DIY temperatur till frekvensomvandlare: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Temperatursensorer är en av de viktigaste typerna av fysiska sensorer, eftersom många olika processer (även i vardagen) regleras av temperaturen. Dessutom möjliggör temperaturmätningen indirekt bestämning av andra fysiska parametrar, såsom materialflödeshastighet, vätskenivå, etc. Normalt omvandlar sensorer det uppmätta fysiska värdet till en analog signal, och temperaturgivare är inget undantag här. För bearbetning med CPU eller dator måste den analoga temperatursignalen konverteras till en digital form. För en sådan omvandling används vanligtvis dyra analog-till-digital-omvandlare (ADC).

Syftet med denna instruerbara är att utveckla och presentera en förenklad teknik för direkt konvertering av den analoga signalen från en temperatursensor till en digital signal med proportionell frekvens med hjälp av GreenPAK ™. Därefter kan frekvensen för en digital signal som varierar beroende på temperatur mätas lättare med ganska hög noggrannhet och sedan omvandlas till erforderliga måttenheter. Sådan direktomvandling är i första hand intressant av det faktum att det inte behövs några dyra analog-till-digital-omvandlare. Dessutom är digital signalöverföring mer pålitlig än analog.

Nedan beskrivs stegen som behövs för att förstå hur GreenPAK -chipet har programmerats för att skapa temperatur till frekvensomvandlaren. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa den anpassade IC för temperatur till frekvensomvandlaren.

Steg 1: Designanalys

Olika typer av temperatursensorer och deras signalbehandlingskretsar kan användas beroende på specifika krav, främst inom temperaturområde och noggrannhet. De mest använda är NTC -termistorer, som minskar värdet på deras elektriska motstånd med stigande temperatur (se figur 1). De har en betydligt högre temperaturkoefficient för motstånd jämfört med metallresistiva sensorer (RTD) och de kostar mycket mindre. Den största nackdelen med termistorer är deras olinjära beroende av det karakteristiska "motståndet mot temperaturen". I vårt fall spelar detta ingen betydande roll eftersom det under konvertering sker en exakt överensstämmelse mellan frekvensen och termistorresistansen, och därför temperaturen.

Figur 1 visar det grafiska beroendet av termistormotstånd mot temperatur (som togs från tillverkarens datablad). För vår design använde vi två liknande NTC -termistorer med ett typiskt motstånd på 10 kOhm vid 25 ° C.

Grundtanken med den direkta omvandlingen av temperatursignalen till den digitala utsignalen med en proportionell frekvens är användningen av termistorn R1 tillsammans med kondensatorn C1 i generatorns frekvensinställande R1C1-krets, som en del av en klassisk ring oscillator som använder tre "NAND" logiska element. Tidskonstanten på R1C1 beror på temperaturen, för när temperaturen ändras kommer termistorns motstånd att förändras därefter.

Frekvensen för den digitala utsignalen kan beräknas med hjälp av formel 1.

Steg 2: Temperatur till frekvensomvandlare Baserat på SLG46108V

Denna typ av oscillator lägger normalt till ett motstånd R2 för att begränsa strömmen genom ingångsdioderna och minska belastningen på ingångselementen i kretsen. Om motståndsvärdet för R2 är mycket mindre än motståndet för R1 påverkar det faktiskt inte genereringsfrekvensen.

Följaktligen konstruerades två varianter av temperatur till frekvensomvandlaren, baserat på GreenPAK SLG46108V (se figur 5). Applikationskretsen för dessa sensorer presenteras i figur 3.

Designen, som vi redan har sagt, är ganska enkel, det är en kedja av tre NAND -element som bildar en ringoscillator (se figur 4 och figur 2) med en digital ingång (PIN#3) och två digitala utgångar (PIN #6 och PIN#8) för anslutning till externa kretsar.

Foto platser i figur 5 visar de aktiva temperatursensorerna (ett cent -mynt är för skala).

Steg 3: Mätningar

Mätningar gjordes för att utvärdera den korrekta funktionen hos dessa aktiva temperatursensorer. Vår temperatursensor placerades i en kontrollerad kammare, vars temperatur kunde ändras till en noggrannhet på 0,5 ° С. Frekvensen för den digitala utsignalen registrerades och resultaten presenteras i figur 6.

Som framgår av diagrammet, sammanfaller frekvensmätningarna (gröna och blå trianglar) nästan helt med de teoretiska värdena (svarta och röda linjer) enligt Formel 1 ovan. Följaktligen fungerar denna metod för att omvandla temperatur till frekvens korrekt.

Steg 4: Tredje aktiv temperatursensor baserad på SLG46620V

Dessutom byggdes en tredje aktiv temperatursensor (se figur 7) för att demonstrera möjligheten till enkel bearbetning med synlig temperaturindikering. Med hjälp av GreenPAK SLG46620V, som innehåller 10 fördröjningselement, har vi byggt tio frekvensdetektorer (se figur 9), som var och en är konfigurerad för att detektera en signal med en viss frekvens. På detta sätt konstruerade vi en enkel termometer med tio anpassningsbara indikationspunkter.

Figur 8 visar den överordnade schemat över den aktiva sensorn med indikatorer för tio temperaturpunkter. Denna ytterligare funktion är praktisk eftersom det är möjligt att visuellt uppskatta temperaturvärdet utan att separat analysera den genererade digitala signalen.

Slutsatser

I denna instruktionsbok föreslog vi en metod för att konvertera en temperatursensors analoga signal till en frekvensmodulerad digital signal med hjälp av GreenPAK -produkter från Dialog. Användningen av termistorer i kombination med GreenPAK möjliggör förutsägbara mätningar utan att använda dyra analog-till-digital-omvandlare, och undvika kravet på att mäta de analoga signalerna. GreenPAK är den idealiska lösningen för utvecklingen av denna typ av anpassningsbara sensorer, som visas i prototypexemplen konstruerade och testade. GreenPAK innehåller ett stort antal funktionella element och kretsblock som är nödvändiga för implementering av olika kretslösningar, och detta minskar kraftigt antalet externa komponenter i den slutliga applikationskretsen. Låg strömförbrukning, liten chipstorlek och låg kostnad är en extra bonus för att välja GreenPAK som huvudkontroll för många kretskonstruktioner.