DIY Sıcaklık Frekans Dönüştürücü: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Sıcaklık sensörleri en önemli fiziksel sensör türlerinden biridir, çünkü birçok farklı süreç (günlük yaşamda da) sıcaklık tarafından düzenlenir. Ayrıca, sıcaklık ölçümü, madde akış hızı, sıvı seviyesi vb. gibi diğer fiziksel parametrelerin dolaylı olarak belirlenmesine olanak tanır. Tipik olarak, sensörler ölçülen fiziksel değeri bir analog sinyale dönüştürür ve sıcaklık sensörleri burada bir istisna değildir. CPU veya bilgisayar tarafından işlenmesi için, analog sıcaklık sinyali dijital bir forma dönüştürülmelidir. Böyle bir dönüştürme için yaygın olarak pahalı analog-dijital dönüştürücüler (ADC'ler) kullanılır.

Bu Talimatın amacı, GreenPAK™ kullanarak bir sıcaklık sensöründen gelen analog sinyalin orantılı frekanslı bir dijital sinyale doğrudan dönüştürülmesi için basitleştirilmiş bir teknik geliştirmek ve sunmaktır. Ardından, sıcaklığa bağlı olarak değişen bir dijital sinyalin frekansı, oldukça yüksek bir doğrulukla daha kolay ölçülebilir ve daha sonra gerekli ölçü birimlerine dönüştürülebilir. Bu tür doğrudan dönüşüm, pahalı analogdan dijitale dönüştürücülerin kullanımına gerek olmaması gerçeğiyle ilk etapta ilginçtir. Ayrıca, dijital sinyal iletimi analogdan daha güvenilirdir.

Aşağıda, GreenPAK çipinin sıcaklıktan frekans dönüştürücüye dönüştürmek için nasıl programlandığını anlamak için gereken adımları açıkladık. Ancak, sadece programlamanın sonucunu almak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için GreenPAK yazılımını indirin. GreenPAK Geliştirme Kitini bilgisayarınıza takın ve sıcaklık-frekans dönüştürücü için özel IC'yi oluşturmak için programa basın.

Adım 1: Tasarım Analizi

Farklı tipte sıcaklık sensörleri ve bunların sinyal işleme devreleri, başta sıcaklık aralığı ve doğruluk olmak üzere özel gereksinimlere bağlı olarak kullanılabilir. En yaygın olarak kullanılanlar, artan sıcaklıkla elektrik dirençlerinin değerini azaltan NTC termistörleridir (bkz. Şekil 1). Metal dirençli sensörlere (RTD'ler) kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptirler ve çok daha düşük maliyetlidirler. Termistörlerin ana dezavantajı, karakteristik "direnç ve sıcaklık" arasındaki doğrusal olmayan bağımlılıklarıdır. Bizim durumumuzda, bu önemli bir rol oynamaz, çünkü dönüşüm sırasında frekansın termistör direncine ve dolayısıyla sıcaklığa tam olarak uygunluğu vardır.

Şekil 1, termistör direncinin sıcaklığa karşı grafiksel bağımlılığını gösterir (üretici veri sayfalarından alınmıştır). Tasarımımız için, 25 °C'de tipik 10 kOhm dirençli iki benzer NTC termistör kullandık.

Sıcaklık sinyalinin orantılı bir frekansın çıkış dijital sinyaline doğrudan dönüştürülmesinin temel fikri, klasik bir halkanın parçası olarak jeneratörün frekans ayarlı R1C1 devresinde, R1 termistörünün C1 kapasitörü ile birlikte kullanılmasıdır. üç “NAND” mantık elemanı kullanan osilatör. R1C1'in zaman sabiti sıcaklığa bağlıdır, çünkü sıcaklık değiştiğinde termistörün direnci de buna göre değişecektir.

Çıkış dijital sinyalinin frekansı Formül 1 kullanılarak hesaplanabilir.

Adım 2: SLG46108V'ye Dayalı Sıcaklık - Frekans Dönüştürücüler

Bu tip osilatör, giriş diyotlarından geçen akımı sınırlamak ve devrenin giriş elemanları üzerindeki yükü azaltmak için tipik olarak bir direnç R2 ekler. R2'nin direnç değeri, R1'in direncinden çok daha küçükse, aslında üretim frekansını etkilemez.

Sonuç olarak, GreenPAK SLG46108V'ye dayalı olarak, sıcaklıktan frekansa dönüştürücünün iki çeşidi oluşturulmuştur (bkz. Şekil 5). Bu sensörlerin uygulama devresi Şekil 3'te sunulmuştur.

Tasarım, daha önce de söylediğimiz gibi oldukça basittir, bir dijital giriş (PIN#3) ve iki dijital çıkış (PIN) ile bir halka osilatörü (bkz. Şekil 4 ve Şekil 2) oluşturan üç NAND elemanından oluşan bir zincirdir. #6 ve PIN#8) harici devreye bağlantı için.

Şekil 5'teki fotoğraf yerleri aktif sıcaklık sensörlerini göstermektedir (ölçek için bir sentlik madeni para).

Adım 3: Ölçümler

Bu aktif sıcaklık sensörlerinin doğru çalışmasını değerlendirmek için ölçümler yapılmıştır. Sıcaklık sensörümüz, içindeki sıcaklığı 0,5 °С hassasiyetle değiştirilebilen kontrollü bir odaya yerleştirildi. Çıkış dijital sinyalinin frekansı kaydedilmiş ve sonuçlar Şekil 6'da sunulmuştur.

Gösterilen grafikten görülebileceği gibi, frekans ölçümleri (yeşil ve mavi üçgenler) yukarıda verilen Formül 1'e göre teorik değerlerle (siyah ve kırmızı çizgiler) neredeyse tamamen örtüşmektedir. Sonuç olarak, sıcaklığı frekansa dönüştürmenin bu yöntemi doğru çalışıyor.

Adım 4: SLG46620V'ye Dayalı Üçüncü Aktif Sıcaklık Sensörü

Ayrıca, görünür sıcaklık göstergesi ile basit işleme olasılığını göstermek için üçüncü bir aktif sıcaklık sensörü inşa edildi (bkz. Şekil 7). 10 gecikme öğesi içeren GreenPAK SLG46620V'yi kullanarak, her biri belirli bir frekansın sinyalini algılamak üzere yapılandırılmış on frekans dedektörü (bkz. Şekil 9) oluşturduk. Bu şekilde, on özelleştirilebilir gösterge noktasına sahip basit bir termometre oluşturduk.

Şekil 8, on sıcaklık noktası için ekran göstergeleri ile aktif sensörün üst seviye şemasını göstermektedir. Bu ek fonksiyon, üretilen dijital sinyali ayrı ayrı analiz etmeden sıcaklık değerini görsel olarak tahmin etmek mümkün olduğundan kullanışlıdır.

Sonuçlar

Bu Eğitilebilir Tabloda, Dialog'un GreenPAK ürünlerini kullanarak bir sıcaklık sensörü analog sinyalini frekans modülasyonlu bir dijital sinyale dönüştürmek için bir yöntem önerdik. GreenPAK ile birlikte termistörlerin kullanılması, pahalı analogdan dijitale dönüştürücüler kullanmadan ve analog sinyalleri ölçme gereksinimini ortadan kaldırarak öngörülebilir ölçümlere olanak tanır. GreenPAK, oluşturulan ve test edilen prototip örneklerinde gösterildiği gibi, bu tür özelleştirilebilir sensörün geliştirilmesi için ideal çözümdür. GreenPAK, çeşitli devre çözümlerinin uygulanması için gerekli olan çok sayıda işlevsel eleman ve devre bloğu içerir ve bu, son uygulama devresinin harici bileşenlerinin sayısını büyük ölçüde azaltır. Düşük güç tüketimi, küçük çip boyutu ve düşük maliyet, birçok devre tasarımı için ana kontrolör olarak GreenPAK'i seçmenin ek bir avantajıdır.