کنترل کننده دما با دقت بالا: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

در علوم و مهندسی ، ردیابی دما (حرکت اتم ها در ترمودینامیک) یکی از پارامترهای اساسی فیزیکی است که تقریباً باید در همه جا مورد توجه قرار گیرد ، از بیولوژی سلول گرفته تا موتورهای موشکی با سوخت سخت و نیروی محرکه. در رایانه ها و اساساً در همه جا که فراموش کرده ام ذکر کنم. ایده پشت این ساز بسیار ساده بود. در حین توسعه سیستم عامل ، من نیاز به راه اندازی آزمایشی داشتم تا بتوانم سیستم عامل را برای اشکالات به جای محصولات ما آزمایش کنم ، که توسط تکنسین ها ساخته شده است و باعث ایجاد هرگونه اختلال در موارد ذکر شده نمی شود. این ابزارها داغ می شوند و بنابراین نظارت دائمی و دقیق دما به منظور فعال نگه داشتن تمام قسمت های دستگاه مورد نیاز است و عملکرد فوق العاده کم اهمیتی ندارد. استفاده از ترمیستورهای NTC برای حل مشکل مزایای متعددی دارد. NTC (ضریب دمای منفی) ترمیستورهای خاصی هستند که مقاومت را بسته به دما تغییر می دهند. آن NTC ها همراه با روش کالیبراسیون کشف شده توسط استنلی هارت و جان اشتاین هارت که در مقاله "Deep-Sea Research 1968 vol.15، pp 497-503 Pergamon Press" بهترین راه حل در مورد من است. این مقاله روش های اندازه گیری دما با دامنه وسیع (صدها کلوین…) را با آن نوع دستگاه ها مورد بحث قرار می دهد. به نظر من ، از یک زمینه مهندسی ، هرچه سیستم/سنسور ساده تر باشد ، بهتر است. هیچ کس نمی خواهد چیزی فوق العاده پیچیده در زیر آب داشته باشد ، در عمق کیلومتری که می تواند هنگام اندازه گیری دما در آنجا تنها به دلیل پیچیدگی آنها مشکل ایجاد کند. من شک ندارم که سنسور عملکرد مشابهی داشته باشد ، شاید ترموکوپل کار کند ، اما به مدارهای پشتیبانی نیاز دارد و برای موارد بسیار دقیق است. بنابراین اجازه دهید از این دو برای طراحی سیستم خنک کننده که چندین چالش دارد استفاده کنیم. برخی از آنها عبارتند از: سطح سر و صدا ، نمونه برداری موثر از ارزش زمان واقعی و احتمالاً همه موارد ذکر شده در یک بسته ساده و مفید برای سهولت تعمیر و نگهداری ، هزینه های هر واحد. در حین نوشتن سیستم عامل ، تنظیمات بیشتر و بیشتر اصلاح و بهبود یافت. در مقطعی متوجه شدم که به دلیل پیچیدگی ممکن است به یک ابزار مستقل تبدیل شود.

مرحله 1: کالیبراسیون دما توسط Steinhart-Hart

مقاله خوبی در ویکی پدیا وجود دارد که به محاسبه ضرایب ترمیستور بسته به دمای مورد نیاز و محدوده ترمیستور کمک می کند. در بیشتر موارد ضرایب بسیار کوچک هستند و می توان در معادله در شکل ساده آن نادیده گرفت.

معادله اشتاین هارت - هارت مدلی از مقاومت یک نیمه هادی در دماهای مختلف است. معادله این است:

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

جایی که:

T { displaystyle T} دما (در کلوین) R { displaystyle R} مقاومت در T (در اهم) A { displaystyle A} ، B { displaystyle B} ، و C { displaystyle C} هستند ضرایب اشتاین هارت -هارت که بسته به نوع و مدل ترمیستور و محدوده دمایی مورد نظر متفاوت است. (عمومی ترین شکل معادله کاربردی شامل [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

اصطلاح ، اما این اغلب نادیده گرفته می شود زیرا معمولاً بسیار کوچکتر از ضرایب دیگر است و بنابراین در بالا نشان داده نشده است.)

توسعه دهندگان معادله:

این معادله به نام جان اس. استاینهارت و استنلی آر هارت نامگذاری شده است که اولین بار این رابطه را در سال 1968 منتشر کردند. [1] پروفسور اشتاین هارت (1929-2003) ، از اعضای اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا و انجمن آمریکایی برای پیشرفت علم ، از 1969 تا 1991 عضو هیئت علمی دانشگاه ویسکانسین - مدیسون بود. [2] دکتر هارت ، دانشمند ارشد م Instسسه اقیانوس شناسی وودز هول از سال 1989 و عضو انجمن زمین شناسی آمریکا ، اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا ، انجمن ژئوشیمی و انجمن ژئوشیمی اروپا ، [3] با پروفسور اشتاین هارت در موسسه کارنگی ارتباط داشت. واشنگتن هنگام ایجاد معادله

منابع:

John S. Steinhart، Stanley R. Hart، Calibration curves for thermistors، Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts، Volume 15، Issue 4، August 1968، Pages 497-503، ISSN 0011-7471، doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"قطعنامه یادبود هیئت علمی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون در مورد درگذشت استاد برجسته جان اس. استاینهارت" (PDF). دانشگاه ویسکانسین 5 آوریل 2004. بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 10 ژوئن 2010. بازبینی شده در 2 جولای 2015.

"دکتر استن هارت". موسسه اقیانوس شناسی وودز هول. بازبینی شده در 2 جولای 2015.

مرحله 2: مونتاژ: مواد و روش ها

برای شروع ساخت و ساز ، ما باید از BOM با نام مستعار (Bill on Materials) مشورت کنیم و ببینیم از چه قطعاتی قصد استفاده داریم. علاوه بر BOM ، آهن لحیم کاری ، چند آچار ، پیچ گوشتی و تفنگ چسب گرم مورد نیاز است. برای راحتی ، یک ابزار اولیه آزمایشگاهی الکترونیک را در کنار خود توصیه می کنم.

1. نمونه سازی تخته -1
2. صفحه نمایش LCD هیتاچی -1
3. منبع تغذیه متوسط 240V >> منبع تغذیه 5 ولت -1
4. قرمز LED-3
5. آبی LED-3
6. چراغ سبز -1
7. چراغ زرد LED-1
8. رله OMRON (DPDT یا مشابه 5 ولت) -3
9. پتانسیومتر 5KOhm-1
10. مقاومت (470 اهم)-چند مورد
11. BC58 Transistor-3
12. دیود -3
13. تنظیم کننده ولتاژ خروجی پایین -3
14. LED های SMD (سبز ، قرمز) -6
15. ریزپردازنده MSP-430 (Ti 2553 یا 2452) -2
16. سوئیچ مکانیکی ترمز قبل از ساخت (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. نگهدارنده های پلاستیکی ریچکو -2
19. سوکت های DIP برای ریزپردازنده MSP -430 -4
20. کابل برق برای پریز دیواری -1
21. سیمهای بلوز (رنگهای مختلف) - زیاد
22. NTC Probe معروف به ترمیستور 4k7 ، EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (اختیاری)
24. در صورت نیاز به خنک شدن طرفداران خنک کننده (اختیاری)-(1-3) (اختیاری)
25. رادیاتور آلومینیومی خالص با 5 سوراخ در آن برای NTC Probes-1 ایجاد شده است
26. صفحات پلاستیکی با سوراخ های حفر شده - 2
27. مهره ها ، پیچ و مهره ها و چند پیچ برای جمع آوری ساختار حامل -20 (در هر قطعه)
28. سیم به PCB preff_board سوکت سوکت نسخه 2 سیم با پیچ داخل -1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (اختیاری) ، به عنوان صفحه نمایشی دوم عمل می کند -1

من می دانم که این یک صورت حساب بزرگ در مورد مواد است و ممکن است مقدار قابل توجهی هزینه داشته باشد. در مورد من ، من همه چیز را از طریق کارفرمایم دریافت می کنم. اما اگر می خواهید آن را ارزان نگه دارید ، نباید قطعات اختیاری را در نظر بگیرید. همه چیز دیگر به راحتی از Farnell14 ، DigiKey و/یا برخی از فروشگاه های تخصصی لوازم الکترونیکی محلی تهیه می شود.

من در مورد خط ریزپردازنده MSP-430 تصمیم گرفتم زیرا آنها را در اطراف قرار دادم. اگرچه به راحتی می توان "AVRs" RISC MCU را انتخاب کرد. چیزی شبیه ATmega168 یا ATmega644 با فناوری Pico-Power. هر ریزپردازنده دیگر AVR این کار را انجام می دهد. من در واقع یک "طرفدار" بزرگ Atmel AVR هستم. و قابل ذکر است که اگر از زمینه فنی هستید و مایل به انجام مونتاژ خوب هستید ، از هیچ برد Arduino استفاده نکنید ، اگر قادر به برنامه ریزی AVR های مستقل هستید ، بسیار بهتر است ، اگر نه ، سعی کنید برنامه را برنامه ریزی کنید CPU و جاسازی در دستگاه

مرحله 3: مونتاژ: لحیم کاری و ساخت در مراحل…

شروع مونتاژ با نام دیگر لحیم کاری از کوچکترین اجزای شروع خوبی است. با اجزای smd و سیم کشی شروع کنید. ابتدا Power-Bus را لحیم کنید ، مانند جایی که در پیش صفحه من انجام دادم ، و سپس آن را طولانی تر کنید به نحوی که تمام قسمت های پیش صفحه به راحتی بدون تغییر مسیر و عوارض به Power-Bus دسترسی داشته باشند. من از سیم در سراسر پیش صفحه استفاده کردم ، و این بسیار دیوانه به نظر می رسد ، اما بعداً می توان یک PCB مناسب طراحی کرد ، هنگامی که نمونه اولیه کار می کند.

• لحیم کردن قطعات SMD (برای نشان دادن قدرت MSP-430 MCU ، بین Vcc و GND)
• لحیم قدرت و سیم کشی (مسیر به گونه ای که به MSP-430 قدرت می دهد)
• انواع سوکت DIL را لحیم کنید (به منظور اتصال IC های MSP-430 x 2)
• لحیم كننده تنظیم كننده های ولتاژ پایین با پشتیبانی مناسب (خازن ها ، برای قدرت 5 >> 3.3 ولت افت)
• ترانزیستورهای لحیم کاری و مقاومتها و دیودهای رله ها و رابط با MCU.
• پتانسیومتر 10k اهم را برای کنترل روشنایی صفحه نمایش LCD لحیم کنید.
• LED ها را در کنار رله ها ، نشانگر دو حالته قرمز/آبی (آبی = روشن ، قرمز = خاموش) را لحیم کنید.
• منبع تغذیه Mean Well 240Volts >> منبع تغذیه 5 ولت را با اتصالات آن لحیم کنید.
• سوئیچ مکانیکی آبی (شکستن قبل از ساخت) را در کنار منبع تغذیه لحیم کنید.

هر آنچه باقی مانده را لحیم کنید. من فقط به دلیل کمبود زمان ، شماتیک مناسب را از دستگاه ایجاد نکردم ، اما با زمینه الکترونیکی کاملاً ساده است. پس از اتمام لحیم کاری ، همه چیز باید بررسی شود ، تا اتصالات مناسب برای جلوگیری از هرگونه کوتاه شدن خطوط برق مورد بررسی قرار گیرد.

اکنون وقت آن است که ساختار حامل را جمع آوری کنیم. همانطور که در تصاویر است ، من از 2 صفحه پلاستیکی با سوراخ های اندازه M3 (4 x در هر صفحه) استفاده کرده ام تا پیچ ها و مهره ها و واشرهای طولانی در حال عبور باشند ، پیچ ها و واشرهای فاصله برای چنین اتصالات مناسب هستند. تری باید از هر دو طرف سفت شود تا بتواند صفحات سبز رنگ را در کنار هم نگه دارد.

به این ترتیب ، پیش تخته باید بین واشرهای جلویی قرار گیرد ، به این ترتیب ، واشرهای جلویی باید دارای قطر بزرگ (حداکثر 5 میلی متر) باشند تا بتوان پیش تخته را بین آنها قرار داد و سپس آنها را محکم کرد. اگر صحیح انجام شود ، تخته در 90 درجه محکم می ایستد. یک گزینه دیگر برای نگه داشتن آن در محل ، استفاده از نگهدارنده های PCB پلاستیکی Ritcho است که از طریق زاویه 90 درجه بر روی پیچ و مهره ها نصب شده اند و سپس به شما کمک می کند تا قطعات پلاستیکی را به پیچ و مهره پیچ کنید. در این مرحله ، شما باید بتوانید پیش صفحه را وصل یا متصل کنید.

بعد از نصب صفحه پیش نمایش ، صفحه LCD (16x2) بعدی ظاهر می شود و باید نصب شود. من از حالت من در حالت 4 بیتی برای حفظ GPIO ^_ ^))))))) استفاده می کنم. لطفاً از حالت 4 بیتی استفاده کنید ، در غیر این صورت ، GPIO کافی برای تکمیل پروژه ندارید. چراغ های عقب ، Vcc و Gnd از طریق پتانسیومتر به باس برق متصل می شوند. کابل های نمایش داده صفحه نمایش باید مستقیماً به میکروکنترلر MSP-430 لحیم شوند. لطفاً فقط از GPIO دیجیتال استفاده کنید. GPIO آنالوگ مورد نیاز ما برای NTC ها. 5 دستگاه NTC وجود دارد ، بنابراین در آنجا محکم است.

