Жоғары дәлдіктегі температура реттегіші: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Ғылымда және инженерлік әлемде температураны қадағалау (термодинамикадағы атомдардың қозғалысы) жасушалық биологиядан бастап қатты отынды ракеталық қозғалтқыштар мен соққыларға дейін барлық жерде ескерілуі керек негізгі физикалық параметрлердің бірі болып табылады. Компьютерлерде және мен айтуды ұмытып кеткен барлық жерде. Бұл құралдың идеясы өте қарапайым болды. Микробағдарламаны әзірлеу кезінде маған сынақ қондырғысы қажет болды, онда мен жоғарыда айтылғандарға байланысты қандай да бір ақаулықтар туғызбау үшін техниктер қолдан жасаған өнімдердің орнына микробағдарламаны қателерге тексере аламын. Бұл құралдар әдетте ыстық болады, сондықтан аспаптың барлық бөлшектерінің жұмыс істеуі үшін температураның тұрақты және дәл бақылауы қажет, бірақ бұл маңызды емес. Тапсырманы шешу үшін NTC термисторларын қолданудың бірнеше артықшылықтары бар. NTC (теріс температуралық коэффициент) - температураға байланысты қарсылықты өзгертетін арнайы термисторлар. Бұл ҰТТ-лар Стэнели Харт пен Джон Стейнхарт ашқан калибрлеу әдісімен біріктірілген, «Терең теңіз зерттеулері 1968 ж.15, 497-503 беттер Пергамон Пресс» мақаласында сипатталғандай, менің жағдайда ең жақсы шешім. Мақалада осы типтегі құрылғылармен температураның кең ауқымды өлшеу әдістері (жүздеген келвиндер) талқыланады. Менің түсінуімше, инженерлік негізде, жүйе/сенсор неғұрлым қарапайым болса, соғұрлым жақсы. Ешкім судың астында, км тереңдікте өте күрделілігіне ие болғысы келмейді, ол тек күрделілігіне байланысты температураны өлшеу кезінде қиындық тудыруы мүмкін. Мен сенсордың дәл осылай жұмыс істейтініне күмәнданамын, мүмкін термопара болады, бірақ ол қолдау схемасын қажет етеді және бұл өте дәл жағдайларда. Сонымен, бірнеше қиындықтары бар салқындату жүйесінің дизайны үшін осы екеуін қолданайық. Олардың кейбіреулері: шу деңгейі, нақты уақыттың тиімді іріктеуі және мүмкін жоғарыда айтылғандардың бәрі жөндеуге және техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығына арналған. Микробағдарлама жазылып жатқан кезде, қондырғы жиілеп, жақсарды. Бір сәтте мен оның күрделілігіне байланысты автономды құралға айналуы мүмкін екенін түсіндім.

1-қадам: Температураны калибрлеу Стейнхарт-Харт бойынша

Уикипедияда қажетті температура мен термистор диапазонына байланысты термисторлық коэффициенттерді есептеуге көмектесетін жақсы мақала бар. Көп жағдайда коэффициенттер өте аз және оларды жеңілдетілген түрде теңдеуде елемеуге болады.

Стейнхарт -Харт теңдеуі - әр түрлі температурадағы жартылай өткізгіштің кедергісінің моделі. Теңдеу - бұл:

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

мұнда:

T { displaystyle T} - температура (Келвинде) R { displaystyle R} - бұл T (оммен) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} және C { displaystyle C} қарсылық Стейнхарт -Харт коэффициенттері термистордың түрі мен моделіне және қызығушылық температурасының диапазонына байланысты өзгереді. (Қолданылатын теңдеудің ең жалпы түрі құрамында [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}} бар

термин, бірақ бұл көбінесе еленбейді, себебі ол әдетте басқа коэффициенттерге қарағанда әлдеқайда аз, сондықтан жоғарыда көрсетілмеген.)

Теңдеуді жасаушылар:

Бұл теңдеу 1968 жылы алғаш рет қарым -қатынасты жариялаған Джон С. Штайнхарт пен Стэнли Р. Харттың құрметіне аталған. [1] Профессор Стейнхарт (1929–2003), Американдық геофизикалық одақтың және Ғылымды дамытудың американдық қауымдастығының мүшесі, 1969-1991 жылдары Висконсин -Мэдисон университетінің факультетінің мүшесі болды. [2] Доктор Харт, 1989 жылдан бері Вудс Хоул океанографиялық институтының аға ғылыми қызметкері және Американың геологиялық қоғамының, Американдық геофизикалық одақтың, Геохимиялық қоғамның және Еуропалық геохимия қауымдастығының мүшесі [3], Карнеги институтындағы профессор Стейнхартпен байланысты болды. теңдеу жасалған кезде Вашингтонда.

Әдебиеттер:

Джон С. Стейнхарт, Стэнли Р. Харт, термисторларға арналған калибрлеу қисықтары, Терең теңіздегі зерттеулер мен океанографиялық рефераттар, 15 том, 4 шығарылым, тамыз 1968, 497-503 беттер, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

«Висконсин-Мэдисон университетінің профессорлық-оқытушылық құрамының профессоры Джон С. Стайнхарттың қайтыс болуы туралы мемориалдық қаулы» (PDF). Висконсин университеті. 5 сәуір 2004. Түпнұсқадан мұрағатталған (PDF) 10 маусымда 2010. 2 шілдеде алынды.

«Доктор Стэн Харт». Вудс Хоул океанографиялық институты. Тексерілді 2 шілде 2015 ж.

2 -қадам: Ассамблея: материалдар мен әдістер

Құрылысты бастау үшін біз БМ ака (Материалдар туралы заң) бойынша кеңес алуымыз керек және қандай бөлшектерді қолдануды жоспарлап отырғанымызды білуіміз керек. БОМ-дан басқа, дәнекерленген темір, бірнеше кілт, бұрағыш және ыстық желім тапаншасы қажет болады. Ыңғайлы болу үшін мен сізге электрониканың негізгі зертханалық құралдарын ұсынар едім.

1. Прототип тақтасы-1
2. Hitachi СКД дисплейі-1
3. Орташа құдық 240 В >> 5 Вольт қуат көзі-1
4. Қызыл жарықдиодты-3
5. Көк жарықдиодты-3
6. Жасыл жарықдиодты-1
7. Сары жарықдиодты-1
8. OMRON релесі (DPDT немесе соған ұқсас 5 вольт) -3
9. Потенциометр 5КОм-1
10. Резисторлар (470 Ом)-бірнеше
11. BC58 транзистор-3
12. Диод-3
13. Төмен түсетін кернеу реттегіші-3
14. SMD светодиодтары (жасыл, қызыл) -6
15. MSP-430 микропроцессоры (Ti 2553 немесе 2452) -2
16. Механикалық қосқыш тежегішті дайындау алдында (240В 60Гц) -1
17. Ротари-кодер-1
18. Ritchco пластикалық ұстағыштары-2
19. MSP -430 микропроцессоры -4 үшін DIP розеткалары
20. Розеткаға арналған электрмен жабдықтау кабелі-1
21. Өткізгіш сымдар (түрлі түсті) - көп
22. NTC зонд 4к7 термисторы, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (міндетті емес)
24. Салқындату желдеткіштері (міндетті емес), егер бір нәрсені салқындату қажет болса-(1-3) (міндетті емес)
25. Таза алюминий радиаторы, NTC зондтары-1 үшін 5 саңылауы бар
26. Бұрғыланған тесіктері бар пластикалық табақтар - 2
27. Тасымалдағыш конструкциясын құрастыру үшін гайкалар, болттар және кейбір бұрандалар-20 (бір данаға)
28. PCB preff_board монтаждау розеткасына сым 2 бұрандалы, ішінде бұрандалы-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (міндетті емес), екінші фронталдық дисплей-1 ретінде қызмет етеді

Мен білемін, бұл үлкен материалдық есепшот және оған лайықты ақша қажет болуы мүмкін. Менің жағдайымда мен бәрін жұмыс беруші арқылы аламын. Бірақ егер сіз оны арзан ұстағыңыз келсе, қосымша бөлшектерді ескермеуіңіз керек. Қалғанның бәрін Farnell14, DigiKey және/немесе кейбір электроника мамандандырылған дүкендерінен алуға болады.

Мен MSP-430 микропроцессорлық желісін таңдадым, себебі мен оларды орналастырдым. «AVR» RISC MCU -ны оңай таңдауға болады. Pico-Power технологиясымен ATmega168 немесе ATmega644 сияқты нәрсе. Кез келген басқа AVR микропроцессоры бұл жұмысты орындайды. Мен шын мәнінде Atmel AVR -дің үлкен «фанбайымын». Айта кету керек, егер сіз техникалық білімге ие болсаңыз және жақсы жинақтауға дайын болсаңыз, Arduino тақтасын пайдаланбаңыз, егер сіз автономды AVR -ді бағдарламалай алсаңыз, бұл әлдеқайда жақсы болар еді, егер олай болмаса, бағдарламалауға тырысыңыз. CPU және құрылғыға ендіру.

3 -қадам: Жинау: дәнекерлеу және қадаммен салу

Кішкене бөлшектерден дәнекерлеуді бастау - жақсы бастама. Smd компоненттері мен сымдардан бастаңыз. Алдымен Power-Bus-ты дәнекерлеңіз, мен префикстегідей бір жерде, содан кейін префондтың барлық бөліктері Power-Bus-ке қайта бағыттаусыз және асқынусыз қол жеткізетіндей етіп ұзартады. Мен сымдарды тақтайшада қолдандым, және бұл өте ақылсыз көрінеді, бірақ кейінірек прототип жұмыс істегеннен кейін сәйкес ПХД құрастыруға болады.

• SMD бөлшектерін дәнекерлеу (MSP-430 MCU қуатын көрсету үшін, Vcc пен GND арасында)
• дәнекерлеуші автобус және сымдар (MSP-430 қуат беретін жол)
• барлық DIL розеткаларын дәнекерлеңіз (MSP-430 x 2 IC-ді қосу үшін
• дәнекерлеу төмен кернеу реттегіштері оның қолдауымен (конденсаторлар, қуаты 5 >> 3,3 Вольт төмендеуі)
• дәнекер транзисторлар, реле мен MCU интерфейсіне арналған резисторлар мен диодтар.
• СКД дисплейінің жарықтығын бақылауға арналған 10к Ом потенциометрін дәнекерлеңіз.
• реле жанындағы светодиодтарды дәнекерлеңіз, екі күйді индикатор қызыл/көк (көк = қосулы, қызыл = өшірулі).
• Орташа ұңғыманы дәнекерлеу 240 Вольт >> 5 Вольтты қуат блогы оның қосқыштарымен.
• Қуат көзінің жанындағы көгілдір механикалық қосқышты дәнекерлеңіз.

Қалғанының бәрін дәнекерлеңіз. Мен уақыттың болмауына байланысты құрылғыдан тиісті схемалар жасаған жоқпын, бірақ электрониканың фонында бәрі өте қарапайым. Дәнекерлеу аяқталғаннан кейін, электр сымдарының қысқа тұйықталуын болдырмау үшін, олардың дұрыс қосылуын тексеру қажет.

Енді тасымалдаушы құрылысын құрастыратын кез келді. Суреттердегідей, мен ұзын бұрандалар мен гайкалар мен шайбалар өтетін М3 өлшемді тесіктері бар 2 пластикалық пластиналарды қолдандым (бұранда мен шайбалар, қашықтықтағы болттар мен шайбалар мұндай өзара байланыс үшін өте қолайлы. Жасыл пластиналарды бір -біріне жабыстыру үшін оларды екі жағынан қатайту керек.

Алдын ала тақтаны алдыңғы шайбалардың арасына кіргізу керек, яғни олардың алдыңғы жуғыштары диаметрі үлкен болуы керек (5мм -ге дейін), сондықтан олардың арасына алдын ала тақтаны салып, содан кейін оларды қатайтыңыз. Егер дұрыс орындалса, тақта 90 ° мықтап тұрып қалады. Оны орнында ұстаудың тағы бір нұсқасы - пластикалық бөлшектерді аралық болттарға бұрап алуға көмектесетін 90 ° бұрышпен қашықтықтағы болттарға бекітілген Ritcho пластикалық ПХД ұстағыштарын пайдалану. Бұл кезде сіз алдын ала тақтаны қосуға/бекітуге тиіссіз.

Алдын ала тақтаны орнатқаннан кейін СКД (16x2) дисплейі келесідей келеді және оны орнату керек. Мен GPIO ^_ ^)))))) сақтау үшін мен 4-разрядты режимде қолданамын. 4 биттік режимді қолданыңыз, әйтпесе жобаны аяқтау үшін сізге GPIO жеткіліксіз болады. Артқы жарық, Vcc және Gnd потенциометр арқылы қуат шинасына дәнекерленген. Дисплейдің деректер шинасы кабельдері MSP-430 микроконтроллеріне тікелей дәнекерленген болуы керек. Тек цифрлық GPIO қолданыңыз. ҰТО үшін бізге қажет аналогты GPIO. 5 x NTC құрылғылары бар, сондықтан олар тығыз.

