Yüksək Həssas Temperatur Nəzarətçisi: 6 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Elmdə və mühəndislik aləmində temperaturun izlənməsi (termodinamikdəki atomların hərəkəti), hüceyrə biologiyasından tutmuş sərt yanacaqlı raket mühərriklərinə və zərbələrinə qədər demək olar ki, hər yerdə nəzərə alınmalı olan əsas fiziki parametrlərdən biridir. Kompüterlərdə və əsasən qeyd etməyi unutduğum hər yerdə. Bu alətin arxasındakı fikir olduqca sadə idi. Firmware hazırlayarkən, yuxarıda göstərilənlərlə əlaqəli hər hansı bir arızaya səbəb olmamaq üçün texniki mütəxəssislər tərəfindən hazırlanan məhsullarımızı yox, proqram təminatını səhvlər üçün sınaqdan keçirə biləcəyim bir test quruluşuna ehtiyacım var idi. Bu alətlər istiləşməyə meyllidir və buna görə də alətin bütün hissələrini işlək vəziyyətdə saxlamaq üçün sabit və dəqiq bir temperatur monitorinqinə ehtiyac var və bu, daha az vacib deyil. Tapşırığı həll etmək üçün NTC termistorlarından istifadə etməyin bir sıra üstünlükləri var. NTC (mənfi temperatur əmsalı), temperaturdan asılı olaraq müqaviməti dəyişən xüsusi termistorlardır. Stanely Hart və John Steinhart tərəfindən "Dərin Dəniz Araşdırmaları 1968 cild.15, s 497-503 Pergamon Mətbuatı" məqaləsində təsvir edildiyi kimi aşkar edilmiş kalibrləmə metodu ilə birləşdirilmiş NTC-lər mənim vəziyyətimdə ən yaxşı həlldir. Məqalədə bu tip cihazlar ilə geniş diapazonlu temperatur ölçmə üsulları (yüzlərlə Kelvin …) müzakirə olunur. Anladığım kimi, bir mühəndislik təcrübəsindən gəldikdə, sistem/sensor nə qədər sadə olsa, bir o qədər yaxşıdır. Heç kim suyun altında, kilometrlərin dərinliyində temperaturun ölçülməsi zamanı problem yarada biləcək mürəkkəb bir şeyə sahib olmaq istəmir. Sensorun bənzər bir şəkildə işləyəcəyinə şübhə edirəm, bəlkə də termokupl olacaq, amma bəzi dəstək sxemləri tələb edir və həddindən artıq həssas vəziyyətlər üçündür. Bir neçə çətinliyi olan soyutma sistemi dizaynı üçün bu ikisindən istifadə edək. Bunlardan bəziləri bunlardır: səs-küy səviyyəsi, real vaxt dəyərinin təsirli bir şəkildə seçilməsi və ehtimal ki, hamısı təmir və texniki xidmətin asanlığı üçün sadə və lazımlı bir paketdə qeyd edildiyi kimi, vahid başına xərclər. Firmware yazarkən, quruluş getdikcə daha çox düzəldildi və təkmilləşdirildi. Bir anda başa düşdüm ki, onun mürəkkəbliyinə görə müstəqil bir alət ola bilər.

Addım 1: Steinhart-Hart tərəfindən temperaturun kalibrlənməsi

Vikipediyada lazımlı temperatur və termistor aralığından asılı olaraq termistor əmsallarını hesablamağa kömək edəcək gözəl bir məqalə var. Əksər hallarda əmsallar çox kiçikdir və sadələşdirilmiş formada tənlikdə nəzərə alınmır.

Steinhart -Hart tənliyi, yarımkeçiricinin fərqli temperaturlarda müqavimət modelidir. Tənlik belədir:

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

harada:

T { displaystyle T} temperaturdur (Kelvin dilində) Steinhart -Hart əmsalları, termistorun tipinə və modelinə və maraq dairəsinə görə dəyişir. (Tətbiq olunan tənliyin ən ümumi formasında [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}} var

termini, lakin ümumiyyətlə digər əmsallardan çox kiçik olduğu üçün buna görə də tez -tez laqeyd edilir və buna görə də yuxarıda göstərilmir.)

