Жогорку тактыктагы температура контроллери: 6 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Илимде жана инженердик дүйнөдө температуранын байкалышы (термодинамикада атомдордун кыймылы) - бул клетканын биологиясынан баштап катуу күйүүчү ракета кыймылдаткычтарына жана түртүүлөрүнө чейин дээрлик бардык жерде каралышы керек болгон негизги физикалык параметрлердин бири. Компьютерлерде жана негизинен мен айтууну унуткан жерде. Бул аспаптын идеясы абдан жөнөкөй болчу. Микробдорду иштеп чыгууда мага жогоруда айтылгандарга байланыштуу ар кандай бузукулуктарды жаратпоо үчүн техниктер тарабынан колго жасалган продуктуларыбыздын ордуна программалык камсыздоону мүчүлүштүктөрдү текшере турган тесттик орнотуу керек болчу. Бул аспаптар ысып кетет, андыктан прибордун бардык бөлүктөрүн иштетип туруу үчүн температуранын туруктуу жана так көзөмөлү талап кылынат, жана бул анча маанилүү эмес. Маселени чечүү үчүн NTC термисторлорун колдонуу бир нече артыкчылыктарга ээ. NTC (терс температура коэффициенти) - бул температурага жараша каршылыкты өзгөртүүчү атайын термисторлор. Бул НТКлар "Deep-Sea Research 1968 vol.15, pp 497-503 Pergamon Press" макаласында сүрөттөлгөндөй Стэнели Харт жана Джон Стейнхарт тарабынан ачылган калибрлөө ыкмасы менен айкалышкан, менин ишимдеги эң жакшы чечим. Кагазда ушул типтеги түзүлүштөр менен температураны өлчөөнүн кеңири диапазондору (жүздөгөн Кельвиндер) талкууланат. Менин түшүнүгүм боюнча, инженердик жактан келип чыккан, система/сенсор канчалык жөнөкөй болсо, ошончолук жакшы. Эч ким суунун астында, километр тереңдикте, татаалдыгына байланыштуу температураны өлчөөдө көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн болгон нерсени каалабайт. Мен сенсордун окшош иштешине күмөн санайм, балким термопара каалайт, бирок ал кээ бир колдоо схемаларын талап кылат жана бул өтө так учурларда. Ошентип, келгиле, бир нече кыйынчылыктарга ээ болгон муздатуу системасынын дизайны үчүн бул экөөнү колдонобуз. Алардын кээ бирлери: ызы-чуунун деңгээли, реалдуу убакыттын эффективдүү тандоосу жана, балким, жогоруда айтылгандардын бардыгы оңдоо жана тейлөөнүн оңойлугу үчүн жөнөкөй жана ыңгайлуу пакетте, бирдикке болгон чыгымдар. Ошол эле учурда, камтылган программаны жазып жатканда, орнотуу барган сайын жакшырып, жакшырды. Качандыр бир кезде мен анын татаалдыгына байланыштуу өз алдынча инструментке айланышы мүмкүн экенин түшүндүм.

1-кадам: Стейнхарт-Харт тарабынан температураны калибрлөө

Уикипедияда керектүү температурага жана термистордун диапазонуна жараша термистордук коэффициенттерди эсептөөгө жардам бере турган сонун макала бар. Көпчүлүк учурларда коэффициенттер өтө кичине жана жөнөкөйлөтүлгөн формада теңдемеде этибарга алынбай калышы мүмкүн.

Стейнхарт -Харт теңдемеси - ар кандай температурадагы жарым өткөргүчтүн каршылыгынын модели. Теңдеме:

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

кайда:

T { displaystyle T} - бул температура (Келвинде) R { displaystyle R} - T (ом менен) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} жана C { displaystyle C} Штайнхарт -Харт коэффициенттери термистордун түрүнө жана моделине жана кызыккан температура диапазонуна жараша өзгөрөт. (Колдонулган теңдеменин эң жалпы формасы [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}} камтыйт

термин, бирок бул көбүнчө этибарга алынбайт, анткени ал адатта башка коэффициенттерге караганда бир топ кичине, ошондуктан жогоруда көрсөтүлгөн эмес.)

Теңдеменин иштеп чыгуучулары:

Теңдеме 1968 -жылы мамилени биринчи жолу жарыялаган John S. Steinhart жана Stanley R. Hart атындагы. [1] Профессор Стейнхарт (1929–2003), Америка геофизикалык союзунун жана Американын илимди өнүктүрүү ассоциациясынын мүчөсү, 1969 -жылдан 1991 -жылга чейин Висконсин -Мэдисон университетинин факультетинин мүчөсү болгон. [2] Доктор Харт, 1989 -жылдан бери Woods Hole океанографиялык институтунун улук илимий кызматкери жана Американын Геологиялык Коомунун, Американын Геофизикалык Биримдигинин, Геохимиялык Коомунун жана Европалык Геохимиянын Ассоциациясынын мүчөсү, [3] Карнеги Институтунда профессор Стейнхарт менен байланышта болгон. теңдеме иштелип чыккан кезде Вашингтондун.

Шилтемелер:

Джон С. Стейнхарт, Стэнли Р. Харт, термисторлор үчүн калибрлөө ийри сызыктары, Терең деңиз изилдөө жана океанографиялык рефераттар, 15-том, 4-саны, Август 1968, Барактар 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Висконсин-Мэдисон университетинин профессордук-окутуучулук курамы Джон С. Стейнхарттын өлүмү боюнча мемориалдык резолюциясы" (PDF). Висконсин университети. 5 Апрель 2004. Түпнускадан (PDF) 10 -июнда архивделген. 2015 -жылдын 2 -июлунда алынган.

"Доктор Стэн Харт". Woods Hole океанографиялык институту. Булагы: 2 Июль 2015.

2 -кадам: Ассамблея: Материалдар жана методдор

Курулушту баштоо үчүн биз Банктын ака (Материалдар жөнүндө мыйзам) менен кеңешип, кайсы тетиктерди колдонууну пландап жатканыбызды көрүшүбүз керек. БОМдон тышкары, ширетүүчү темир, бир нече ачкыч, отвертка жана ысык желим тапанча керек болот. Ыңгайлуулук үчүн жаныңызда болгон негизги электроника лабораториялык шаймандарын сунуштайт элем.

1. Прототипдөө тактасы-1
2. Hitachi LCD дисплейи-1
3. Орточо скважина 240В >> 5Вольт электр менен камсыздоо-1
4. Кызыл LED-3
5. Көк LED-3
6. Жашыл LED-1
7. Сары LED-1
8. OMRON релеси (DPDT же окшош 5 Вольт) -3
9. Потенциометр 5KOhm-1
10. Резисторлор (470Ohm)-бир нече
11. BC58 Транзистор-3
12. Диод-3
13. Төмөн түшүү чыңалуусун жөнгө салуучу-3
14. SMD LED (жашыл, кызыл) -6
15. MSP-430 микропроцессору (Ti 2553 же 2452) -2
16. Механикалык которгуч тормоз-алдында (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. Ritchco пластикалык кармагычтары-2
19. MSP -430 микропроцессору үчүн DIP розеткалары -4
20. Дубал розеткасы үчүн электр менен камсыздоо кабели-1
21. Өткөргүч зымдар (түрдүү түстөр) - көп
22. NTC Probe ака термистор 4k7 мааниси, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (милдеттүү эмес)
24. Муздатуучу күйөрмандар (милдеттүү эмес) бир нерсени муздатуу керек болсо-(1-3) (милдеттүү эмес)
25. NTC Probes-1 үчүн 5 тешиги бар таза алюминий радиатору
26. Пластикалык плиталар бургуланган тешиктер менен - 2
27. Гайкалар, болттар жана кээ бир бурамалар-20
28. PCB preff_board монтаждык розеткасына 2 зымдуу версиясы бар винти бар-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (милдеттүү эмес), экинчи фронталдык дисплей-1 катары кызмат кылат

Мен билем, анын материалдары боюнча чоң мыйзам долбоору жана кандайдыр бир татыктуу сумма талап кылынышы мүмкүн. Менин учурда, мен баарын жумуш берүүчүм аркылуу алам. Бирок, эгерде сиз балдар арзан кармагыңыз келсе, кошумча бөлүктөрдү эске албашыңыз керек. Калганынын бардыгын Farnell14, DigiKey жана/же кээ бир жергиликтүү электроника адистештирилген дүкөндөрүнөн алуу оңой.

Мен MSP-430 микропроцессор линиясын чечтим, анткени мен аларды тегеректеп жаттым. "AVRs" RISC MCU'ларды оңой эле тандай аласыз. Pico-Power технологиясы менен ATmega168 же ATmega644 сыяктуу бир нерсе. Башка AVR микропроцессору бул ишти аткарат. Мен чындыгында Atmel AVRдин чоң "фанбайымын". Айта кетчү нерсе, эгер сиз техникалык жактан келип, кандайдыр бир жакшы кураштырууну кааласаңыз, эч кандай Arduino тактасын колдонбоңуз, эгерде сиз автономдуу AVRлерди программалай алсаңыз, анда алда канча жакшы болмок, эгер андай болбосо программаны программалоого аракет кылыңыз. CPU жана түзмөккө кыстаруу.

3 -кадам: Ассамблея: Лайнерлөө жана кадамдар менен куруу …

Эң кичинекей компоненттерден монтажды баштоо жакшы башталыш. Smd компоненттери менен баштоо. Биринчи жолу Power-Busту, мен префондумдагыдай кылып, анан префборндун бардык бөлүктөрү Power-Busга эч кандай маршруту жана татаалдыгы жок оңой жеткидей кылып узартыңыз. Мен зымдарды преффорддун баардык жеринде колдондум, бул абдан жинди көрүнөт, бирок кийинчерээк прототип иштесе, туура ПХБны иштеп чыгууга болот.

• SMD бөлүктөрү (MSP-430 MCUнын кубаттуулугу үчүн, Vcc менен GND ортосунда)
• ширетүүчү күч-автобус жана зым (MSP-430га күч бере турган жол)
• ар кандай DIL розеткаларын (MSP-430 x 2 IC'лерин туташтыруу үчүн)
• анын ылайыктуу колдоосу менен төмөн түшүүчү чыңалуу жөнгө салгычтары (конденсаторлор, бийлик үчүн 5 >> 3,3 Вольт тамчы)
• ширетүүчү транзисторлор, жана реле үчүн резисторлор жана диоддор жана MCU менен интерфейс.
• ЖК дисплейдин жарыктыгын көзөмөлдөө үчүн 10k Ohm потенциометрин ширетүү.
• релелердин жанындагы светодиоддорду, эки абалдык индикатор кызыл/көк (көк = күйүк, кызыл = өчүк).
• Орнотуучу скважина 240Вольт >> 5 Вольттук электр менен камсыздоо блогу анын туташтыргычы менен.
• Электр энергиясынын жанында көк түстөгү механикалык которуштурууну (брейкке чейин жасоо).

Калганынын бардыгын ээрчитип алыңыз. Убакыттын жоктугунан мен түзмөктөн тийиштүү схемаларды түзгөн жокмун, бирок бул электроника фону менен абдан жөнөкөй. Лайкоо бүткөндөн кийин, электр чубалгыларын кыскартуунун алдын алуу үчүн, бардыгын текшерүү керек.

Эми ташуучу конструкцияны чогултуу убактысы келди. Сүрөттөрдөгүдөй эле, мен M3 өлчөмүндөгү тешиктери бар 2 х пластикалык пластинканы колдондум (пластинкага 4 х), узун бурамалар, гайкалар жана шайбалар иштеши үчүн, аралыктын болттору менен шайбалары мындай өз ара байланыш үчүн идеалдуу. Жашыл пластинкаларды чогуу кармоо үчүн, аларды эки жактан күчөтүү керек.

Алдын ала жуугучтарды кир жуугучтардын ортосуна салыш керек, мындай деди: бул кир жуугучтар диаметри чоң болушу керек (5мм чейин), андыктан префондду алардын ортосуна салып, анан бекемдей аласыз. Туура аткарылса, такта 90 ° бекем болот. Аны кармап туруунун дагы бир варианты, бул аралыктын болтторуна 90 ° бурч аркылуу орнотулган Ritcho пластикалык ПХБ кармагычтарын колдонуу болот, бул пластикалык бөлүктөрдү аралыктык болтко бурап коюуга жардам берет. Бул жерде сиз префондду туташтырып/тиркей алышыңыз керек.

Preffboard орнотулгандан кийин, LCD (16x2) Дисплей кийинки катары келет жана орнотулушу керек. Мен GPIO ^_ ^))))))) сактоо үчүн менди 4-бит режиминде колдоном. Сураныч, 4-биттик режимди колдонуңуз, антпесе, сизде долбоорду аягына чыгаруу үчүн GPIO жетишсиз болот. Арткы жарык, Vcc жана Gnd потенциометр аркылуу электр-автобуска кошулат. Дисплейдин маалымат шинасы кабелдери MSP-430 микроконтроллерине түздөн-түз кошулушу керек. Сураныч, санарип GPIO гана колдонуңуз. Аналогиялык GPIO бизге NTC үчүн керек. 5 x NTC түзмөктөрү бар, ошондуктан ал жерде тыгыз.

4-кадам: Ассамблеяны жана иштетүүнү аягына чыгаруу

Радиаторго зондорду/НТКларды 5 жолу орнотуу үчүн бургулоо жүргүзүлүшү керек. Мен бургуланган тешиктин диаметри жана тереңдиги үчүн сүрөт катары кошкон NTC маалымат барагын караңыз. Андан кийин бургуланган тешикти NTCдердин M3 өлчөмүндөгү башын кабыл алуу үчүн шайман менен тууралоо керек. 5 x NTC колдонуу - бул аппараттык орточо жана тегиздөөчү нерсе. MSP-430да 8 бит разряддагы ADC бар, андыктан 5 х сенсорлорго ээ болуу натыйжаларды орточо оңой алат. Биз Ghz процессорлорун бул жерге таштабайбыз, андыктан биздин камтылган дүйнөбүздө ар бир CPU сааты маанилүү. Экинчи орточо эсеп Firmwareде аткарылат. Ар бир NTC буттары бар жана борттогу ADC аркылуу маалыматтарды окуй алышы үчүн R (NTC)+R (def) турган чыңалуу бөлүштүргүч түзүлүшү керек. ADC порту ошол экөөнүн ортосуна тиркелиши керек. Кааласаңыз, сигналды күчөтүү үчүн OP-Amp кошсоңуз болот. Сураныч, NTC prpbes туташуу үчүн бул бөлүмдөгү сүрөттү караңыз.

Качан ширетүү аяктап, текшерилгенден кийин, кийинки кадам MSP-430 микроконтроллерин DIL розеткаларына орнотуу болуп саналат. Бирок алдын ала аларды программалоо керек. Бул кадамда, алдын ала сыноолор үчүн аппаратты (микроконтроллерсиз) күйгүзүүгө болот. Эгерде баары туура чогултулган болсо, анда аппарат күйгүзүлүшү керек жана реле кызыл LED менен көрсөтүлгөн, күйөрмандар иштеши керек жана дисплей күйүп турушу керек, бирок анда эч кандай маалымат жок, жалаң гана көк жарык.

5-кадам: Колдонуучу киргизүү, Ротари-Encoder жана Capacitive-Touch Booster-Pack

Киргизүүчү түзмөктүн болушу ар дайым жагымдуу, аны түзмөккө маалыматтарды киргизүү үчүн колдонсо болот. Туруктуу магнит менен магниттик Кнопка бул жерде жакшы тандоо. Анын милдети - радиатор блогуна орнотулган күйөрмандар үчүн температура чегине кирүү. Бул колдонуучуга үзгүлтүктөр аркылуу температуранын жаңы босогосун киргизүүгө мүмкүндүк берет. Жөн эле солго же оңго бурулуп, (20-100 ° C) диапазонунда баалуулуктарды кошууга же кемитүүгө болот. Төмөнкү маанини бөлмө температурасы аныктайт.

Бул баскычта санариптик сигналды микроконтроллерге өткөрүүчү чакан схема бар. Жогорку/төмөн логиканы киргизүү үчүн GPIO чечмелейт.

Экинчи киргизүү түзмөгү-Ti's capacitive touch booster-pack. Booster пакетин да колдонсо болот, бирок максаттуу MCU боюнча GPIO жоктугунан экөөнү тең колдонуу мүмкүн эмес. Booster пакети көптөгөн GPIOго өтөт.

Менин оюмча, Knob Booster-Packке караганда жакшыраак. Бирок тандоонун болгону жакшы. Эгерде Booster пакети керек болсо, анда аны колдонуу үчүн Tiден даяр китепкана бар. Мен бул жерде бул жөнүндө майда -чүйдөсүнө чейин барбайм.

6-кадам: Корутунду: Абанын температурасын өлчөө жана андан аркы идеялар ……

MCU орнотулгандан кийин, ал сиз менен учурашат жана андан кийин өлчөөгө өтөт. Микробдор адегенде күйөрмандарды абалда кармайт. 5 x NTC зонддорунда өлчөө сериясын баштайт, андан кийин алар бир абсолюттук мааниге бириктирилет. Андан кийин бул мааниге жана салыштырууга (колдонуучунун маалыматы) босогодо, ал DPDT релесине тиркелген күйөрмандарды (же каалаган түзмөктөрдү, башка нерселерди) күйгүзүп же өчүрөт. Ошол 3 х релеге өчүрүү же өчүрүү керек болгон нерселерди тиркеп койсоңуз болорун эске алыңыз. Релейлер 16 ампер токту өткөрө алат, бирок мен мындай чыгымдарга мындай оор жүктөрдү колдонууну баштоо туура эмес деп ойлойм.

Мен үмүт кылам, бул "нерсе" (^_^) …….. hehe кимдир бирөө үчүн пайдалуу болот. Глобалдык уюк акылына менин салымым ^^).

Кызык, кимдир бирөө аны курууга аракет кылат. Бирок алар жардам берсе, мен баарына кубаныч менен жардам берем. Менде CCS жана Energia программалары бар. Балдар керек болсо мага кабарлап койгулачы. Ошондой эле суроолор жана сунуштар жөнүндө мага жазуудан тартынба. "Sunny" Германиядан салам.