4-қадам: Жинауды және қосуды аяқтау

Радиаторға зондтарды/ҰТҚ -ны 5 x дана орнату үшін бұрғылауды орындау қажет. Мен бұрғыланған тесіктің диаметрі мен тереңдігі үшін сурет ретінде қосқан ҰБТ мәліметтер кестесімен танысыңыз. Содан кейін бұрғыланған тесікті ҰТЖ М3 өлшемді басын қабылдау үшін құралмен реттеу қажет. 5 x NTC пайдалану - бұл аппараттық құралдарды орташа және тегістеу. MSP-430-да ADC 8 разрядты ажыратымдылыққа ие, сондықтан 5 х сенсорлармен нәтижелерді орташа есеппен алуға болады. Біз мұнда Ghz процессорларын тастамаймыз, сондықтан біздің ендірілген әлемде әрбір процессорлық сағат маңызды. Орташа қосалқы бағдарлама микробағдарламада орындалады. Әрбір ҰТЖ-нің аяқтары болуы керек және борттық ADC арқылы деректерді оқи алу үшін R (NTC)+R (def) тұратын кернеу бөлгішті құру қажет. ADC порты осы екеуінің ортасына бекітілуі керек. R (def) - бұл R (NTC) диапазонында 0,1 % немесе одан да жақсы бекітілген екінші резистор. Қажет болса, сигналды күшейту үшін OP-Amp қосуға болады. NTC prpbes қосу үшін осы бөлімдегі суретті қараңыз.

Дәнекерлеу аяқталғаннан және тексерілгеннен кейін, келесі қадам MSP-430 микроконтроллерін олардың DIL ұяшығына орнату болып табылады. Бірақ оларды алдын ала бағдарламалау қажет. Бұл қадамда алдын ала тестілеу үшін құрылғыны қосуға болады (микроконтроллерсіз). Егер бәрі дұрыс жиналған болса, құрылғы қосылып тұруы керек және реле қызыл жарық диодтармен көрсетілген күйде болуы керек, ал желдеткіштер жұмыс істеп, дисплей қосулы тұруы керек, бірақ оларда дерек жоқ, тек көк артқы жарық.

5-қадам: Қолданушы кірісі, айналмалы-кодер және сыйымдылықты күшейткіш-пакет

Құрылғыға деректерді енгізу үшін пайдалануға болатын енгізу құрылғысының болуы әрқашан жағымды. Тұрақты магниттері бар магниттік тұтқа - бұл жерде жақсы таңдау. Оның міндеті - радиатор блогына орнатылған желдеткіштер үшін температуралық табалдырықты енгізу. Бұл пайдаланушыға үзілістер арқылы температураның жаңа шегін енгізуге мүмкіндік береді. Солға немесе оңға бұру арқылы (20-100 ° C) диапазонындағы мәндерді қосуға немесе азайтуға болады. Төменгі мән бөлмедегі ауа температурасымен анықталады.

Бұл тұтқаның сандық сигналды микроконтроллерге беретін шағын схемасы бар. Жоғары/төмен логиканы енгізу үшін GPIO түсіндіреді.

Екінші енгізу құрылғысы-Ti сыйымдылығы бар сенсорлы күшейткіш. Booster-пакетін де қолдануға болады, бірақ екеуін де қолдану мүмкін емес, себебі мақсатты MCU-да GPIO жоқ. Booster пакеті көптеген GPIO -ға өтеді.

Менің ойымша, Knob Booster-Pack-ке қарағанда жақсы. Бірақ таңдау жасау жақсы. Егер Booster пакеті қажет болса, онда оны пайдалануға арналған Ti -ден дайын кітапхана бар. Мен мұнда бұл туралы егжей -тегжейлі айтпаймын.

6-қадам: Қысқаша мазмұны: Қоршаған орта температурасын өлшеу және қосымша идеялар

Қосылғаннан кейін MCU қондырғысынан кейін ол сізді қарсы алады, содан кейін өлшеуге көшеді. Микробағдарлама алдымен желдеткіштерді күйде қалдырады. 5 x NTC зондтарындағы өлшеу сериясын бастайды, содан кейін олар бір абсолюттік мәнге біріктіріледі. Содан кейін бұл мән мен салыстыру (пайдаланушы деректері) шегі бойынша DPDT релесіне бекітілген желдеткіштерді (немесе қалаған құрылғыларды, қалғандарын) қосады немесе өшіреді. Сіз 3 x релеге өшіру немесе өшіру қажет нәрсені қосуға болатынын ескеріңіз. Реле 16 амперлік ток өткізуге қабілетті, бірақ менің ойымша, мұндай шығыс жүктемелерге мұндай ауыр жүктемені қолдануды бастау дұрыс емес.

Мен бұл «зат» (^_^) …….. біреуге пайдалы болады деп үміттенемін. Менің жаһандық ұялы ақылға қосқан үлесім ^^).

Біреу оны салуға тырысады деп ойлаймын. Бірақ егер олар осылай істесе, мен қуана -қуана бәріне көмектесемін. Менде CCS және Energia бағдарламалық жасақтамасы бар. Маған жігіттер керек болса маған хабарлаңыз. Сонымен қатар сұрақтар мен ұсыныстар туралы маған жазыңыз. «Күншуақ» Германиядан сәлем.