Yuqori aniqlikdagi haroratni nazorat qilish moslamasi: 6 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Ilm -fan va muhandislik olamida haroratni (termodinamikadagi atomlarning harakati) kuzatib borish, deyarli hamma joyda, hujayra biologiyasidan tortib qattiq yoqilg'i raketa dvigatellari va zarbalariga qadar hisobga olinishi kerak bo'lgan asosiy fizik parametrlardan biridir. Kompyuterlarda va asosan men aytishni unutgan hamma joyda. Bu asbobning g'oyasi juda oddiy edi. Dasturiy ta'minotni ishlab chiqayotganda, men sinovdan o'tishni xohladim, bu erda men mahsulotni emas, balki texnik tomonidan qo'lda ishlab chiqarilgan dasturiy ta'minotni xatolarga tekshirib ko'rsata olaman. Bu asboblar tez -tez qizib ketadi, shuning uchun asbobning barcha qismlarini ishga tushirish uchun haroratni doimiy va aniq nazorat qilish kerak, lekin bu unchalik muhim emas. Vazifani hal qilish uchun NTC termistorlaridan foydalanish bir qancha afzalliklarga ega. NTC (salbiy harorat koeffitsienti) - bu haroratga qarab qarshilikni o'zgartiradigan maxsus termistorlar. Stanelli Xart va Jon Shteynxart tomonidan kashf etilgan kalibrlash usuli bilan birlashtirilgan ushbu NTClar "Chuqur dengiz tadqiqotlari 1968 jild, 15-bet, 497-503-pergamon press" maqolasida tasvirlanganidek, mening ishimda eng yaxshi echimdir. Maqolada ushbu turdagi asboblar yordamida haroratni keng o'lchash usullari (yuzlab Kelvinlar …) muhokama qilinadi. Mening tushunishimcha, muhandislik ma'lumotidan kelib chiqqan holda, tizim/sensor qanchalik sodda bo'lsa, shuncha yaxshi bo'ladi. Hech kim, suv ostida, kilometr chuqurlikda, murakkabligi tufayli haroratni o'lchashda muammolarga olib kelishi mumkin bo'lgan juda murakkab narsaga ega bo'lishni xohlamaydi. Men sensorning xuddi shunday ishlashiga shubha qilaman, ehtimol termojuft ham shunday bo'lishi mumkin, lekin bu ba'zi qo'llab -quvvatlash sxemalarini talab qiladi va bu juda aniq holatlarda. Keling, bir nechta qiyinchiliklarga ega bo'lgan sovutish tizimini loyihalash uchun bu ikkalasidan foydalanaylik. Ulardan ba'zilari quyidagilardir: shovqin darajasi, real vaqt qiymatining samarali tanlanishi va, ehtimol, yuqorida aytilganlarning hammasi oddiy va qulay to'plamda, shuningdek ta'mirlash va texnik xizmat ko'rsatish qulayligi uchun, har bir birlik uchun xarajatlar. Dasturiy ta'minot yozilayotganda, sozlash yanada yaxshilandi va yaxshilandi. Bir payt men uning murakkabligi tufayli mustaqil asbobga aylanishi mumkinligini tushundim.

1-qadam: Shtaynxart-Xart tomonidan haroratni kalibrlash

Vikipediyada kerakli harorat va termistor diapazoniga qarab termistor koeffitsientlarini hisoblashga yordam beradigan yaxshi maqola bor. Ko'p hollarda koeffitsientlar juda kichik va ularni soddalashtirilgan shaklda tenglamada e'tiborsiz qoldirish mumkin.

Shteynxart -Xart tenglamasi yarimo'tkazgichning har xil haroratdagi qarshilik modelidir. Tenglama quyidagicha:

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

qayerda:

T { displaystyle T} - harorat (Kelvinda) Shtaynxart -Xart koeffitsientlari termistorning turiga va modeliga va qiziqish diapazoniga qarab o'zgaradi. (Amaldagi tenglamaning eng umumiy shakli [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ ln (R)]^{2}} ni o'z ichiga oladi.

atama, lekin bu ko'pincha e'tibordan chetda qoladi, chunki u odatda boshqa koeffitsientlarga qaraganda ancha kichik va shuning uchun yuqorida ko'rsatilmagan.)

Tenglamani ishlab chiquvchilar:

Tenglama 1968 yilda munosabatlarni birinchi marta nashr etgan Jon S. Steynxart va Stenli R. Xart sharafiga nomlangan. [1] Professor Shteynxart (1929–2003), Amerika Geofizika Ittifoqi va Amerika Ilm -fan taraqqiyoti assotsiatsiyasining a'zosi, 1969 yildan 1991 yilgacha Viskonsin -Madison universiteti fakulteti a'zosi bo'lgan. [2] Doktor Xart, 1989 yildan beri Woods Hole Okeanografiya Institutining katta ilmiy xodimi va Amerika Geologiya Jamiyati, Amerika Geofizika Ittifoqi, Geokimyoviy Jamiyati va Evropa Geokimyo Assotsiatsiyasi a'zosi, [3] Karnegi Institutida professor Shteynxart bilan bog'liq edi. tenglama ishlab chiqilganda Vashington.

Manbalar:

Jon S. Steynxart, Stenli R. Xart, termistorlar uchun kalibrlash egri chiziqlari, Chuqur dengiz tadqiqotlari va okeanografik referatlar, 15-jild, 4-son, 1968 yil avgust, 497-503-betlar, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Viskonsin-Madison universiteti professor-o'qituvchisi, professor Jon S. Shtaynxartning o'limi haqidagi memorial qaror" (PDF). Viskonsin universiteti. 5 aprel 2004. Asl nusxadan arxivlangan (PDF) 10 -iyun, 2010. Qabul qilingan: 2 -iyul, 2015 -yil.

"Doktor Sten Xart". Woods Hole Okeanografiya Instituti. Qabul qilingan 2 iyul 2015.

2 -qadam: yig'ilish: materiallar va usullar

Qurilishni boshlash uchun biz BOM aka (Materiallar to'g'risidagi qonun) bilan maslahatlashib, qaysi qismlardan foydalanishni rejalashtirayotganimizni ko'rishimiz kerak. BOMdan tashqari, lehim-temir, bir nechta kalit, tornavida va issiq yopishtiruvchi qurol kerak bo'ladi. Qulaylik uchun yoningizda bo'lgan asosiy elektronika laboratoriya asboblarini tavsiya qilaman.

1. Prototiplash taxtasi-1
2. Hitachi LCD displeyi-1
3. O'rtacha quduq 240V >> 5Volt quvvat manbai-1
4. Qizil LED-3
5. Moviy LED-3
6. Yashil LED-1
7. Sariq LED-1
8. OMRON o'rni (DPDT yoki shunga o'xshash 5 voltli) -3
9. Potentsiometr 5KOhm-1
10. Rezistorlar (470 Ohm)-bir nechta
11. BC58 tranzistor-3
12. Diyot-3
13. Past kuchlanishli voltaj regulyatori-3
14. SMD LEDlari (yashil, qizil) -6
15. MSP-430 mikroprotsessori (Ti 2553 yoki 2452) -2
16. Mexanik kalit Tormozdan oldin (240V 60Hz) -1
17. Rotary-kodlovchi-1
18. Ritchco plastik ushlagichlari-2
19. MSP -430 mikroprosessor -4 uchun DIP rozetkalari
20. Elektr rozetkasi uchun elektr ta'minoti kabeli-1
21. Jumper simlari (turli xil ranglar) - juda ko'p
22. NTC Probe aka termistor 4k7 qiymati, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1-Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (ixtiyoriy)
24. Sovutish fanatlari (ixtiyoriy), agar biror narsani sovutish kerak bo'lsa-(1-3) (ixtiyoriy)
25. NTC Prob-1 uchun 5 ta teshikli sof alyumin radiator
26. Burg'ulash teshiklari bo'lgan plastmassa plitalar - 2
27. Yong'oq, murvat va ba'zi vintlardek tashuvchi konstruktsiyasini yig'ish uchun-20 dona
28. PCB preff_board o'rnatish soketining 2-simli vintli ichi-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (ixtiyoriy), ikkinchi frontal displey-1 vazifasini bajaradi.

Men bilaman, bu juda katta miqdordagi materiallar hisobi va yaxshi pul talab qilishi mumkin. Mening vaziyatimda men hamma narsani ish beruvchim orqali olaman. Agar siz uni arzon narxda saqlamoqchi bo'lsangiz, ixtiyoriy qismlarni hisobga olmang. Qolgan hamma narsani Farnell14, DigiKey va/yoki mahalliy elektronika ixtisoslashtirilgan do'konlaridan olish oson.

Men MSP-430 mikroprotsessor liniyasini tanlashga qaror qildim, chunki ular atrofga yotqizilgan. "AVR" RISC MCU -ni osongina tanlash mumkin bo'lsa -da. Pico-Power texnologiyali ATmega168 yoki ATmega644 kabi bir narsa. Boshqa AVR mikroprotsessori bu ishni bajaradi. Men aslida Atmel AVR -ning katta "fanoyiman". Ta'kidlash joizki, agar siz texnik ma'lumotga ega bo'lsangiz va yaxshi montaj qilishni xohlasangiz, hech qanday Arduino kartasini ishlatmang, agar siz mustaqil AVR -ni dasturlay olsangiz, bu juda yaxshi bo'lar edi, agar bo'lmasa, dasturni dasturlashga harakat qiling. CPU va qurilmaga joylashtiring.

3 -qadam: O'rnatish: Lehimlash va bosqichma -bosqich qurish

Eng kichik qismlardan lehimlashni yig'ishni boshlash yaxshi boshlanishdir. Smd komponentlari va simlardan boshlang. Quvvat avtobusini avval, xuddi men, xuddi old panelimda bo'lgani kabi, lehimlang, so'ngra old panelning barcha qismlari hech qanday yo'nalish va murakkabliksiz Power-Bus-ga osongina kira oladigan qilib, uzunroq qilib qo'ying. Men old panelga simlarni ishlatardim va bu juda aqldan ozgan ko'rinadi, lekin keyinchalik prototip ishlagandan so'ng, to'g'ri PCBni loyihalash mumkin.

• lehim SMD qismlari (MSP-430 MCU quvvat ko'rsatkichi uchun, Vcc va GND o'rtasida)
• payvandlash-avtobus va simlar (MSP-430 ga quvvat beradigan yo'l)
• har xil DIL rozetkalarini lehimlang (MSP-430 x 2 IC ni ulash uchun
• mos keladigan qo'llab-quvvatlanadigan past kuchlanishli voltaj regulyatorlarini lehimlang (kondansatörler, quvvat 5 >> 3,3 volts pasayishi uchun)
• lehim tranzistorlari va o'rni va MCU bilan o'zaro bog'lanish uchun rezistorlar va diodlar.
• LCD displeyning yorqinligini boshqarish uchun 10k Ohmlik potansiyometrni lehimlang.
• o'rni yonidagi LEDlarni lehimlang, ikki holatli indikator qizil/ko'k (ko'k = yoqilgan, qizil = o'chirilgan).
• O'rtacha quduq 240Volts >> 5 voltli quvvat manbai blokini ulagichlari bilan lehimlang.
• Quvvat manbai yonidagi ko'k mexanik kalitni lehimlang.

Qolgan hamma narsani lehimlang. Vaqt etishmasligi tufayli qurilmadan to'g'ri sxemalar yaratmadim, lekin elektronika fonida hamma narsa juda oddiy. Lehimlash tugagandan so'ng, elektr uzatish liniyalarining har qanday qisqarishini oldini olish uchun hamma narsa to'g'ri ulanishi uchun tekshirilishi kerak.

Endi tashuvchi konstruktsiyasini yig'ish vaqti keldi. Rasmlarda bo'lgani kabi, men M3 o'lchamdagi teshiklari bo'lgan 2 ta plastinka plastinkasidan foydalandim (har bir plastinkada 4 marta), uzun vintlardek, yong'oq va kir yuvish mashinalari, masofali murvat va kir yuvish mashinalari bunday o'zaro bog'lanish uchun juda mos keladi. Yashil plastinkalarni bir -biriga yopishtirish uchun ularni ikki tomondan tortish kerak.

Old panelni oldingi kir yuvish mashinalari orasiga qo'yish kerak, ya'ni old yuvish mashinalari diametri 5 mm gacha bo'lishi kerak, shunda ular old panelni orasiga qo'yib, keyin mahkamlashi mumkin. To'g'ri bajarilsa, taxta 90 ° qattiq turadi. O'rnatishning yana bir varianti - bu murvatlarga 90 ° burchak bilan o'rnatilgan Ritcho plastik tenglikni ushlagichlaridan foydalanish, bu esa plastik qismlarni masofaviy murvatlarga burab qo'yishga yordam beradi. Bu vaqtda siz old panelni ulashingiz/ulashingiz kerak.

Old panelni o'rnatgandan so'ng, LCD displey (16x2) keyingi o'rinda turadi va uni o'rnatish kerak. Men GPIO ^_ ^)))))) ni saqlash uchun men 4-bitli rejimda foydalanaman. Iltimos, 4-bitli rejimdan foydalaning, aks holda sizda loyihani yakunlash uchun etarli GPIO bo'lmaydi. Orqa yorug'lik, Vcc va Gnd potentsiometr orqali quvvat avtobusiga lehimlanadi. Ma'lumot uzatish avtobusining kabellari to'g'ridan-to'g'ri MSP-430 mikrokontrolleriga lehimli bo'lishi kerak. Iltimos, faqat raqamli GPIO -dan foydalaning. NTC uchun bizga kerak bo'lgan analog GPIO. 5 ta NTC qurilmasi bor, shuning uchun u juda qattiq.

4-qadam: O'rnatish va quvvatlashni yakunlash

Radiatorga problarni/NTClarni 5 x dona o'rnatish uchun burg'ulashni bajarish kerak. Burg'ulash teshigining diametrlari va chuqurligi uchun rasm sifatida qo'shgan NTC ma'lumotlar jadvaliga qarang. Keyinchalik, burg'ulash teshigi NTClarning M3 o'lchamli boshini qabul qilish uchun asbob bilan sozlanishi kerak. 5 x NTC -dan foydalanish - bu apparatni o'rtacha va tekislash. MSP-430 8-bitli ADC-ga ega, shuning uchun 5 x datchiklarga ega bo'lish, natijalarni o'rtacha hisoblash oson bo'ladi. Biz bu erda Ghz protsessorlarini tashlamaymiz, shuning uchun bizning dunyomizda har bir protsessor soati muhim ahamiyatga ega. Ikkinchi darajali o'rtacha dasturiy ta'minot dasturida amalga oshiriladi. Har bir NTC oyoqli bo'lishi kerak va bortdagi ADC orqali ma'lumotlarni o'qish uchun R (NTC)+R (def) dan tashkil topgan kuchlanish bo'luvchi hosil bo'lishi kerak. ADC porti ikkalasining o'rtasiga biriktirilgan bo'lishi kerak. R (def) - bu ikkinchi rezistor bo'lib, u 0,1 % yoki undan yuqori, odatda R (NTC) oralig'ida bo'lishi kerak. Majburiy emas, siz signalni kuchaytirish uchun OP-Amp qo'shishingiz mumkin. Iltimos, NTC prpbes -ni ulash uchun ushbu bo'limdagi rasmga qarang.

Lehimlash tugallangach va tekshirilgandan so'ng, keyingi qadam MSP-430 mikrokontrollerini DIL rozetkalariga o'rnatishdir. Lekin ularni oldindan dasturlash kerak. Ushbu bosqichda, dastlabki sinovlar uchun qurilmani (mikrokontroldorisiz) yoqish mumkin. Agar hamma narsa to'g'ri yig'ilgan bo'lsa, qurilma yoqilishi kerak va o'rni qizil LEDlar bilan ko'rsatilmagan holatda bo'lishi kerak va fanatlar ishlashi va ko'rsatilishi kerak, lekin hech qanday ma'lumotsiz, faqat ko'k orqa chiroq.

5-qadam: Foydalanuvchi kiritish, Rotary-Enkoder va Capacitive-Touch Booster-Pack

Ma'lumot kiritish uchun qurilmadan foydalanish har doim yoqimli. Doimiy magnitli magnitli tugma bu erda yaxshi tanlovdir. Uning vazifasi - radiator blokiga o'rnatilgan fanatlar uchun harorat chegarasini kiritish. Bu foydalanuvchiga uzilishlar orqali harorat uchun yangi chegarani kiritishga imkon beradi. Faqat chapga yoki o'ngga burilib, (20-100 ° C) oralig'idagi qiymatlarni qo'shish yoki olib tashlash mumkin. Pastroq qiymat xonadagi muhit harorati bilan belgilanadi.

Ushbu tugmachada raqamli signalni mikrokontrolderga uzatuvchi kichik sxemasi mavjud. Yuqori/past mantiq GPIO tomonidan kirish uchun talqin qilinadi.

Ikkinchi kirish qurilmasi-Ti sig'imli sensorli kuchaytirgich. Booster-pack-dan ham foydalanish mumkin, lekin maqsadli MCU-da GPIO yo'qligi sababli ikkalasini ham ishlatish mumkin emas. Booster to'plami ko'plab GPIO -ga o'tadi.

Menimcha, Knob Booster-Pack-ga qaraganda yaxshiroq. Ammo tanlov qilish yaxshidir. Agar Booster to'plami kerak bo'lsa, undan foydalanish uchun Ti -dan tayyor kutubxona mavjud. Men bu erda bu haqda batafsil ma'lumot bermayman.

6-qadam: Xulosa: Atrof-muhit harorati o'lchovlari va boshqa g'oyalar

MCU o'rnatilgandan so'ng, u sizni kutib oladi va keyin o'lchovlarga o'tadi. Dasturiy ta'minot birinchi navbatda muxlislarni yopiq holatda ushlab turadi. 5 x NTC zondlari bo'yicha o'lchovlar seriyasini boshlaydi, so'ngra ular bitta mutlaq qiymatga birlashtiriladi. Keyin bu qiymat va taqqoslash (foydalanuvchi ma'lumotlari) chegarasida DPDT o'rni biriktirilgan fanatlar (yoki kerakli qurilmalar, boshqa narsalar) yoqiladi yoki o'chadi. O'chirish yoki o'chirish kerak bo'lgan har qanday narsani 3 x o'rni qo'shishingiz mumkinligini o'ylab ko'ring. Röleler 16 Amper oqimini o'tkazishga qodir, lekin menimcha, bunday chiqimlarga og'ir yuklarni ishlatishni boshlash yaxshi emas.

Umid qilamanki, bu "narsa" (^_^) …….. hehe kimgadir foydali bo'ladi. Mening global uyali aqlga qo'shgan hissam ^^).

Qiziq, kimdir uni qurishga harakat qiladi. Ammo, agar ular shunday bo'lsa, men xursandchilik bilan hamma narsada yordam beraman. Menda CCS va Energia dasturlari bor. Iltimos, bolalar, agar kerak bo'lsa, menga xabar bering. Menga savol va takliflar haqida yozing. "Quyoshli" Germaniyadan salom.