Ինչպես ստեղծել ջրի հոսքի հաշվիչ `7 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Հեղուկ հոսքի ճշգրիտ, փոքր և էժան հաշվիչ կարելի է հեշտությամբ պատրաստել GreenPAK ™ բաղադրիչների միջոցով: Այս հրահանգում մենք ներկայացնում ենք ջրի հոսքի հաշվիչ, որն անընդհատ չափում է ջրի հոսքը և այն ցուցադրում երեք 7 հատվածից բաղկացած երեք էկրանով: Հոսքի տվիչի չափման միջակայքը 1 -ից 30 լիտր է րոպեում: Սենսորի ելքը թվային PWM ազդանշան է `ջրի հոսքի արագությանը համաչափ հաճախականությամբ:

Երեք GreenPAK ծրագրավորվող խառը ազդանշանային մատրիցա SLG46533 IC- ն հաշվում է իմպուլսների քանակը բազային ժամանակում T. Այս բազային ժամանակը հաշվարկվում է այնպես, որ իմպուլսների թիվը հավասար է այդ ժամանակահատվածում հոսքի արագությանը, ապա այս հաշվարկված թիվը ցուցադրվում է 7-ի վրա: -հատվածների ցուցադրում: Բանաձևը 0.1 լիտր/րոպե է:

Սենսորի ելքը միացված է թվային մուտքի հետ `առաջին Խառը ազդանշանի մատրիցի Schmitt ձգանով, որը հաշվում է կոտորակային թիվը: Չիպերը միասին կասկադավորվում են թվային ելքի միջոցով, որը միացված է ընթացիկ Խառը ազդանշանի մատրիայի թվային մուտքին: Յուրաքանչյուր սարք միացված է 7 հատվածի ընդհանուր կաթոդային էկրանին 7 ելքերի միջոցով:

GreenPAK ծրագրավորվող խառը ազդանշանների մատրիցայի օգտագործումը նախընտրելի է շատ այլ լուծումներից, ինչպիսիք են միկրոկոնտրոլերները և առանձին բաղադրիչները: Միկրոկառավարիչի համեմատ, GreenPAK- ն ավելի ցածր գնով է, փոքր է և ավելի հեշտ է ծրագրավորվել: Համեմատ ինտեգրալ սխեմաների դիսկրետ տրամագծի նախագծի հետ, այն նաև ավելի ցածր ծախս է, ավելի հեշտ է կառուցվել և ավելի փոքր:

Այս լուծումը առևտրային առումով կենսունակ դարձնելու համար համակարգը պետք է հնարավորինս փոքր լինի և փակ լինի անջրանցիկ, ամուր պատյանում, որպեսզի այն դիմացկուն լինի ջրի, փոշու, գոլորշու և այլ գործոնների նկատմամբ, որպեսզի այն կարողանա գործել տարբեր պայմաններում:

Դիզայնը փորձարկելու համար կառուցվել է պարզ PCB: GreenPAK սարքերը միացված են այս PCB- ին ՝ օգտագործելով 20 կապում կրկնակի տողերի վերնագրերի կանացի միակցիչներ:

Փորձարկումներն առաջին անգամ կատարվում են Arduino- ի կողմից առաջացած իմպուլսների միջոցով, իսկ երկրորդ անգամ չափվում է տան ջրի աղբյուրի ջրի հոսքի արագությունը: Համակարգը ցույց է տվել 99%ճշգրտություն:

Բացահայտեք բոլոր անհրաժեշտ քայլերը ՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է GreenPAK չիպը ծրագրավորվել ՝ վերահսկելու ջրի հոսքի հաշվիչը: Այնուամենայնիվ, եթե դուք պարզապես ցանկանում եք ստանալ ծրագրավորման արդյունքը, ներբեռնեք GreenPAK ծրագիրը ՝ արդեն ավարտված GreenPAK դիզայնի ֆայլը դիտելու համար: Միացրեք GreenPAK զարգացման հավաքածուն ձեր համակարգչին և հարվածեք ծրագրին ՝ ձեր ջրի հոսքի հաշվիչը վերահսկելու համար անհատական IC ստեղծելու համար: Հետևեք ստորև նկարագրված քայլերին, եթե ձեզ հետաքրքրում է հասկանալ, թե ինչպես է աշխատում սխեման:

Քայլ 1: Համակարգի ընդհանուր նկարագրություն

Հեղուկ հոսքի արագությունը չափելու ամենատարածված եղանակներից մեկը նման է անեմոմետրով քամու արագությունը չափելու սկզբունքին. Քամու արագությունը համաչափ է անեմոմետրի պտտման արագությանը: Այս տեսակի հոսքի տվիչների հիմնական մասը մի տեսակ պտտվող անիվ է, որի արագությունը համաչափ է դրանով անցնող հեղուկ հոսքի արագությանը:

Մենք օգտագործել ենք ջրի հոսքի տվիչը YF-S201 ֆիրմայի URUK ֆիրմայից: Այս սենսորում, պտուտակի անիվի վրա տեղադրված Hall Effect սենսորը յուրաքանչյուր պտույտից զարկ է տալիս: Ազդանշանի ելքային հաճախականությունը ներկայացված է Ֆորմուլա 1 -ում, որտեղ Q- ը ջրի հոսքի արագությունն է լիտր/րոպեում:

Օրինակ, եթե չափված հոսքի արագությունը 1 լիտր/րոպե է, ելքային ազդանշանի հաճախականությունը 7.5 Հց է: Հոսքի իրական արժեքը 1.0 լիտր/րոպե ձևաչափով ցուցադրելու համար մենք պետք է զարկերակները հաշվենք 1.333 վայրկյան ժամանակով: 1.0 լ/րոպե օրինակում հաշվարկված արդյունքը կլինի 10, որը յոթ հատվածից բաղկացած էկրաններին կցուցադրվի որպես 01.0: Այս ծրագրում երկու խնդիր է լուծված. Առաջինը ՝ իմպուլսների հաշվարկն է, իսկ երկրորդը ՝ թվերի ցուցադրումը, երբ առաջադրանքի հաշվարկն ավարտված է: Յուրաքանչյուր առաջադրանք տևում է 1,333 վայրկյան:

Քայլ 2. GreenPAK դիզայների ներդրում

SLG46533- ն ունի բազմակողմանի բազմակողմանի մակրո բջիջներ և դրանք կարող են կազմաձևվել որպես Փնտրեք սեղաններ, հաշվիչներ կամ D-Flip-Flops: Այս մոդուլյարությունն այն է, ինչ GreenPAK- ը հարմար է կիրառման համար:

Hasրագիրն ունի 3 փուլ. Փուլը (1) առաջացնում է պարբերական թվային ազդանշան `համակարգի երկու առաջադրանքների միջև անցնելու համար, փուլը (2) հաշվում է հոսքի տվիչի իմպուլսները, և փուլը (3) ցուցադրում է կոտորակային թիվը:

Քայլ 3. Առաջին փուլ. Հաշվում/ցուցադրում է փոխարկումը

Պահանջվում է «COUNT/DISP-OUT» թվային ելք, որը փոխում է վիճակը բարձրի և ցածրի միջև յուրաքանչյուր 1.333 վայրկյանը մեկ: Երբ բարձր է, համակարգը հաշվում է իմպուլսները, և երբ ցածր է, ցուցադրում է հաշվարկված արդյունքը: Դա կարելի է հասնել օգտագործելով DFF0, CNT1 և OSC0 լարերը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2 -ում:

OSC0- ի հաճախականությունը 25 կՀց է: CNT1/DLY1/FSM1- ը կազմաձևված է որպես հաշվիչ, և դրա ժամացույցի մուտքը միացված է CLK/4 -ին այնպես, որ CNT1- ի մուտքի ժամացույցի հաճախականությունը 6.25 կՀց է: Առաջին ժամացույցի ժամանակահատվածի համար, որը տևում է ինչպես ցույց է տրված բանաձև 1 -ում, CNT1 թողարկումը բարձր է, իսկ հաջորդ ժամացույցի ազդանշանի բարձրացման եզրից, հաշվիչի ելքը ցածր է, և CNT1- ը սկսում է նվազել 8332 -ից: առաջացած: CNT1 թողարկման յուրաքանչյուր աճող եզրին DFF0 ելքը փոխում է վիճակը, եթե ցածր այն անցնում է բարձրի և հակառակը:

DFF0- ի ելքային բևեռականությունը պետք է կազմաձևված լինի որպես շրջված: CNT1- ը սահմանվել է 8332, քանի որ հաշվման/ցուցադրման ժամանակը T- ն հավասար է, ինչպես ցույց է տրված 2 բանաձևում:

Քայլ 4: Երկրորդ փուլ. Ներածման իմպուլսների հաշվարկ

4-բիթանոց հաշվիչը պատրաստվում է DFF3/4/5/6-ի միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում: Այս հաշվիչը յուրաքանչյուր զարկերակի վրա ավելանում է միայն այն դեպքում, երբ «COUNT/DISP-IN»-ը, որը PIN 9 է, բարձր է: AND դարպասի 2-L2 մուտքերը «COUNT/DISP-IN» են և PWM մուտքը: Հաշվիչը վերականգնվում է, երբ այն հասնում է 10 -ի կամ երբ սկսվում է հաշվման փուլը: 4-բիթանոց հաշվիչը վերականգնվում է, երբ DFFs RESET կապերը, որոնք միացված են նույն «RESET» ցանցին, ցածր են:

4-բիթանոց LUT2- ը օգտագործվում է հաշվիչը 10-ի հասնելու համար, քանի որ այն հասնում է 10-ի: Քանի որ DFF ելքերը շրջված են, թվերը սահմանվում են ՝ իրենց երկուական պատկերների բոլոր բիթերը շրջելով `0-երը փոխարինելով 1-երով և հակառակը: Այս ներկայացումը կոչվում է 1 -ի երկուական թվի լրացում: 4 բիթանոց LUT2 մուտքերը IN0, IN1, IN2 և IN3 համապատասխանաբար միացված են a0, a1, a2, a3 և a3 համապատասխանաբար: 4-LUT2- ի ճշմարտության աղյուսակը ներկայացված է Աղյուսակ 1-ում:

Երբ գրանցվում է 10 զարկերակ, 4-LUT0- ի ելքը բարձրից ցածր է անցնում: Այս պահին CNT6/DLY6- ի ելքը, որը կազմաձևված է մեկ կրակոցի ռեժիմում աշխատելու համար, անցնում է ցածր մակարդակի 90 ն/վրկ, այնուհետև նորից միանում է: Նմանապես, երբ «COUNT/DISP-IN»-ը ցածրից բարձր է անցնում, այսինքն. համակարգը սկսում է հաշվել իմպուլսները: CNT5/DLY5- ի ելքը, որը կազմաձևված է մեկ կրակոցի ռեժիմում աշխատելու համար, շատ ցածր է անցնում 90 ն/վրկ, այնուհետև նորից միանում է: Շատ կարևոր է RESET կոճակը որոշ ժամանակ ցածր մակարդակում պահել և նորից միացնել այն ՝ օգտագործելով CNT5 և CNT6 ՝ ժամանակ տալով բոլոր DFF- ների վերականգնման համար: 90 ns- ի հետաձգումը ոչ մի ազդեցություն չունի համակարգի ճշգրտության վրա, քանի որ PWM ազդանշանի առավելագույն հաճախականությունը 225 Հց է: CNT5 և CNT6 ելքերը միացված են AND դարպասի մուտքերին, որոնք թողարկում են RESET ազդանշանը:

4-LUT2- ի ելքը միացված է նաև Pin 4-ին ՝ «F/10-OUT» պիտակով, որը միացված կլինի հաջորդ չիպի հաշվարկի փուլի PWM մուտքին: Օրինակ, եթե կոտորակային հաշվիչ «PWM-IN»-ը միացված է սենսորի PWM ելքին, և դրա «F/10-OUT»-ը միացված է միավորների հաշվիչ սարքի «PWM-IN»-ին և Վերջինիս F/10-OUT »-ը միացված է տասնյակ հաշվիչ սարքի« PWM-IN »-ին և այլն: Այս բոլոր փուլերի «COUNT/DISP-IN»-ը պետք է միացված լինի 3 սարքերից որևէ մեկի «COUNT/DISP-OUT»-ին `կոտորակային հաշվիչ սարքի համար:

Նկար 5 -ը մանրամասն բացատրում է, թե ինչպես է աշխատում այս փուլը `ցույց տալով, թե ինչպես չափել հոսքի արագությունը 1,5 լ/րոպե:

Քայլ 5. Երրորդ փուլ. Չափված արժեքի ցուցադրում

Այս փուլն ունի մուտքեր ՝ a0, a1, a2 և a3 (հակադարձ) և դուրս կգա 7-հատվածի էկրանին միացված կապում: Յուրաքանչյուր հատված ունի տրամաբանական գործառույթ, որը պետք է կատարվի մատչելի LUT- ներով: 4-բիթանոց LUT- երը կարող են շատ հեշտությամբ կատարել աշխատանքը, բայց, ցավոք, հասանելի է միայն 1-ը: 4-բիթանոց LUT0- ն օգտագործվում է G հատվածի համար, սակայն մյուս հատվածների համար մենք օգտագործում ենք զույգ 3-բիթանոց LUTs, ինչպես ցույց է տրված Նկար 6-ում: Մնացած 3-բիթանոց LUT- ներին իրենց մուտքերին միացված է a2/a1/a0, մինչդեռ աջը 3-բիթանոց LUT- երին իրենց մուտքերին միացված է a3- ը:

Բոլոր որոնման աղյուսակները կարելի է եզրակացնել Աղյուսակ 2-ում ներկայացված 7 հատվածից բաղկացած ապակոդավորման ճշմարտության աղյուսակից: Դրանք ներկայացված են Աղյուսակ 3-ում, Աղյուսակ 4-ում, Աղյուսակ 5-ում, Աղյուսակ 6-ում, Աղյուսակ 7-ում, Աղյուսակ 8-ում, Աղյուսակ 9-ում:

GPIO- ների վերահսկիչ կապերը, որոնք վերահսկում են 7 հատվածի ցուցադրումը, միացված են «COUNT/DISP-IN» ինվերտորի միջոցով որպես ելք, երբ «COUNT/DISP-IN»-ը ցածր է, ինչը նշանակում է, որ ցուցադրումը փոխվում է միայն ցուցադրման առաջադրանքի ընթացքում: Հետևաբար, հաշվման առաջադրանքի ընթացքում ցուցադրումները անջատված են, և առաջադրանքի ցուցադրման ընթացքում նրանք ցուցադրում են հաշված իմպուլսները:

Տասնորդական միավորի ցուցիչը կարող է անհրաժեշտ լինել 7 հատվածի ցուցադրման մեջ: Այդ պատճառով PIN5- ը ՝ «DP-OUT» պիտակով, միացված է հակադարձ «COUNT/DISP» ցանցին, և մենք այն միացնում ենք համապատասխան ցուցադրման DP- ին: Մեր դիմումում մենք պետք է ցուցադրենք միավորների հաշվիչ սարքի տասնորդական կետը `« xx.x »ձևաչափով թվեր ցուցադրելու համար, այնուհետև միավորի հաշվիչ սարքի« DP-OUT »-ը կմիացնենք միավորի 7- ի DP մուտքագրմանը: հատվածի ցուցադրում, իսկ մյուսներին թողնում ենք անկապ:

Քայլ 6: Սարքաշարի ներդրում

Նկար 7 -ը ցույց է տալիս GreenPAK- ի 3 չիպերի և յուրաքանչյուր չիպի միացումներին համապատասխան էկրանին փոխկապվածությունը: GreenPAK- ի տասնորդական միավորի ելքը միացված է 7-հատվածի ցուցադրման DP մուտքագրմանը `դրա ճիշտ ձևաչափով հոսքի արագությունը ցույց տալու համար` 0.1 լիտր / րոպե լուծույթով: LSB չիպի PWM մուտքը միացված է ջրի հոսքի տվիչի PWM ելքին: Շղթաների F/10 ելքերը միացված են հետևյալ չիպի PWM մուտքերին: Ավելի բարձր հոսքի արագություն և/կամ ավելի մեծ ճշգրտություն ունեցող սենսորների դեպքում ավելի շատ չիպսեր կարող են կասկադավորվել `ավելի շատ թվանշաններ ավելացնելու համար:

Քայլ 7: Արդյունքներ

Համակարգը փորձարկելու համար մենք կառուցեցինք մի պարզ PCB, որն ունի GreenPAK վարդակները միացնելու միակցիչներ ՝ օգտագործելով 20 փին կրկնակի կին վերնագրեր: Այս PCB- ի սխեման և դասավորությունը, ինչպես նաև լուսանկարները ներկայացված են Հավելվածում:

Համակարգը նախ փորձարկվել է Arduino- ով, որը նմանակում է հոսքի արագության տվիչին և ջրի աղբյուրին ՝ հաստատուն, հայտնի հոսքի արագությամբ ՝ առաջացնելով իմպուլսներ 225 Հց հաճախականությամբ, ինչը համապատասխանաբար համապատասխանում է 30 լ/րոպե հոսքի արագությանը: Չափման արդյունքը հավասար էր 29.7 լ/րոպե, սխալը `մոտ 1 %:

Երկրորդ փորձարկումն իրականացվել է ջրի հոսքի արագության տվիչի և տան ջրի աղբյուրի միջոցով: Հոսքի տարբեր արագությամբ չափումները կազմել են 4.5 և 12.4:

Եզրակացություն

Այս հրահանգը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է կառուցել փոքր, ցածր գնով և ճշգրիտ հոսքի հաշվիչ ՝ օգտագործելով Dialog SLG46533: GreenPAK- ի շնորհիվ այս դիզայնը ավելի փոքր, պարզ և հեշտ է ստեղծվում, քան համեմատելի լուծումները:

Մեր համակարգը կարող է չափել մինչև 30 լիտր / րոպե հոսքի արագություն ՝ 0.1 լ լուծույթով, բայց մենք կարող ենք օգտագործել ավելի շատ GreenPAK ՝ ավելի բարձր ճշգրտությամբ չափելու ավելի բարձր հոսքեր ՝ կախված հոսքի սենսորից: Dialog GreenPAK- ի վրա հիմնված համակարգը կարող է աշխատել տուրբինների հոսքի հաշվիչների լայն տեսականիով:

Առաջարկվող լուծումը նախագծված էր ջրի հոսքի արագությունը չափելու համար, սակայն այն կարող է հարմարեցված լինել ցանկացած սենսորի հետ, որը թողարկում է PWM ազդանշան, ինչպես գազի հոսքի արագության տվիչը: