Су ағынының есептегішін қалай жасауға болады: 7 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Нақты, шағын және бағасы төмен сұйықтық ағынының есептегішін GreenPAK ™ компоненттерінің көмегімен оңай жасауға болады. Бұл нұсқаулықта біз су ағынын үздіксіз өлшейтін және оны 7 сегментті үш дисплейде көрсететін су ағынының есептегішін ұсынамыз. Ағын сенсорының өлшеу диапазоны минутына 1 -ден 30 литрге дейін. Сенсордың шығысы - бұл су ағынының жылдамдығына пропорционалды жиілікті PWM сигналы.

GreenPAK бағдарламаланатын аралас сигналды SLG46533 IC үш матрицасы T уақытындағы импульстер санын есептейді. Бұл базалық уақыт импульстер саны сол кезеңдегі ағын жылдамдығына тең болатындай есептеледі, содан кейін бұл есептік сан 7-де көрсетіледі. -сегментті көрсетеді. Ажыратымдылық - 0,1 литр/мин.

Сенсордың шығысы бөлшек санды есептейтін алғашқы аралас сигнал матрицасының Шмитт триггері бар цифрлық кіріске қосылады. Микросхемалар аралас сигналдық матрицаның цифрлық кірісіне қосылған цифрлық шығыс арқылы бірге каскадталған. Әр құрылғы 7 сегментке ортақ катодты дисплейге 7 шығыс арқылы қосылған.

GreenPAK бағдарламаланатын аралас сигналдық матрицаны пайдалану микроконтроллерлер мен дискретті компоненттер сияқты көптеген басқа шешімдерге қарағанда тиімді. Микроконтроллермен салыстырғанда GreenPAK бағасы төмен, кіші және бағдарламалау оңай. Дискретті логикалық интегралды схемалардың дизайнымен салыстырғанда, оның бағасы төмен, құрастыру оңай және кіші.

Бұл шешімді коммерциялық тұрғыдан тиімді ету үшін жүйе мүмкіндігінше аз болуы керек және ол суға, шаңға, буға және басқа да факторларға төзімді болу үшін су өткізбейтін, қатты қоршаудың ішінде қоршалған болуы керек, ол әр түрлі жағдайда жұмыс істей алады.

Дизайнды тексеру үшін қарапайым ПХД құрастырылды. GreenPAK құрылғылары осы ПХД -ге 20 істікшелі екі қатарлы аналық ағытпа қосқыштары арқылы қосылады.

Сынақтар бірінші рет Arduino шығаратын импульстардың көмегімен жасалады, ал екінші рет үйдегі су көзінің ағыны өлшенеді. Жүйе дәлдікті 99%көрсетті.

GreenPAK чипінің су ағыны өлшегішті басқару үшін қалай бағдарламаланғанын түсіну үшін барлық қажетті қадамдарды ашыңыз. Алайда, егер сіз бағдарламалаудың нәтижесін алғыңыз келсе, GreenPAK бағдарламалық жасақтамасын жүктеп алып, аяқталған GreenPAK дизайн файлын қараңыз. GreenPAK әзірлеу жинағын компьютерге қосыңыз және су ағыны өлшегішін басқару үшін реттелетін IC құру үшін бағдарламаны басыңыз. Егер сіз тізбектің қалай жұмыс істейтінін білгіңіз келсе, төменде сипатталған қадамдарды орындаңыз.

1 -қадам: Жүйенің жалпы сипаттамасы

Сұйықтық шығынын өлшеудің кең таралған әдістерінің бірі анемометрмен желдің жылдамдығын өлшеу принципіне ұқсас: желдің жылдамдығы анемометрдің айналу жылдамдығына пропорционалды. Ағын сенсорының бұл түрінің негізгі бөлігі - айналу дөңгелегі, оның жылдамдығы ол арқылы өтетін сұйықтық ағынының жылдамдығына пропорционалды.

Біз 1-суретте көрсетілген URUK фирмасының YF-S201 су ағыны датчигін қолдандық. Бұл сенсорда дөңгелекке бекітілген Hall Effect сенсоры әр айналымда импульс шығарады. Шығу сигналының жиілігі Формула 1 -де берілген, бұл жерде Q - литр/минуттағы су шығыны.

Мысалы, егер өлшенетін ағынның жылдамдығы 1 литр/минут болса, шығыс сигналының жиілігі 7,5 Гц құрайды. Ағынның нақты мәнін 1,0 литр/минут форматында көрсету үшін біз импульстарды 1,333 секунд уақыт ішінде санауымыз керек. 1,0 литр/минут мысалында есептелген нәтиже 10 болады, ол жеті сегментті дисплейлерде 01.0 түрінде көрсетіледі. Бұл қосымшада екі тапсырма қарастырылған: біріншісі - импульстарды санау, екіншісі - есеп аяқталған кезде санды көрсету. Әр тапсырма 1,333 секундқа созылады.

2 -қадам: GreenPAK дизайнерін енгізу

SLG46533-те көптеген әмбебап комбинациялы макроцеллер бар және оларды кестелерді іздеу, есептегіштер немесе D-Flip-Flops ретінде конфигурациялауға болады. Бұл модульділік GreenPAK қосымшасына қолайлы етеді.

Бағдарламаның 3 кезеңі бар: (1) кезең жүйенің 2 тапсырмасы арасында ауысу үшін мерзімді цифрлық сигналды шығарады, (2) саты сенсор импульстарын есептейді және (3) кезең бөлшек нөмірін көрсетеді.

3 -қадам: бірінші кезең: санау/көрсету ауысу

1.333 секунд сайын күйді жоғары мен төменге өзгертетін «COUNT/DISP-OUT» сандық шығысы қажет. Жоғары болған кезде жүйе импульстарды есептейді, ал төмен болғанда ол есептелген нәтижені көрсетеді. Бұған 2 -суретте көрсетілгендей DFF0, CNT1 және OSC0 сымды көмегімен қол жеткізуге болады.

OSC0 жиілігі 25 кГц құрайды. CNT1/DLY1/FSM1 есептегіш ретінде конфигурацияланған және оның сағаттық кірісі CLK/4 -ке қосылған, сондықтан CNT1 кіріс жиілігі 6,25 кГц құрайды. 1 -ші теңдеуде көрсетілгендей созылатын бірінші сағат кезеңінде CNT1 шығысы жоғары болады және келесі сағаттың сигналының көтерілу жиегінен есептегіштің шығысы төмен, ал CNT1 8332 -ден төмендей бастайды. CNT1 деректері 0 -ге жеткенде, CNT1 шығысындағы жаңа импульс құрылды. CNT1 шығысының әр көтерілетін жиегінде DFF0 шығысы күйді өзгертеді, егер төмен болса ол жоғарыға және керісінше ауысады.

DFF0 шығыс полярлығы инверттелген күйде конфигурациялануы керек. CNT1 8332 -ге орнатылған, себебі санау/көрсету уақыты T 2 теңдеуінде көрсетілгенге тең.

4 -қадам: Екінші кезең: кіріс импульстерін санау

4-биттік есептегіш 4-суретте көрсетілгендей DFF3/4/5/6 көмегімен жасалады. Бұл санауыш PIN-код «COUNT/DISP-IN» жоғары болғанда ғана әр импульсте өседі. AND қақпасы 2-L2 кірістері «COUNT/DISP-IN» және PWM кірісі болып табылады. Есептегіш 10 -ға жеткенде немесе санау кезеңі басталғанда қалпына келтіріледі. Бір «RESET» желісіне қосылған DFFs RESET түйреуіштері төмен болғанда 4 биттік есептегіш қалпына келтіріледі.

4-разрядты LUT2 есептегішті 10-ға жеткенде қалпына келтіру үшін пайдаланылады, себебі DFF шығысы кері болады, сандар олардың екілік кескіндерінің барлық биттерін аудару арқылы анықталады: 0-ді 1с-ке ауыстыру және керісінше. Бұл ұсыныс 1 -дің екілік санының толықтыруы деп аталады. 4-разрядты LUT2 кірістері IN0, IN1, IN2 және IN3 сәйкесінше a0, a1, a2, a3 және a3-ке қосылған. 4-LUT2 үшін ақиқаттық кестесі 1-кестеде көрсетілген.

10 импульс тіркелген кезде 4-LUT0 шығысы жоғарыдан төменге ауысады. Бұл кезде бір кадрлық режимде жұмыс істеу үшін конфигурацияланған CNT6/DLY6 шығысы 90 нс уақыт бойы төменге ауысады, содан кейін қайта қосылады. Сол сияқты, «COUNT/DISP-IN» төменнен жоғарыға ауысқанда, яғни. жүйе импульстарды санауды бастайды. Бір кадрлық режимде жұмыс істеу үшін конфигурацияланған CNT5/DLY5 шығысы 90 нс уақыт ішінде тым төмен ауысады, содан кейін қайтадан қосылады. RESET батырмасын біраз уақыт төмен деңгейде ұстап тұру және оны барлық DFF қалпына келтіруге уақыт беру үшін CNT5 және CNT6 көмегімен қайта қосу өте маңызды. 90 секундтық кідіріс жүйенің дәлдігіне әсер етпейді, өйткені PWM сигналының максималды жиілігі 225 Гц. CNT5 және CNT6 шығысы RESET сигналын шығаратын AND қақпасының кірістеріне қосылады.

4-LUT2 шығысы сонымен қатар «F/10-OUT» деп белгіленген 4 түйреуішке қосылады, ол келесі чиптің санау кезеңінің PWM кірісіне қосылады. Мысалы, егер бөлшек санау құрылғысының «PWM-IN» сенсордың PWM шығысына қосылған болса, ал оның «F/10-OUT» бірліктерді санау құрылғысы мен «PWM-IN» -ге қосылған. Соңғысының F/10-OUT »ондық санау құрылғысының« PWM-IN »-іне және т.б. Барлық осы кезеңдердің «COUNT/DISP-IN» бөлшек санау құрылғысына арналған кез келген 3 құрылғының сол «COUNT/DISP-OUT» -іне қосылуы керек.

5 -суретте бұл кезеңнің қалай жұмыс істейтіні егжей -тегжейлі түсіндіріледі, бұл 1,5 л/мин шығымды өлшеуді көрсетеді.

5 -қадам: Үшінші кезең: Өлшенген мәнді көрсету

Бұл сатыда кірістер бар: a0, a1, a2 және a3 (кері) және 7 сегментті дисплейге қосылған түйреуіштерге шығарылады. Әр сегменттің қол жетімді LUT -термен жасалатын логикалық функциясы бар. 4-разрядты LUT тапсырманы өте оңай орындай алады, бірақ, өкінішке орай, олардың біреуі ғана қол жетімді. 4-разрядты LUT0 G сегменті үшін пайдаланылады, бірақ басқа сегменттер үшін біз 6-суретте көрсетілгендей 3 биттік LUT жұбын қолдандық. 3-разрядты LUT-тің сол жақ бөлігінде кірістерге a2/a1/a0 қосылған, ал оң жағында 3-разрядты LUT-тің кірістеріне a3 қосылған.

Барлық іздеу кестелерін 2-кестеде көрсетілген 7-сегменттегі декодерлік шындық кестесінен алуға болады. Олар 3-кестеде, 4-кестеде, 5-кестеде, 6-кестеде, 7-кестеде, 8-кестеде, 9-кестеде берілген.

7 сегментті дисплейді басқаратын GPIO басқару түйреуіштері «COUNT/DISP-IN» -ге «COUNT/DISP-IN» төмен болған кезде шығыс ретінде инвертор арқылы қосылады, яғни дисплей тек дисплей тапсырмасы кезінде ғана өзгереді. Сондықтан санау тапсырмасы кезінде дисплейлер ӨШІРІЛІП тұрады, ал тапсырманы көрсету кезінде олар импульстерді көрсетеді.

Он сегіздік дисплейде ондық нүкте көрсеткіші қажет болуы мүмкін. Осы себепті, «DP-OUT» деп белгіленген PIN5 кері «COUNT/DISP» желісіне қосылған және біз оны сәйкес дисплейдің DP-ге қосамыз. Біздің қосымшамызда сандарды «xx.x» форматында көрсету үшін бірліктерді санау құрылғысының ондық бөлшегін көрсету керек, содан кейін біз бірлік санау құрылғысының «DP-OUT» құрылғысын 7-дің DP кірісіне қосамыз. сегментті көрсетеді, ал басқаларын қоспай қалдырамыз.

6 -қадам: аппараттық құралдарды енгізу

7 -суретте GreenPAK -тің 3 чипі мен әрбір чиптің сәйкес дисплейге қосылуы арасындағы өзара байланыс көрсетілген. GreenPAK ондық нүктелік шығысы 7 сегментті дисплейдің DP кірісіне қосылады, бұл ағынның жылдамдығын минутына 0,1 литр рұқсатымен дұрыс форматта көрсетеді. LSB чипінің PWM кірісі су ағыны сенсорының PWM шығысына қосылған. Схемалардың F/10 шығысы келесі микросхеманың PWM кірістеріне қосылады. Ағын жылдамдығы жоғары және/немесе дәлдігі жоғары сенсорлар үшін көбірек цифрларды қосу үшін көп микросхемаларды каскадтауға болады.

7 -қадам: Нәтижелер

Жүйені тестілеу үшін, біз 20 істікшелі екі қатарлы аналық колонкалардың көмегімен GreenPAK розеткаларын қосатын қосқыштары бар қарапайым ПХД жасадық. Бұл ПХД схемасы мен макеті, сонымен қатар фотосуреттер Қосымшада берілген.

Жүйе алдымен 225 Гц жиілігінде импульстерді генерациялау арқылы ағын жылдамдығы сенсоры мен су көзін имитациялайтын Arduino -мен сыналды, бұл сәйкесінше 30 литр/минут ағынына сәйкес келеді. Өлшеу нәтижесі минутына 29,7 литр болды, қате шамамен 1 %.

Екінші сынақ су ағынының сенсорымен және үйдегі су көзімен жүргізілді. Әр түрлі ағын жылдамдығымен өлшеу 4,5 және 12,4 болды.

Қорытынды

Бұл нұсқаулық SLG46533 Dialog көмегімен шағын, арзан және дәл шығын өлшегішті қалай құруға болатынын көрсетеді. GreenPAK арқасында бұл дизайн салыстырмалы шешімдерге қарағанда кішірек, қарапайым және жасауға оңай.

Біздің жүйе ағынның жылдамдығын минутына 30 литрге дейін 0,1 литрмен өлшей алады, бірақ біз ағын датчигіне байланысты жоғары дәлдікпен жоғары ағындарды өлшеу үшін GreenPAK -ты көбірек қолдана аламыз. Dialog GreenPAK негізіндегі жүйе турбиналық шығын өлшегіштердің кең ауқымымен жұмыс жасай алады.

Ұсынылған шешім судың шығынын өлшеуге арналған, бірақ оны газ шығыны сенсоры сияқты PWM сигналын беретін кез келген сенсормен қолдануға бейімделуі мүмкін.