تبدیل دما به فرکانس DIY: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

سنسورهای دما یکی از مهمترین انواع حسگرهای فیزیکی هستند ، زیرا بسیاری از فرایندهای مختلف (در زندگی روزمره نیز) توسط دما تنظیم می شوند. علاوه بر این ، اندازه گیری دما امکان تعیین غیر مستقیم سایر پارامترهای فیزیکی مانند سرعت جریان ماده ، سطح سیال و غیره را فراهم می کند. به طور معمول ، سنسورها مقدار فیزیکی اندازه گیری شده را به سیگنال آنالوگ تبدیل می کنند و سنسورهای دما نیز در اینجا مستثنی نیستند. برای پردازش توسط CPU یا رایانه ، سیگنال دمای آنالوگ باید به شکل دیجیتال تبدیل شود. برای چنین تبدیل معمولاً از مبدلهای گران قیمت آنالوگ به دیجیتال (ADC) استفاده می شود.

هدف از این دستورالعمل توسعه و ارائه یک روش ساده برای تبدیل مستقیم سیگنال آنالوگ از حسگر دما به سیگنال دیجیتال با فرکانس متناسب با استفاده از GreenPAK است. پس از آن ، فرکانس سیگنال دیجیتالی که بسته به دما تغییر می کند ، می تواند به راحتی با دقت نسبتاً بالایی اندازه گیری شود و سپس به واحدهای اندازه گیری مورد نیاز تبدیل شود. چنین تغییر مستقیمی در وهله اول به این دلیل جالب است که نیازی به استفاده از مبدلهای گران قیمت آنالوگ به دیجیتال نیست. همچنین ، انتقال سیگنال دیجیتال نسبت به آنالوگ قابل اطمینان تر است.

در زیر مراحل مورد نیاز برای درک نحوه برنامه ریزی تراشه GreenPAK برای ایجاد مبدل دما به فرکانس را شرح دادیم. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به رایانه خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا IC سفارشی برای مبدل دما به فرکانس ایجاد شود.

مرحله 1: تجزیه و تحلیل طراحی

انواع مختلف سنسورهای دما و مدارهای پردازش سیگنال آنها بسته به نیازهای خاص ، در درجه اول در محدوده دما و دقت ، قابل استفاده است. پرکاربردترین آنها ترمیستورهای NTC هستند که با افزایش دما مقدار مقاومت الکتریکی آنها را کاهش می دهند (شکل 1 را ببینید). آنها نسبت به سنسورهای مقاومتی فلزی (RTD) ضریب دمای مقاومت بسیار بالاتری دارند و هزینه آنها بسیار کمتر است. عیب اصلی ترمیستورها وابستگی غیر خطی آنها به ویژگی "مقاومت در برابر دما" است. در مورد ما ، این نقش مهمی را ایفا نمی کند زیرا در طول تبدیل ، تناسب دقیق فرکانس با مقاومت ترمیستور و در نتیجه دما وجود دارد.

شکل 1 وابستگی گرافیکی مقاومت ترمیستور در برابر دما را نشان می دهد (که از برگه های داده سازنده گرفته شده است). برای طراحی ما ، از دو ترمیستور NTC مشابه با مقاومت معمولی 10 کیلو اهم در 25 درجه سانتی گراد استفاده کردیم.

ایده اصلی تبدیل مستقیم سیگنال دما به سیگنال دیجیتال خروجی با فرکانس متناسب ، استفاده از ترمیستور R1 به همراه خازن C1 در مدار R1C1 تنظیم کننده فرکانس ژنراتور ، به عنوان بخشی از حلقه کلاسیک است. نوسان ساز با استفاده از سه عنصر منطقی "NAND". ثابت زمان R1C1 بستگی به دما دارد ، زیرا وقتی دما تغییر می کند ، مقاومت ترمیستور نیز مطابق آن تغییر می کند.

فرکانس سیگنال دیجیتال خروجی را می توان با استفاده از فرمول 1 محاسبه کرد.