مرحله 4: نهایی کردن مونتاژ و فعال سازی

برای نصب پروب/قطعات NTC 5 x قطعه بر روی رادیاتور ، باید حفاری انجام شود. با برگه اطلاعات NTC ، که به عنوان تصویر برای قطرها و عمق سوراخ حفر شده اضافه کرده ام ، مشورت کنید. سپس سوراخ حفر شده باید با ابزار تنظیم شود تا سر اندازه M3 NTC ها پذیرفته شود. استفاده از 5 N NTC نوعی سخت افزار متوسط و هموار است. MSP-430 دارای ADC با وضوح 8 بیتی است ، بنابراین داشتن سنسورهای 5 x به طور متوسط نتایج را آسان می کند. ما CPU های Ghz را در اینجا دور نمی ریزیم ، بنابراین در دنیای تعبیه شده ما هر ساعت CPU ضروری است. میانگین ثانویه در Firmware انجام می شود. هر NTC باید پاها باشد و برای خواندن داده ها از طریق ADC روی برد ، تقسیم کننده ولتاژ باید متشکل از R (NTC)+R (def) باشد. پورت ADC باید در مرکز آن دو متصل شود. R (def) یک مقاومت دوم است که باید دارای مقدار ثابت 0.1٪ یا بهتر باشد ، معمولاً در محدوده R (NTC). در صورت تمایل می توانید یک OP-Amp برای تقویت سیگنال اضافه کنید. لطفاً برای اتصال prpbes NTC به شکل این بخش مراجعه کنید.

هنگامی که لحیم کاری کامل شد و بررسی شد ، مرحله بعدی نصب میکروکنترلر MSP-430 در سوکت DIL آنها است. اما از قبل باید برنامه ریزی شوند. در این مرحله ، می توانید دستگاه را (بدون میکروکنترلر) برای آزمایش های اولیه روشن کنید. اگر همه چیز به درستی مونتاژ شده باشد ، دستگاه باید روشن شود و رله ها باید در حالت خاموش باشند ، که توسط LED های قرمز نشان داده شده است ، و فن ها باید کار کنند و صفحه نمایش باید روشن باشد ، اما بدون هیچ گونه داده ای روی آن ، فقط نور پس زمینه آبی به

مرحله 5: ورودی کاربر ، Rotary-Encoder و Capacitive-Touch Booster-Pack

همیشه داشتن یک دستگاه ورودی خوب است که می تواند برای وارد کردن داده ها به دستگاه استفاده شود. دستگیره مغناطیسی با آهنرباهای دائمی در اینجا انتخاب خوبی است. وظیفه آن وارد کردن آستانه دما برای فن های نصب شده روی بلوک رادیاتور است. این به کاربر اجازه می دهد تا آستانه جدیدی برای دما از طریق وقفه ها وارد کند. فقط با چرخاندن به چپ یا راست ، می توانید مقادیری را در محدوده (20-100 درجه سانتی گراد) اضافه یا کم کنید. مقدار پایین تر با دمای محیط اتاق تعیین می شود.

این دستگیره دارای یک مدار کوچک است که سیگنال دیجیتال را به میکروکنترلر منتقل می کند. منطق بالا/پایین سپس توسط GPIO برای ورودی تفسیر می شود.

دومین دستگاه ورودی ، تقویت کننده لمسی خازنی Ti است. امکان استفاده از Booster-pack نیز وجود دارد ، اما استفاده از هر دو امکان پذیر نیست ، فقط به دلیل عدم وجود GPIO در MCU هدف. بسته تقویت کننده به بسیاری از GPIO راه می یابد.

به نظر من Knob بهتر از Booster-Pack است. اما خوب است که یک انتخاب داشته باشید. اگر بسته بوستر مورد نظر است ، یک کتابخانه آماده از Ti برای استفاده از آن وجود دارد. در اینجا به جزئیات آن نمی پردازم.

مرحله 6: خلاصه: اندازه گیری دمای محیط و ایده های بیشتر ……

پس از نصب MCU هنگام روشن شدن ، به شما سلام می کند و سپس به اندازه گیری ها ادامه می دهید. سیستم عامل ابتدا طرفداران را در حالت خاموش نگه می دارد. مجموعه ای از اندازه گیری ها را روی 5 پروب NTC شروع می کند ، که سپس در یک مقدار مطلق ادغام می شود. سپس بر اساس این مقدار و مقایسه (داده کاربر) ، طرفداران (یا دستگاه های مورد نظر ، هر چیز دیگری) متصل به رله های DPDT را روشن یا خاموش می کند. در نظر بگیرید که می توانید هر رله ای را که باید خاموش یا خاموش شود به آن 3 رله وصل کنید. رله ها قادر به عبور از جریان 16 آمپر هستند ، اما من فکر نمی کنم ایده خوبی باشد که از چنین بارهای سنگینی در خروجی ها استفاده کنیم.

امیدوارم این "چیز" (^_^) …….. هه برای کسی مفید باشد. سهم من در ذهن کندوی جهانی ^^).

تعجب می کنم که کسی سعی کند آن را بسازد. اما در صورت انجام آنها ، من با خوشحالی در همه چیز کمک خواهم کرد. من سیستم عامل CCS و Energia را دارم. لطفا در صورت نیاز به من اطلاع دهید. همچنین در مورد سوالات و پیشنهادات به من پیام دهید. درود از "سانی" آلمان.