Tənliyi inkişaf etdirənlər:

Tənlik 1968 -ci ildə əlaqəni ilk dəfə nəşr edən John S. Steinhart və Stanley R. Hartın adını daşıyır. [1] Amerika Geofizika Birliyinin və Amerika Elm İnkişaf etdirmə Dərnəyinin üzvü olan professor Steinhart (1929–2003), 1969-1991 -ci illərdə Viskonsin -Madison Universitetinin fakültəsinin üzvü idi. [2] 1989 -cu ildən Woods Hole Oşinoqrafiya İnstitutunun baş elmi işçisi və Amerika Geoloji Cəmiyyətinin, Amerika Geofizika Birliyinin, Geokimyəvi Cəmiyyətin və Avropa Geokimya Birliyinin üzvü olan Dr. Hart [3], Carnegie İnstitutunda professor Steinhartla əlaqəli idi. tənlik hazırlandıqda Vaşinqton.

İstinadlar:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Termistorlar üçün Kalibrasyon əyriləri, Dərin Dəniz Araşdırmaları və Okeanoqrafik Özetler, Cild 15, Sayı 4, Avqust 1968, Səhifələr 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Viskonsin-Madison Universitetinin professor-müəllim heyəti John S. Steinhartın ölümü ilə əlaqədar memorial qərarı" (PDF). Viskonsin Universiteti. 5 Aprel 2004. Orijinaldan (PDF) 10 İyun 2010 tarixində arxivləşdirildi. 2 İyul 2015 tarixində alındı.

"Dr. Stan Hart". Woods Hole Okeanoqrafiya İnstitutu. İstifadə tarixi: 2 iyul 2015.

Addım 2: Montaj: Materiallar və Metodlar

Tikintiyə başlamaq üçün BOM aka ilə (Materiallar haqqında qanun) məsləhətləşməliyik və hansı hissələrdən istifadə etməyi planlaşdırdığımızı görməliyik. BOM-dan başqa, lehimləmə dəmiri, bir neçə açar, tornavida və isti yapışqan silahı lazım olacaq. Rahatlığınız üçün yanında olan əsas elektronika laboratoriya alətlərini tövsiyə edərdim.

1. Prototip lövhəsi-1
2. Hitachi LCD Ekran-1
3. Orta Quyu 240V >> 5Volt enerji təchizatı-1
4. Qırmızı LED-3
5. Mavi LED-3
6. Yaşıl LED-1
7. Sarı LED-1
8. OMRON Rölesi (DPDT və ya oxşar 5 Volt) -3
9. Potensialiometr 5KOhm-1
10. Rezistorlar (470 Ohm)-bir neçə
11. BC58 Transistor-3
12. Diod-3
13. Aşağı düşmə gərginliyi tənzimləyicisi-3
14. SMD LEDləri (yaşıl, qırmızı) -6
15. MSP-430 mikroprosessor (Ti 2553 və ya 2452) -2
16. Mexanik keçid Əyləcdən əvvəl (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. Ritchco plastik tutacaqları-2
19. MSP -430 Mikroprosessor -4 üçün DIP yuvaları
20. Elektrik prizi-1 üçün elektrik təchizatı kabeli
21. Jumper telləri (müxtəlif rənglər) - çoxdur
22. NTC Probe aka termistor 4k7 dəyəri, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Kapasitiv Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (isteğe bağlı)
24. Bir şeyi soyutmaq lazım olduqda soyutma fanatları (isteğe bağlı)-(1-3) (isteğe bağlı)
25. NTC Probes-1 üçün 5 deşik qazılmış təmiz alüminium radiator
26. Qazılmış delikli plastik lövhələr - 2
27. Taşıyıcı konstruksiyasını yığmaq üçün qoz-fındıq, bolt və bəzi vintlər-20 (hər parça üçün)
28. PCB preff_board montaj yuvasına 2 telli versiya içərisində vidalı tel-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (isteğe bağlı), ikinci frontal ekran-1 kimi xidmət edir

Materiallar haqqında olduqca böyük bir qanun layihəsi olduğunu bilirəm və yaxşı bir məbləğə başa gələ bilər. Mənim vəziyyətimdə hər şeyi işəgötürən vasitəsi ilə alıram. Ancaq ucuz saxlamaq istəsəniz, əlavə hissələri nəzərə almamalısınız. Qalan hər şeyi Farnell14, DigiKey və/və ya bəzi yerli elektronika ixtisaslaşdırılmış mağazalarından almaq asandır.

MSP-430 mikroprosessor xətti üzərində qərar verdim, çünki onları ətrafa qoydum. RISC MCU -nu asanlıqla "AVR" seçə bilsəniz də. ATmega168 və ya Pico-Power Texnologiyasına malik ATmega644 kimi bir şey. Hər hansı digər AVR mikroprosessoru bu işi görəcək. Əslində Atmel AVR -in böyük bir "fanboyuyam". Texniki mənşədən gəlsəniz və gözəl bir montaj etmək istəsəniz, heç bir Arduino lövhəsindən istifadə etməyin, müstəqil AVR proqramlaşdıra bilsəniz, daha yaxşı olardı, əgər olmasaydı, proqramı proqramlaşdırmağa çalışın. CPU və cihazı daxil edin.

Addım 3: Montaj: Lehimləmə və Addımlarla Tikinti …

Ən kiçik komponentlərdən lehimləmə montajına başlamaq yaxşı bir başlanğıcdır. Smd komponentləri və naqilləri ilə başlayın. Əvvəlcə Power-Bus-u əvvəlcədən taxtamda olduğu kimi bir yerə lehimləyin və sonra onu daha uzunlaşdırın ki, pre-boarddakı bütün hissələr heç bir marşrutlaşdırma və komplikasiya olmadan Power-Bus-a asanlıqla daxil olsun. Prefboardun hər tərəfində tellər istifadə etdim və bu olduqca dəli görünür, amma prototip işlədikdən sonra uyğun bir PCB dizayn edə bilərsiniz.

• lehim SMD hissələri (MSP-430 MCU-nun güc göstəricisi üçün, Vcc ilə GND arasında)
• lehim güc avtobusu və naqilləri (MSP-430-a güc verən marşrut)
• hər cür DIL prizini lehimləyin (MSP-430 x 2 IC-ni bağlamaq üçün
• Uyğun dəstəyi ilə aşağı düşən gərginlik tənzimləyiciləri (kondansatörler, güc üçün 5 >> 3.3 Volt düşmə)
• lehim tranzistorları, rölelər və MCU ilə əlaqə qurmaq üçün rezistorlar və diodlar.
• LCD Ekranın parlaqlığını idarə etmək üçün 10k Ohm Potansiyometrini lehimləyin.
• LEDləri rölelerin yanına, iki vəziyyətli göstərici qırmızı/mavi (mavi = açıq, qırmızı = söndürülmüş).
• Orta Quyu 240Volt >> 5 Volt güc təchizatı qurğusunu bağlayıcıları ilə lehimləyin.
• Güc mənbəyinin yanındakı mavi mexaniki açarı lehimləyin.

Qalan hər şeyi lehimləyin. Vaxt çatışmazlığı səbəbindən cihazdan düzgün sxemlər yaratmadım, amma elektronika fonunda hər şey olduqca sadədir. Lehimləmə tamamlandıqdan sonra, elektrik xətlərində hər hansı bir qısalmanın qarşısını almaq üçün hər şey yoxlanılmalıdır.

İndi daşıyıcı konstruksiyanı yığmağın vaxtıdır. Şəkillərdə olduğu kimi, uzun vintlər və qoz -fındıq və yuyuculardan keçmək üçün M3 ölçülü deliklər qazılmış 2 ədəd plastik lövhədən istifadə etmişəm (məsafə boltları və yuyucular bu cür əlaqələr üçün idealdır). Yaşıl rəngli lövhələri bir yerdə tuta bilmək üçün hər iki tərəfdən sıxılmalıdır.

Prefboard, ön yuyucular arasına daxil edilməlidir, deyilənə görə, bu ön yuyucular böyük bir diametrə (5 mm -ə qədər) malik olmalıdır, belə ki, əvvəlcədən taxtanı aralarına daxil edib sonra bərkidin. Düzgün yerinə yetirildikdə lövhə 90 ° -də möhkəm dayanacaq. Yerində saxlamaq üçün başqa bir seçim, bu məsafə boltlarına 90 ° bucaqla quraşdırılmış Ritcho plastik PCB tutacaqlarından istifadə etmək olar ki, bu da plastik hissələri məsafə boltlarına bağlamağa kömək edəcəkdir. Bu nöqtədə, ön taxtanı bağlaya/bağlaya bilməlisiniz.

