Բարձր ճշգրիտ ջերմաստիճանի վերահսկիչ `6 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:49

Գիտության և ճարտարագիտության աշխարհներում ջերմաստիճանի հետևում (ատոմների շարժում ջերմադինամիկայում) ֆիզիկական հիմնարար պարամետրերից մեկն է, որը պետք է հաշվի առնել գրեթե ամենուր ՝ բջջային կենսաբանությունից մինչև կոշտ վառելիքի հրթիռների շարժիչներ և հարվածներ: Համակարգիչներում և հիմնականում ամենուր, որտեղ ես մոռացել էի նշել: Այս գործիքի հիմքում ընկած գաղափարը բավականին պարզ էր: Որոնվածը մշակելիս ինձ անհրաժեշտ էր թեստային կարգավորում, որտեղ ես կարող էի ստուգել մեր արտադրանքի փոխարեն վրիպակների որոնվածը, որոնք տեխնիկների կողմից արված են, որպեսզի չառաջացնեն վերը նշվածի հետ կապված որևէ անսարքություն: Այդ գործիքները հակված են տաքանալու և, հետևաբար, անհրաժեշտ է ջերմաստիճանի մշտական և ճշգրիտ մոնիտորինգ, որպեսզի գործիքի բոլոր մասերը գործի դրվեն, և ինչը ոչ պակաս կարևոր է արտառոց կատարմամբ: Խնդիրը լուծելու համար NTC ջերմիստորների օգտագործումը մի քանի առավելություն ունի. NTC- ները (բացասական ջերմաստիճանի գործակիցը) հատուկ ջերմիստորներ են, որոնք դիմադրողականությունը փոխում են `կախված ջերմաստիճանից: Այդ NTC- ները ՝ զուգակցված Ստենելի Հարթի և Johnոն Սթեյնհարտի կողմից հայտնաբերված ստուգաչափման մեթոդի հետ, ինչպես նկարագրված է «Deep-Sea Research 1968 vol.15, pp 497-503 Pergamon Press» իմ դեպքում լավագույն լուծումն է: Թուղթը քննարկում է ջերմաստիճանի չափման լայն տեսականի (հարյուրավոր Կելվիններ …) այդ տեսակի սարքերի հետ: Իմ պատկերացմամբ, ինժեներական ֆոնից եկած, որքան պարզ է համակարգը/սենսորը, այնքան լավ: Ոչ ոք չի ցանկանում ջրի տակ սուպեր բարդ բան ունենալ, կիլոմետր խորությունների վրա, ինչը կարող է խնդիրներ առաջացնել այնտեղ ջերմաստիճանը չափելիս միայն իրենց բարդության պատճառով: Ես կասկածում եմ սենսորի առկայության վրա, որը կաշխատի նույն կերպ, գուցե նաև թերմոկույգը, բայց դա պահանջում է որոշակի օժանդակ սխեմաներ, և դա ծայրահեղ ճշգրիտ դեպքերի համար է: Այսպիսով, եկեք օգտագործենք այդ երկուսը `հովացման համակարգի նախագծման համար, որն ունի մի քանի մարտահրավեր: Դրանցից մի քանիսը. Միաժամանակ որոնվածը գրելիս կարգավորումը ավելի ու ավելի շտկվեց և բարելավվեց: Ինչ -որ պահի ես հասկացա, որ այն կարող է նաև դառնալ ինքնուրույն գործիք ՝ իր բարդության պատճառով:

Քայլ 1. peratերմաստիճանի ճշգրտում Ստայնհարտ-Հարթի կողմից

Վիքիպեդիայում կա մի գեղեցիկ հոդված, որը կօգնի հաշվարկել թերմիստորի գործակիցները ՝ կախված անհրաժեշտ ջերմաստիճանից և ջերմիստորների տիրույթից: Շատ դեպքերում գործակիցները չափազանց փոքր են և կարող են անտեսվել հավասարման մեջ `իր պարզեցված տեսքով:

Շտայնհարտ -Հարթի հավասարումը տարբեր ջերմաստիճաններում կիսահաղորդիչների դիմադրության մոդել է: Հավասարումն է.

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

որտեղ:

T { displaystyle T} ջերմաստիճանը (Քելվինում) R { displaystyle R} դիմադրությունը T- ում (օմ) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} և C { displaystyle C} են Շտայնհարթ -Հարթ գործակիցները, որոնք տարբերվում են ՝ կախված թերմիստորի տեսակից և մոդելից և հետաքրքրության ջերմաստիճանի տիրույթից: (Կիրառված հավասարման առավել ընդհանուր ձևը պարունակում է [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

տերմինը, բայց դա հաճախ անտեսվում է, քանի որ այն սովորաբար շատ ավելի փոքր է, քան մյուս գործակիցները, և, հետևաբար, վերևում նշված չէ):

Հավասարման մշակողներ.

Հավասարումն անվանվել է ի պատիվ Johnոն Ս. Պրոֆեսոր Սթեյնհարտը (1929–2003), Ամերիկյան երկրաֆիզիկական միության և Գիտության զարգացման ամերիկյան ասոցիացիայի անդամ, 1969-1991 թվականներին Վիսկոնսին -Մեդիսոնի համալսարանի ֆակուլտետի անդամ էր [2]: Դոկտոր Հարթը, 1989 թվականից Վուդս Հոլ օվկիանոսաբանական ինստիտուտի ավագ գիտաշխատող և Ամերիկայի երկրաբանական ընկերության, Ամերիկյան երկրաֆիզիկական միության, Երկրաքիմիական ընկերության և Երկրաքիմիայի եվրոպական ասոցիացիայի անդամ [3], կապված էր Կարնեգի ինստիտուտի պրոֆեսոր Շտայնհարտի հետ: Վաշինգտոնի ժամանակ, երբ հավասարումը մշակվեց:

Հղումներ:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Calibration curves for thermistors, Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts, Volume 15, Issue 4, August 1968, Pages 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

«Վիսկոնսին-Մեդիսոնի համալսարանի ֆակուլտետի հուշահամալիրը պատվավոր պրոֆեսոր S.ոն Ս. Շտայնհարտի մահվան կապակցությամբ» (PDF): Վիսկոնսինի համալսարան: 5 April 2004. Արխիվացված օրիգինալից (PDF) ՝ 2010 թվականի հունիսի 10 -ին: Վերցված է 2 July 2015

«Դոկտոր Սթեն Հարթ», Վուդս Հոլ օվկիանոսագիտական հաստատություն: Վերցված է 2 հուլիսի 2015

Քայլ 2. Հավաքում. Նյութեր և մեթոդներ

Շինարարությունը սկսելու համար մենք պետք է խորհրդակցենք BOM aka- ի (Bill on Materials) մասին և տեսնենք, թե ինչ մասեր ենք նախատեսում օգտագործել: Բացի BOM- ից, կպահանջվեր զոդման սարք, մի քանի պտուտակահան, պտուտակահան և տաք սոսինձ ատրճանակ: Հարմարության համար խորհուրդ կտամ էլեկտրոնիկայի հիմնական լաբորատոր գործիքներ ունենալ ձեր կողքին:

1. Նախատիպերի տախտակ -1
2. Hitachi LCD Display-1
3. Միջին ջրհոր 240 Վ >> 5 Վոլտ էլեկտրամատակարարում -1
4. Կարմիր LED-3
5. Կապույտ LED-3
6. Կանաչ LED-1
7. Դեղին LED-1
8. OMRON ռելե (DPDT կամ համանման 5 վոլտ) -3
9. Պոտենցիոմետր 5 ԿՈհմ -1
10. Ռեզիստորներ (470 Օմ)-մի քանի
11. BC58 Տրանզիստոր -3
12. Դիոդ -3
13. Lowածր ելքի լարման կարգավորիչ -3
14. SMD LED (կանաչ, կարմիր) -6
15. MSP-430 միկրոպրոցեսոր (Ti 2553 կամ 2452) -2
16. Մեխանիկական անջատիչ Արգելակման առաջ (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. Ritchco պլաստմասե ամրակներ -2
19. DIP վարդակներ MSP -430 միկրոպրոցեսոր -4 -ի համար
20. Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման մալուխ պատի վարդակի համար -1
21. Jumper լարերը (տարբեր գույներ) `շատ
22. NTC Probe aka thermistor 4k7 արժեքը, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (ըստ ցանկության)
24. Սառեցման երկրպագուներ (ըստ ցանկության), եթե ինչ-որ բան պետք է սառեցնել- (1-3) (ըստ ցանկության)
25. Մաքուր ալյումինե ռադիատոր `դրանում փորված 5 անցքով NTC Probes-1- ի համար
26. Պլաստիկ ափսեներ `փորված անցքերով - 2
27. Պտուտակներ, պտուտակներ և որոշ պտուտակներ ՝ կրիչի կառուցվածքը հավաքելու համար -20 (հատի համար)
28. Հաղորդալար PCB- ին preff_board տեղադրման վարդակից 2-մետաղալար տարբերակ պտուտակով ներսում -1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (ըստ ցանկության), ծառայում է որպես երկրորդ ճակատային ցուցադրում -1

Ես գիտեմ, որ դա բավականին մեծ հաշիվ է նյութերի վերաբերյալ և կարող է արժենալ ինչ -որ արժանի գումար: Իմ դեպքում ես ամեն ինչ ստանում եմ իմ գործատուի միջոցով: Բայց եթե դուք ուզում եք այն էժան պահել, չպետք է հաշվի առնեք լրացուցիչ մասերը: Մնացած ամեն ինչ հեշտ է ձեռք բերել Farnell14- ից, DigiKey- ից և/կամ էլեկտրոնիկայի մասնագիտացված տեղական խանութներից:

Ես որոշում եմ կայացրել MSP-430 միկրոպրոցեսորային գծի վերաբերյալ, քանի որ ես դրանք դրել եմ շուրջը: Չնայած կարելի է հեշտությամբ ընտրել «AVRs» RISC MCU- ները: ATmega168- ի կամ ATmega644- ի նման մի բան `Pico-Power տեխնոլոգիայով: AVանկացած այլ AVR միկրոպրոցեսոր կանի այդ աշխատանքը: Ես իրականում Atmel AVR- ի մեծ «երկրպագու» եմ: Եվ արժե նշել, եթե դուք գալիս եք տեխնիկական ֆոնից և ցանկանում եք ինչ -որ գեղեցիկ հավաքույթ անել, մի օգտագործեք Arduino- ի որևէ տախտակ, եթե կարողանաք ինքնուրույն AVR ծրագրեր ծրագրել, դա շատ ավելի լավ կլիներ, եթե ոչ այն ժամանակ, փորձեք ծրագրավորել Պրոցեսոր և տեղադրեք սարքի մեջ:

Քայլ 3. Հավաքում. Oldոդում և քայլ առ քայլ կառուցում…

Ամենափոքր բաղադրիչներից հավաքույթ սկսելը լավ սկիզբ է: Սկսեք smd բաղադրիչներից և լարերից: Սկզբում միացրեք Power-Bus- ը, ինչ-որ տեղ, ինչպես որ արել էի իմ նախատախտակին, այնուհետև երկարացրեք այն այնպես, որ նախատախտակի բոլոր մասերը հեշտությամբ մուտք գործեն Power-Bus առանց որևէ վերադասավորման և բարդությունների: Ես մետաղալարեր էի օգտագործում ամբողջ նախատախտակի վրա, և դա բավականին խենթ է թվում, բայց հետագայում կարելի է նախագծել համապատասխան PCB, երբ նախատիպն աշխատի:

• SMD մասեր զոդել (MSP-430 MCU- ի հզորության նշման համար, Vcc- ի և GND- ի միջև)
• զոդման հոսանքի ավտոբուս և էլեկտրագծեր (երթուղին այնպես, որ այն ուժ է տալիս MSP-430- ին)
• զոդել բոլոր տեսակի DIL վարդակները (MSP-430 x 2 IC- ներ միացնելու համար)
• erոդել ցածր լարման կարգավորիչներն իր համապատասխան աջակցությամբ (կոնդենսատորներ, հզորության համար 5 >> 3.3 Վոլտ անկում)
• զոդման տրանզիստորներ և ռելեներ դիմադրիչներ և դիոդներ և MCU- ի հետ միացում:
• զոդել 10k Ohm Potentiometer- ը LCD Էկրանի պայծառության կառավարման համար:
• միացրեք LED- ները ռելեների կողքին, երկու կարգավիճակի ցուցիչ կարմիր/կապույտ (կապույտ = միացված, կարմիր = անջատված):
• զոդել Միջին ջրհորը 240 Վոլտ >> 5 Վոլտ էներգիայի մատակարարման միավորը իր միակցիչներով:
• Erոդեք կապույտ մեխանիկական անջատիչը (ընդմիջում-պատրաստումից առաջ) հոսանքի աղբյուրի կողքին:

Մնացած ամեն ինչ կպցրեք այն, ինչ մնացել է: Ես սարքից ճիշտ սխեմաներ չեմ ստեղծել պարզապես ժամանակի սղության պատճառով, բայց դա բավականին պարզ է էլեկտրոնիկայի ֆոնով: Soldոդման աշխատանքների ավարտից հետո ամեն ինչ պետք է ստուգվի, որպեսզի համապատասխան միացումները խուսափեն էլեկտրահաղորդման գծերի ցանկացած տեսակի կարճացումից:

Այժմ ժամանակն է հավաքել կրիչի կառուցվածքը: Ինչպես նկարներում, ես օգտագործել եմ 2 x պլաստմասե ափսեներ `M3 չափի անցքերով (4 անգամ մեկ ափսեի համար), որպեսզի երկար պտուտակներ, ընկույզներ և լվացարաններ անցնեն, հեռավոր պտուտակները և լվացքները կատարյալ են նման փոխկապակցումների համար: Թերին անհրաժեշտ է խստացնել երկու կողմից, որպեսզի կարողանան կանաչ ափսեները միասին պահել:

Նախաստատիկ տախտակը պետք է տեղադրվի առջևի լվացքի մեքենաների միջև, այսինքն `առջևի լվացքի մեքենաները պետք է ունենան մեծ տրամագիծ (մինչև 5 մմ), որպեսզի մեկը կարողանա նախաստատիկը տեղադրել դրանց միջև, այնուհետև ամրացնել դրանք: Doneիշտ կատարելու դեպքում տախտակը ամուր կկանգնի 90 ° -ին: Մեկ այլ տարբերակ ՝ այն տեղում պահելու համար կլինի Ritcho պլաստմասե PCB պահոցների օգտագործումը, որոնք տեղադրված են այդ հեռավոր պտուտակների վրա 90 ° անկյան տակ, ինչը հետագայում կօգնի ձեզ պլաստմասե մասերը պտուտակներով պտուտակել: Այս պահին դուք պետք է կարողանաք միացնել/ամրացնել նախատախտակը:

Նախատախտակի տեղադրումից հետո LCD- ը (16x2) ցուցադրվում է հաջորդով և պետք է տեղադրվի: Ես օգտագործում եմ իմը 4-բիթանոց ռեժիմում ՝ GPIO ^_ ^) պահպանելու համար))))))): Խնդրում ենք օգտագործել 4-բիթանոց ռեժիմը, այլապես նախագիծը ավարտելու համար բավարար GPIO չեք ունենա: Հետին լույսը, Vcc- ն և Gnd- ը զոդվում են պոտենցիոմետրով դեպի հոսանքի ավտոբուս: Displayուցադրման տվյալների հաղորդուղու մալուխները պետք է ուղղակիորեն զոդվեն MSP-430 միկրոկառավարիչին: Խնդրում ենք օգտագործել միայն թվային GPIO: NTC- ների համար մեզ անհրաժեշտ անալոգային GPIO- ն: Կան 5 x NTC սարքեր, այնպես որ այնտեղ ամուր է:

Քայլ 4. Համագումարի ավարտում և հզորացում

Ռադիատորի վրա 5 x կտոր զոնդեր/NTC- ներ տեղադրելու համար պետք է հորատում կատարել: Խորհրդակցեք NTC- ի տվյալների թերթիկի հետ, որը ես ավելացրել եմ որպես նկար `հորատված անցքի տրամագծերի և խորության համար: Այնուհետև փորված անցքը պետք է կարգավորվի գործիքով `ընդունելու NTC- ների M3 չափի գլուխը: 5 x NTC- ի օգտագործումը սարքավորումների միջինացման և հարթեցման տեսակ է: MSP-430- ը ունի 8 բիթ թույլատրությամբ ADC, այնպես որ 5 x սենսորներ ունենալը հեշտ կլինի միջին արդյունքները միջինացնել: Մենք այստեղ չենք տրամադրում Ghz պրոցեսորներ, ուստի մեր ներդրված աշխարհում յուրաքանչյուր պրոցեսորի ժամացույցը էական է: Երկրորդային միջինացվածությունը կկատարվի որոնվածը: Յուրաքանչյուր NTC- ն պետք է ոտքեր ունենա, և որպեսզի կարողանա կարդալ տվյալները ներկառուցված ADC- ի միջոցով, պետք է ձևավորվի լարման բաժանարար, որը բաղկացած է R (NTC)+R (def)-ից: ADC նավահանգիստը պետք է ամրացված լինի այդ երկուսի կենտրոնում: R (def) - ը երկրորդ ռեզիստորն է, որը պետք է լինի 0,1 % կամ ավելի լավ ֆիքսված արժեք, սովորաբար R (NTC) - ի սահմաններում: Ընտրովի, ազդանշանը ուժեղացնելու համար կարող եք ավելացնել OP-Amp: Խնդրում ենք անդրադառնալ այս բաժնի նկարին `NTC prpbes- ը միացնելու համար:

Երբ զոդումն ավարտված է և ստուգված է, հաջորդ քայլը պետք է տեղադրել MSP-430 միկրոկոնտրոլերը իրենց DIL վարդակների մեջ: Բայց նախապես դրանք պետք է ծրագրավորվեն: Այս քայլում հնարավոր է միացնել սարքը (առանց միկրոկառավարիչի) նախնական փորձարկումների համար: Եթե ամեն ինչ ճիշտ է հավաքված, սարքը պետք է միանա, իսկ ռելեները պետք է լինեն անջատված վիճակում, ինչը նշված է կարմիր LED- ների միջոցով, և երկրպագուները պետք է աշխատեն և ցուցադրվեն, բայց առանց դրա վերաբերյալ տվյալների, միայն կապույտ հետևի լույսը:.

Քայլ 5. Օգտվողի մուտքագրում, Պտտվող-կոդավորիչ և Capacitive-Touch Booster-Pack

Միշտ հաճելի է ունենալ մուտքային սարք, որը կարող է օգտագործվել սարքի մեջ տվյալներ մուտքագրելու համար: Մշտական մագնիսներով մագնիսական գլխիկը լավ ընտրություն է այստեղ: Դրա խնդիրն է մտնել ջերմաստիճանի շեմը ռադիատորի բլոկի վրա տեղադրված երկրպագուների համար: Այն թույլ է տալիս օգտվողին ընդհատումների միջոցով մուտքագրել ջերմաստիճանի նոր շեմ: Պարզապես ձախ կամ աջ թեքվելով ՝ կարող եք ավելացնել կամ հանել արժեքներ (20-100 ° C) միջակայքում: Ածր արժեքը որոշվում է սենյակի շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից:

Այս գլխիկը ունի մի փոքր միացում, որը թվային ազդանշանը փոխանցում է միկրոկոնտրոլերին: Բարձր/ցածր տրամաբանությունը այնուհետև մեկնաբանվում է GPIO- ի կողմից `մուտքագրման համար:

Երկրորդ մուտքագրման սարքը Ti- ի տարողունակ հպման ուժեղացուցիչ փաթեթն է: Հնարավոր է նաև օգտագործել Booster-pack- ը, բայց հնարավոր չէ օգտագործել երկուսն էլ, պարզապես նպատակային MCU- ի GPIO- ի բացակայության պատճառով: Booster փաթեթը տանում է դեպի բազմաթիվ GPIO:

Իմ կարծիքով, Knob- ն ավելի լավն է, քան Booster-Pack- ը: Բայց լավ է ունենալ ընտրություն: Եթե Booster փաթեթը ցանկալի է, ապա Ti- ից պատրաստ գրադարան կա այն օգտագործելու համար: Ես այստեղ չեմ մանրամասնի դրա մասին:

Քայլ 6: Ամփոփում. Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի չափումներ և հետագա գաղափարներ ……

MCU- ի տեղադրումից հետո միացումից հետո այն ձեզ կբարևի, այնուհետև կանցնի չափումների: Firmware- ը առաջին հերթին երկրպագուներին պահում է անջատված վիճակում: Սկսում է չափումների շարանը 5 x NTC զոնդերի վրա, որոնք այնուհետ միաձուլվում են մեկ բացարձակ արժեքի: Հետո այս արժեքի և համեմատության (օգտվողի տվյալների) շեմից այն միացնում կամ անջատում է DPDT ռելեներին ամրացված երկրպագուները (կամ ցանկալի սարքերը, ցանկացած այլ բան): Համարեք, որ այդ 3 x ռելեներին կարող եք կցել այն ամենը, ինչ անհրաժեշտ է անջատել կամ անջատել: Ռելեները կարող են անցնել 16 Ամպեր հոսանք, բայց ես չեմ կարծում, որ լավ գաղափար է սկսել այդ ծանր բեռների օգտագործումը այդ ելքերի վրա:

Հուսով եմ, որ այս «իրը» (^_^) ……..հեյ ինչ -որ մեկին օգտակար կլինի: Իմ ներդրումը գլոբալ փեթակի մտքում ^^):

Wonderարմանում եմ, որ ինչ -որ մեկը կփորձի կառուցել այն: Բայց եթե նրանք դա անեն, ես ուրախությամբ կօգնեմ ամեն ինչում: Ես ունեմ որոնվածը CCS- ում և Energia- ում: Խնդրում եմ ինձ տեղեկացրեք տղաներին, եթե դրա կարիքը ունեք: Նաև ազատ զգացեք ինձ նամակ գրել հարցերի և առաջարկությունների վերաբերյալ: Ողջույններ «Արեւոտ» Գերմանիայից: