Su Debimetre Nasıl Oluşturulur: 7 Adım

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

GreenPAK™ bileşenleri kullanılarak doğru, küçük ve düşük maliyetli bir sıvı akış ölçer kolayca yapılabilir. Bu Eğitilebilir Tabloda, su akışını sürekli olarak ölçen ve onu 7 segmentli üç ekranda görüntüleyen bir su akış ölçer sunuyoruz. Akış sensörü ölçüm aralığı dakikada 1 ila 30 litredir. Sensörün çıkışı, su akış hızıyla orantılı bir frekansa sahip dijital bir PWM sinyalidir.

Üç GreenPAK Programlanabilir Karışık Sinyal Matrisi SLG46533 IC, bir T temel süresi içindeki darbe sayısını sayar. Bu temel süre, darbe sayısı o dönemdeki akış hızına eşit olacak şekilde hesaplanır, daha sonra bu hesaplanan sayı 7'de görüntülenir. -segment görüntüler. Çözünürlük 0.1 litre/dk'dır.

Sensörün çıkışı, kesirli sayıyı sayan birinci Karışık sinyal Matrisinin Schmitt tetikleyicisi olan bir dijital girişe bağlanır. Çipler, devam eden bir Karma Sinyal Matrisinin dijital girişine bağlı olan bir dijital çıkış yoluyla birlikte basamaklanır. Her cihaz 7 çıkış üzerinden 7 segmentli ortak katot ekrana bağlanır.

GreenPAK Programlanabilir Karışık Sinyal Matrisinin kullanılması, mikrodenetleyiciler ve ayrık bileşenler gibi diğer birçok çözüme tercih edilir. Bir mikro denetleyiciye kıyasla GreenPAK daha düşük maliyetlidir, daha küçüktür ve programlanması daha kolaydır. Ayrık bir lojik entegre devre tasarımı ile karşılaştırıldığında, aynı zamanda daha düşük maliyetlidir, inşa edilmesi daha kolaydır ve daha küçüktür.

Bu çözümü ticari olarak uygulanabilir kılmak için, sistem mümkün olduğunca küçük olmalı ve çeşitli koşullarda çalışabilmesi için suya, toza, buhara ve diğer etkenlere dayanıklı olacak şekilde su geçirmez, sert bir muhafaza içine yerleştirilmelidir.

Tasarımı test etmek için basit bir PCB inşa edildi. GreenPAK cihazları, 20 pinli çift sıra dişi başlık konnektörleri kullanılarak bu PCB'ye takılır.

Testler ilk kez bir Arduino tarafından üretilen darbeler kullanılarak yapılmış ve ikinci kez bir ev su kaynağının su akış hızı ölçülmüştür. Sistem %99 doğruluk göstermiştir.

GreenPAK çipinin Su Akış Ölçer'i kontrol etmek için nasıl programlandığını anlamak için gereken tüm adımları keşfedin. Ancak, sadece programlamanın sonucunu almak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için GreenPAK yazılımını indirin. GreenPAK Geliştirme Kitini bilgisayarınıza takın ve Su Akış Ölçerinizi kontrol etmek için özel IC'yi oluşturmak için programa basın. Devrenin nasıl çalıştığını anlamakla ilgileniyorsanız, aşağıda açıklanan adımları izleyin.

Adım 1: Sistemin Genel Açıklaması

Sıvı akış hızını ölçmenin en yaygın yollarından biri, tam olarak bir anemometre ile rüzgar hızını ölçme ilkesine benzer: rüzgarın hızı, anemometrenin dönüş hızıyla orantılıdır. Bu tip akış sensörünün ana kısmı, hızı içinden geçen sıvı akış hızıyla orantılı olan bir tür fırıldaktır.

Şekil 1'de gösterilen URUK firmasının su akış sensörü YF-S201'i kullandık. Bu sensörde, fırıldak üzerine monte edilmiş bir Hall Etkisi sensörü her devirde bir darbe verir. Çıkış sinyali frekansı, Q'nun litre/dakika cinsinden su akış hızı olduğu Formül 1'de sunulmaktadır.

Örneğin, ölçülen akış hızı 1 litre/dakika ise çıkış sinyali frekansı 7,5 Hz'dir. Akışın gerçek değerini 1.0 litre/dakika formatında görüntülemek için 1.333 saniyelik darbeleri saymamız gerekir. 1.0 litre/dakika örneğinde, sayılan sonuç 10 olacak ve yedi segmentli ekranlarda 01.0 olarak görüntülenecektir. Bu uygulamada iki görev ele alınmaktadır: ilki darbeleri saymak ve ikincisi sayma görevi tamamlandığında sayıyı göstermektir. Her görev 1.333 saniye sürer.

2. Adım: GreenPAK Tasarımcı Uygulaması

SLG46533, çok yönlü kombinasyon işlevi makrohücrelerine sahiptir ve bunlar Arama Tabloları, sayaçlar veya D-Flip-Flop'lar olarak yapılandırılabilir. GreenPAK'i uygulama için uygun kılan şey bu modülerliktir.

Programın 3 aşaması vardır: aşama (1) sistemin 2 görevi arasında geçiş yapmak için periyodik bir dijital sinyal üretir, aşama (2) akış sensörü darbelerini sayar ve aşama (3) kesirli sayıyı görüntüler.

Adım 3: Birinci Aşama: Sayma/Görüntüleme Anahtarlama

Her 1.333 saniyede bir durumu yüksek ve düşük arasında değiştiren bir dijital çıkış “COUNT/DISP-OUT” gereklidir. Yüksek olduğunda, sistem darbeleri sayar ve düşük olduğunda sayılan sonucu görüntüler. Bu, Şekil 2'de gösterildiği gibi kablolu DFF0, CNT1 ve OSC0 kullanılarak elde edilebilir.

OSC0 frekansı 25 kHz'dir. CNT1/DLY1/FSM1 bir sayaç olarak yapılandırılmıştır ve saat girişi CLK/4'e bağlanmıştır, böylece CNT1'in giriş saat frekansı 6,25 kHz olur. Denklem 1'de gösterildiği gibi süren ilk saat periyodu için, CNT1 çıkışı yüksektir ve bir sonraki saatin sinyali yükselen kenarından, sayaç çıkışı düşüktür ve CNT1 8332'den azalmaya başlar. CNT1 verisi 0'a ulaştığında, CNT1 çıkışında yeni bir darbe olur. oluşturuldu. CNT1 çıkışının her yükselen kenarında, DFF0 çıkışı durumu değiştirir, düşükse yüksek duruma geçer ve bunun tersi de geçerlidir.

DFF0'ın çıkış polaritesi, ters çevrilmiş olarak yapılandırılmalıdır. CNT1 8332'ye ayarlanmıştır çünkü sayma/görüntüleme süresi T Denklem 2'de gösterildiği gibidir.

Adım 4: İkinci Aşama: Giriş Darbelerinin Sayılması

Şekil 4'te gösterildiği gibi DFF3/4/5/6 kullanılarak 4 bitlik bir sayaç yapılır. Bu sayaç yalnızca PIN 9 olan “COUNT/DISP-IN” yüksek olduğunda her darbede artar. AND geçidi 2-L2 girişleri "COUNT/DISP-IN" ve PWM girişidir. Sayaç 10'a ulaştığında veya sayma aşaması başladığında sıfırlanır. Aynı ağ “RESET”e bağlı olan DFF'lerin RESET pinleri düşük olduğunda 4 bitlik sayıcı resetlenir.

4 bitlik LUT2, 10'a ulaştığında sayacı sıfırlamak için kullanılır. DFF çıkışları ters çevrildiği için, sayılar, ikili gösterimlerinin tüm bitleri ters çevrilerek tanımlanır: 0'ları 1'lerle değiştirmek ve tam tersi. Bu gösterime ikili sayının 1'in tümleyeni denir. 4-bit LUT2 girişleri IN0, IN1, IN2 ve IN3 sırasıyla a0, a1, a2, a3 ve a3'e bağlanır. 4-LUT2 için doğruluk tablosu Tablo 1'de gösterilmektedir.

10 darbe kaydedildiğinde, 4-LUT0'ın çıkışı yüksekten düşüğe değişir. Bu noktada, tek çekim modunda çalışmak üzere yapılandırılmış CNT6/DLY6'nın çıkışı, 90 ns'lik bir süre için düşük seviyeye geçer ve ardından tekrar açılır. Aynı şekilde, “COUNT/DISP-IN” düşükten yükseğe geçtiğinde, yani. sistem darbeleri saymaya başlar. Tek çekim modunda çalışmak üzere yapılandırılan CNT5/DLY5'in çıkışı 90 ns'lik bir süre için çok düşük olarak değişir ve ardından yeniden açılır. RESET düğmesini bir süre düşük seviyede tutmak ve tüm DFF'lerin sıfırlanması için zaman vermek üzere CNT5 ve CNT6 kullanarak tekrar açmak çok önemlidir. PWM sinyalinin maksimum frekansı 225 Hz olduğundan, 90 ns'lik bir gecikmenin sistem doğruluğu üzerinde hiçbir etkisi yoktur. CNT5 ve CNT6 çıkışları, RESET sinyali veren AND geçidinin girişlerine bağlanır.

4-LUT2'nin çıkışı da bir sonraki çipin sayma aşamasının PWM girişine bağlanacak olan "F/10-OUT" etiketli Pin 4'e bağlanır. Örneğin, kesirli sayma cihazının "PWM-IN"'i sensörün PWM çıkışına bağlıysa ve "F/10-OUT", birim sayma cihazının "PWM-IN" ve " İkincisinin F/10-OUT", onlarca sayma cihazının "PWM-IN" ine bağlanır vb. Tüm bu aşamaların "COUNT/DISP-IN"i, kesirli sayma cihazı için 3 cihazdan herhangi birinin aynı "COUNT/DISP-OUT" kısmına bağlanmalıdır.

Şekil 5, 1,5 litre/dakikalık bir akış hızının nasıl ölçüleceğini göstererek bu aşamanın nasıl çalıştığını ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Adım 5: Üçüncü Aşama: Ölçülen Değerin Görüntülenmesi

Bu kademenin girişleri a0, a1, a2 ve a3 (ters) olarak bulunur ve 7 segmentli ekrana bağlı pinlere çıkış verir. Her segmentin mevcut LUT'ler tarafından yapılacak mantıksal bir işlevi vardır. 4-bit LUT'lar işi çok kolay bir şekilde yapabilir ama maalesef sadece 1 adet mevcuttur. G segmenti için 4 bitlik LUT0 kullanılır, ancak diğer segmentler için Şekil 6'da gösterildiği gibi bir çift 3 bitlik LUT kullandık. En soldaki 3 bitlik LUT'lerin girişlerine a2/a1/a0 bağlanırken en sağdaki LUT'lar 3-bit LUT'ların girişlerine bağlı a3 vardır.

Tüm arama tabloları, Tablo 2'de gösterilen 7-bölümlü kod çözücü doğruluk tablosundan çıkarılabilir. Bunlar Tablo 3, Tablo 4, Tablo 5, Tablo 6, Tablo 7, Tablo 8, Tablo 9'da sunulmaktadır.

7-segment ekranı kontrol eden GPIO'ların kontrol pinleri, "COUNT/DISP-IN" düşük olduğunda çıkış olarak bir invertör aracılığıyla "COUNT/DISP-IN"e bağlanır, bu da ekranın yalnızca görüntüleme görevi sırasında değiştirildiği anlamına gelir. Bu nedenle, sayma görevi sırasında ekranlar KAPALI ve görüntüleme görevi sırasında sayılan darbeleri görüntüler.

7 segmentli ekranın bir yerinde ondalık nokta göstergesine ihtiyaç duyulabilir. Bu nedenle, "DP-OUT" etiketli PIN5, ters çevrilmiş "COUNT/DISP" ağına bağlanır ve onu ilgili ekranın DP'sine bağlarız. Bizim uygulamamızda birim sayma cihazının ondalık basamağını "xx.x" formatında göstermemiz gerekiyor, ardından birim sayma cihazının "DP-OUT" unu cihazın 7- DP girişine bağlayacağız. segment gösterimi ve diğerlerini bağlantısız bırakırız.

Adım 6: Donanım Uygulaması

Şekil 7, 3 GreenPAK yongası ile her bir yonganın ilgili ekranına bağlantıları arasındaki bağlantıyı göstermektedir. GreenPAK'ın ondalık nokta çıkışı, akış hızını 0,1 litre/dakika çözünürlükte doğru formatta göstermek için 7 segmentli ekranın DP girişine bağlanır. LSB çipinin PWM girişi, su akış sensörünün PWM çıkışına bağlanır. Devrelerin F/10 çıkışları aşağıdaki çipin PWM girişlerine bağlanmıştır. Daha yüksek akış hızlarına ve/veya daha yüksek hassasiyete sahip sensörler için, daha fazla rakam eklemek için daha fazla çip basamaklandırılabilir.

7. Adım: Sonuçlar

Sistemi test etmek için, 20 pinli çift sıra dişi başlıklar kullanarak GreenPAK soketlerini takmak için konektörleri olan basit bir PCB oluşturduk. Bu PCB'nin şematik ve yerleşimi ile fotoğraflar Ek'te sunulmuştur.

Sistem ilk olarak, sırasıyla 30 litre/dakika akış hızına karşılık gelen 225 Hz'de darbeler üreterek, bir akış hızı sensörünü ve sabit, bilinen bir akış hızına sahip bir su kaynağını simüle eden bir Arduino ile test edildi. Ölçüm sonucu 29.7 litre/dakika'ya eşit, hata yaklaşık %1'dir.

İkinci test, su akış hızı sensörü ve bir ev su kaynağı ile yapılmıştır. Farklı akış hızlarında ölçüm 4.5 ve 12.4 idi.

Çözüm

Bu Eğitilebilir Tablo, bir Dialog SLG46533 kullanılarak küçük, düşük maliyetli ve doğru bir akış ölçerin nasıl oluşturulacağını gösterir. GreenPAK sayesinde bu tasarım, karşılaştırılabilir çözümlerden daha küçük, daha basit ve oluşturulması daha kolaydır.

Sistemimiz 0,1 litre çözünürlükle 30 litre/dakikaya kadar bir debi ölçebilir, ancak akış sensörüne bağlı olarak daha yüksek debileri daha yüksek doğrulukla ölçmek için daha fazla GreenPAK kullanabiliriz. Dialog GreenPAK tabanlı bir sistem, çok çeşitli türbin akış ölçerlerle çalışabilir.

Önerilen çözüm, suyun akış hızını ölçmek için tasarlanmıştır, ancak gaz akış hızı sensörü gibi bir PWM sinyali veren herhangi bir sensörle kullanılmak üzere uyarlanabilir.