DIY temperatur til frekvensomformer: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Temperatursensorer er en av de viktigste typene fysiske sensorer, fordi mange forskjellige prosesser (også i hverdagen) reguleres av temperaturen. Dessuten tillater temperaturmåling indirekte bestemmelse av andre fysiske parametere, for eksempel stoffstrømningshastighet, væskenivå, etc. Vanligvis konverterer sensorer den målte fysiske verdien til et analogt signal, og temperatursensorer er intet unntak her. For behandling av CPU eller datamaskin må det analoge temperatursignalet konverteres til en digital form. For en slik konvertering brukes ofte dyre analog-til-digital-omformere (ADC).

Formålet med denne instruksjonsboken er å utvikle og presentere en forenklet teknikk for direkte konvertering av det analoge signalet fra en temperatursensor til et digitalt signal med proporsjonal frekvens ved bruk av GreenPAK ™. Deretter kan frekvensen til et digitalt signal som varierer avhengig av temperatur deretter lettere måles med en ganske høy nøyaktighet og deretter konverteres til de nødvendige måleenhetene. En slik direkte transformasjon er interessant i utgangspunktet ved at det ikke er behov for bruk av dyre analog-til-digitale omformere. Dessuten er digital signaloverføring mer pålitelig enn analog.

Nedenfor har vi beskrevet trinnene som trengs for å forstå hvordan GreenPAK -brikken er programmert til å lage temperatur til frekvensomformeren. Men hvis du bare vil få resultatet av programmeringen, kan du laste ned GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte GreenPAK -designfilen. Koble GreenPAK Development Kit til datamaskinen din og trykk på programmet for å lage den egendefinerte IC for temperatur til frekvensomformeren.

Trinn 1: Designanalyse

Ulike typer temperatursensorer og deres signalbehandlingskretser kan brukes avhengig av spesifikke krav, først og fremst i temperaturområde og nøyaktighet. De mest brukte er NTC -termistorer, som reduserer verdien av deres elektriske motstand med økende temperatur (se figur 1). De har en betydelig høyere temperaturmotstandskoeffisient sammenlignet med metallresistive sensorer (RTD), og de koster mye mindre. Den største ulempen med termistorer er deres ikke -lineære avhengighet av den karakteristiske "motstand mot temperatur". I vårt tilfelle spiller dette ikke en vesentlig rolle siden det under konvertering er en nøyaktig korrespondanse mellom frekvensen og termistormotstanden, og derfor temperaturen.

Figur 1 viser den grafiske avhengigheten av termistormotstand mot temperatur (som ble hentet fra produsentens datablad). For vårt design brukte vi to lignende NTC -termistorer med en typisk motstand på 10 kOhm ved 25 ° C.

Den grunnleggende ideen om den direkte transformasjonen av temperatursignalet til det digitale utgangssignalet med en proporsjonal frekvens er bruk av termistoren R1 sammen med kondensatoren C1 i frekvensinnstillingen R1C1-kretsen til generatoren, som en del av en klassisk ring oscillator som bruker tre “NAND” logiske elementer. Tidskonstanten på R1C1 avhenger av temperaturen, for når temperaturen endres, vil termistorens motstand endre seg tilsvarende.

Frekvensen til det digitale utgående signalet kan beregnes ved hjelp av Formel 1.

Trinn 2: Temperatur til frekvensomformere Basert på SLG46108V

Denne typen oscillator legger vanligvis til en motstand R2 for å begrense strømmen gjennom inngangsdiodene og redusere belastningen på inngangselementene i kretsen. Hvis motstandsverdien til R2 er mye mindre enn motstanden til R1, påvirker det faktisk ikke generasjonsfrekvensen.

Følgelig ble to varianter av temperatur til frekvensomformeren konstruert basert på GreenPAK SLG46108V (se figur 5). Søknadskretsen til disse sensorene er presentert i figur 3.

Designet, som vi allerede har sagt, er ganske enkelt, det er en kjede av tre NAND -elementer som danner en ringoscillator (se figur 4 og figur 2) med en digital inngang (PIN#3) og to digitale utganger (PIN #6 og PIN#8) for tilkobling til eksterne kretser.

Fotoplasser i figur 5 viser de aktive temperatursensorene (en mynt på en cent er for skala).

Trinn 3: Målinger

Det ble gjort målinger for å evaluere riktig funksjon av disse aktive temperatursensorene. Vår temperatursensor ble plassert i et kontrollert kammer, hvis temperatur inne kunne endres til en nøyaktighet på 0,5 ° С. Frekvensen til det digitale signalet ble registrert, og resultatene er presentert i figur 6.

Som det fremgår av plottet vist, faller frekvensmålingene (grønne og blå trekanter) nesten helt sammen med de teoretiske verdiene (svarte og røde linjer) i henhold til formel 1 gitt ovenfor. Følgelig fungerer denne metoden for å konvertere temperatur til frekvens riktig.

Trinn 4: Tredje aktive temperatursensor basert på SLG46620V

Også en tredje aktiv temperatursensor ble bygget (se figur 7) for å demonstrere muligheten for enkel behandling med synlig temperaturindikasjon. Ved å bruke GreenPAK SLG46620V, som inneholder 10 forsinkelseselementer, har vi bygget ti frekvensdetektorer (se figur 9), som hver er konfigurert til å oppdage et signal med en bestemt frekvens. På denne måten konstruerte vi et enkelt termometer med ti tilpassbare indikasjonspunkter.

Figur 8 viser skjematisk toppnivå for den aktive sensoren med indikatorer for ti temperaturpunkter. Denne tilleggsfunksjonen er praktisk fordi det er mulig å visuelt estimere temperaturverdien uten å analysere det genererte digitale signalet separat.

Konklusjoner

I denne instruksjonsboken foreslo vi en metode for å konvertere et temperatursensors analoge signal til et frekvensmodulert digitalt signal ved bruk av GreenPAK -produkter fra Dialog. Bruken av termistorer i forbindelse med GreenPAK tillater forutsigbare målinger uten bruk av dyre analog-til-digitale omformere, og man unngår kravet om å måle de analoge signalene. GreenPAK er den ideelle løsningen for utviklingen av denne typen tilpassbare sensorer, som vist i prototypeksemplene som er konstruert og testet. GreenPAK inneholder et stort antall funksjonelle elementer og kretsblokker som er nødvendige for implementering av forskjellige kretsløsninger, og dette reduserer antallet eksterne komponenter i den siste applikasjonskretsen kraftig. Lavt strømforbruk, liten chipstørrelse og lave kostnader er en ekstra bonus for å velge GreenPAK som hovedkontroller for mange kretsdesigner.