مرحله 2: مبدلهای دما به فرکانس بر اساس SLG46108V

این نوع نوسان ساز معمولاً یک مقاومت R2 اضافه می کند تا جریان را از طریق دیودهای ورودی محدود کرده و بار عناصر ورودی مدار را کاهش دهد. اگر مقدار مقاومت R2 بسیار کمتر از مقاومت R1 باشد ، در واقع بر فرکانس تولید تأثیر نمی گذارد.

در نتیجه ، بر اساس GreenPAK SLG46108V ، دو نوع مبدل دما به فرکانس ساخته شد (شکل 5 را ببینید). مدار کاربردی این سنسورها در شکل 3 نشان داده شده است.

طراحی ، همانطور که قبلاً گفتیم ، بسیار ساده است ، زنجیره ای از سه عنصر NAND است که یک نوسان ساز حلقه (شکل 4 و شکل 2 را ببینید) با یک ورودی دیجیتال (PIN#3) و دو خروجی دیجیتال (PIN) تشکیل می دهد. شماره 6 و پین شماره 8) برای اتصال به مدارهای خارجی.

مکانهای عکس در شکل 5 سنسورهای دمای فعال را نشان می دهد (یک سکه یک سانتی برای مقیاس است).

مرحله 3: اندازه گیری

اندازه گیری هایی برای ارزیابی عملکرد صحیح این سنسورهای دمای فعال انجام شد. سنسور دمای ما در یک محفظه کنترل شده قرار داده شد ، دمای داخل آن را می توان با دقت 0.5 درجه سانتی گراد تغییر داد. فرکانس سیگنال دیجیتال خروجی ثبت شد و نتایج در شکل 6 ارائه شده است.

همانطور که از نمودار نشان داده شده است ، اندازه گیری فرکانس (مثلث سبز و آبی) مطابق فرمول 1 که در بالا ذکر شد تقریباً کاملاً با مقادیر نظری (خطوط سیاه و قرمز) مطابقت دارد. در نتیجه ، این روش تبدیل دما به فرکانس به درستی کار می کند.

مرحله 4: سومین سنسور دمای فعال بر اساس SLG46620V

همچنین ، سومین سنسور دمای فعال ساخته شد (شکل 7 را ببینید) تا امکان پردازش ساده با نشان دادن درجه حرارت قابل مشاهده را نشان دهد. با استفاده از GreenPAK SLG46620V ، که شامل 10 عنصر تأخیر است ، ما ده آشکارساز فرکانس ساخته ایم (شکل 9 را ببینید) که هر یک برای تشخیص سیگنال یک فرکانس خاص پیکربندی شده است. به این ترتیب ، ما یک دماسنج ساده با ده نقطه قابل تنظیم نشان دادیم.

شکل 8 شماتیک سطح بالای سنسور فعال با نشانگرهای نمایش ده نقطه دما را نشان می دهد. این عملکرد اضافی مناسب است زیرا می توان بدون تجزیه و تحلیل جداگانه سیگنال دیجیتال ، مقدار دما را بصورت بصری برآورد کرد.

نتیجه گیری

در این دستورالعمل ، ما روشی را برای تبدیل سیگنال آنالوگ حسگر دما به سیگنال دیجیتال تعدیل شده با فرکانس با استفاده از محصولات GreenPAK از Dialog پیشنهاد کردیم. استفاده از ترمیستورها در ارتباط با GreenPAK امکان اندازه گیری قابل پیش بینی بدون استفاده از مبدلهای گران قیمت آنالوگ به دیجیتال و اجتناب از الزام اندازه گیری سیگنالهای آنالوگ را فراهم می آورد. GreenPAK راه حل ایده آل برای توسعه این نوع حسگرهای قابل تنظیم است ، همانطور که در نمونه های اولیه ساخته شده و آزمایش شده نشان داده شده است. GreenPAK شامل تعداد زیادی عناصر عملکردی و بلوک های مدار است که برای اجرای راه حل های مختلف مدار لازم است و این امر تعداد اجزای خارجی مدار نهایی برنامه کاربردی را تا حد زیادی کاهش می دهد. مصرف برق کم ، اندازه تراشه کوچک و هزینه کم یک امتیاز اضافی برای انتخاب GreenPAK به عنوان کنترل کننده اصلی بسیاری از طرح های مدار است.