүүдийг харуулна.

7 сегментийн дэлгэцийн аль нэг хэсэгт аравтын бутархай заагч хэрэгтэй байж магадгүй юм. Энэ шалтгааны улмаас "DP-OUT" гэсэн шошготой PIN5 нь урвуу "COUNT/DISP" сүлжээнд холбогдсон бөгөөд бид холбогдох дэлгэцийн DP-тэй холбогддог. Манай програмд бид "xx.x" форматаар тоог харуулахын тулд нэгж тоолох төхөөрөмжийн аравтын бутархайг харуулах шаардлагатай бөгөөд дараа нь нэгж тоолох төхөөрөмжийн "DP-OUT" хэсгийг нэгжийн 7- оролтын DP оролтод холбох болно. сегментийн дэлгэц, бид бусдыг холболтгүй үлдээдэг.

Алхам 6: Тоног төхөөрөмжийн хэрэгжилт

Зураг 7 -д GreenPAK -ийн 3 чип болон холбогдох дэлгэцийн чип тус бүрийн холболтыг харуулсан болно. GreenPAK-ийн аравтын бутархай гаралт нь 7 сегментийн дэлгэцийн DP оролтыг холбож, урсгалын хурдыг зөв форматаар харуулах бөгөөд 0.1 литр / минутын нарийвчлалтай. LSB чипний ХОУХ -ны оролт нь усны урсгалын мэдрэгчийн ХОУХ -ны гаралттай холбогдсон байна. Хэлхээний F/10 гаралт нь дараах чипийн ХОУХ -ны оролттой холбогдсон байна. Илүү өндөр урсгалын хурд ба/эсвэл илүү нарийвчлалтай мэдрэгчүүдийн хувьд илүү олон тооны тоонуудыг нэмж оруулахын тулд илүү олон чипийг каскад хийж болно.

Алхам 7: Үр дүн

Системийг туршихын тулд бид 20 зүү хоёр эгнээний эмэгтэй толгойг ашиглан GreenPAK залгуурт залгах холбогчтой энгийн ПХБ-ийг бүтээсэн. Энэхүү ПХБ -ийн схем, схем, гэрэл зургийг Хавсралтад үзүүлэв.

Системийг эхлээд 225 Гц давтамжтай импульс үүсгэж, урсгалын хурд мэдрэгч болон усны эх үүсвэрийг дуурайдаг Arduino төхөөрөмжөөр туршиж үзсэн бөгөөд энэ нь тус бүр 30 литр/минут зарцуулалттай тэнцэнэ. Хэмжилтийн үр дүн минутанд 29.7 литр байсан бөгөөд алдаа нь ойролцоогоор 1 %байна.

Хоёр дахь туршилтыг усны урсгалын мэдрэгч болон гэрийн усны эх үүсвэрээр хийсэн. Янз бүрийн урсгалын хурдны хэмжилт 4.5 ба 12.4 байв.

Дүгнэлт

Энэхүү зааварчилгаа нь Dialog SLG46533 ашиглан жижиг, хямд, үнэн зөв урсгалын тоолуурыг хэрхэн бүтээхийг харуулсан болно. GreenPAK -ийн ачаар энэхүү загвар нь харьцуулж болохуйц шийдлүүдээс илүү жижиг, энгийн, бүтээхэд хялбар юм.

Манай систем нь 0.1 литр нарийвчлалтай 30 литр / минут хүртэлх урсгалын хурдыг хэмжих боломжтой боловч бид илүү их GreenPAK -ийг ашиглан урсгалын мэдрэгчээс хамаарч илүү өндөр нарийвчлалтай өндөр урсгалыг хэмжих боломжтой. Dialog GreenPAK-д суурилсан систем нь олон төрлийн турбины урсгалын тоолууртай ажиллах боломжтой.

Санал болгож буй шийдэл нь усны урсгалын хурдыг хэмжих зориулалттай байсан боловч үүнийг хийн урсгалын хурд мэдрэгч гэх мэт ХОУХ -ны дохио гаргадаг аливаа мэдрэгчтэй ашиглахаар тохируулж болно.