Prefboard quraşdırıldıqdan sonra LCD (16x2) Ekran növbəti olaraq gəlir və quraşdırılmalıdır. GPIO-nu qorumaq üçün 4-bit rejimində mina istifadə edirəm ^_ ^))))))). Zəhmət olmasa 4 Bit rejimindən istifadə edin, əks halda layihəni başa çatdırmaq üçün kifayət qədər GPIO olmayacaq. Arxa işıq, Vcc və Gnd, potansiyometr vasitəsilə güc avtobusuna lehimlənir. Məlumat ötürücü avtobus kabelləri birbaşa MSP-430 mikrokontrollerinə lehimlənməlidir. Zəhmət olmasa yalnız rəqəmsal GPIO istifadə edin. NTC -lər üçün ehtiyac duyduğumuz analoq GPIO. 5 x NTC cihazı var, buna görə də sıxdır.

Addım 4: Montajı və Gücləndirməni tamamlayın

Radiatora probları/NTC -ləri 5 x ədəd quraşdırmaq üçün qazma işləri aparılmalıdır. Qazılmış çuxurun diametrləri və dərinliyi üçün şəkil olaraq əlavə etdiyim NTC məlumat cədvəlinə baxın. Daha sonra NTC -lərin M3 ölçülü başını qəbul etmək üçün qazılmış çuxur alətlə tənzimlənməlidir. 5 x NTC istifadə etmək, bir növ aparat ortalaması və hamarlanmasıdır. MSP-430, 8 bitlik bir qətnamədə bir ADC-yə malikdir, buna görə 5 x sensora sahib olmaq, nəticələri orta hesablamaq asan olacaq. Burada Ghz CPU -ları atmırıq, buna görə də qurulmuş dünyamızda hər bir CPU saatı vacibdir. İkincili ortalamalar Firmware -də yerinə yetiriləcək. Hər bir NTC-nin ayaqları olmalıdır və məlumatları bortda olan ADC vasitəsilə oxuya bilmək üçün R (NTC)+R (def) -dən ibarət olan gərginlik bölücü qurulmalıdır. ADC portu, bu ikisinin ortasına bağlanmalıdır. R (def), ümumiyyətlə R (NTC) aralığında 0.1 % və ya daha yaxşı sabit bir dəyəri olan ikinci bir rezistordur. İsteğe bağlı olaraq siqnalı gücləndirmək üçün bir OP-Amp əlavə edə bilərsiniz. NTC prpbes -ə qoşulmaq üçün bu hissədəki rəqəmə baxın.

Lehimləmə başa çatdıqda və yoxlanıldıqda, növbəti addım MSP-430 mikrokontrolörünü DIL yuvalarına quraşdırmaqdır. Ancaq əvvəlcədən proqramlaşdırılmalıdırlar. Bu mərhələdə, ilkin testlər üçün cihazı (mikro nəzarətçi olmadan) açmaq mümkündür. Hər şey düzgün bir şəkildə yığılırsa, cihaz açılmalı və röleler qırmızı LED-lərlə göstərilməməlidir və fanatlar işləməli və göstərilməlidir, ancaq heç bir məlumat olmadan yalnız mavi arxa işıq olmalıdır..

Addım 5: İstifadəçi Girişi, Rotary-Encoder və Capacitive-Touch Booster-Pack

Cihaza məlumat daxil etmək üçün istifadə edilə bilən bir giriş cihazına sahib olmaq həmişə xoşdur. Daimi maqnitli maqnit düyməsi burada yaxşı bir seçimdir. Onun vəzifəsi radiator blokuna quraşdırılmış fanatlar üçün temperatur həddinə daxil olmaqdır. İstifadəçiyə fasilələrlə temperatur üçün yeni bir eşik daxil etməsinə imkan verir. Yalnız sola və ya sağa dönərək (20-100 ° C) aralığında dəyərlər əlavə edə və ya çıxara bilərsiniz. Daha aşağı dəyər otaq mühitinin temperaturu ilə müəyyən edilir.

Bu düymənin rəqəmsal siqnalını mikrokontrolöre ötürən kiçik bir dövrəsi var. Yüksək/aşağı məntiqi daha sonra giriş üçün GPIO tərəfindən şərh olunur.

İkinci giriş cihazı Ti-nin kapasitif toxunma gücləndirici paketidir. Booster paketini də istifadə etmək mümkündür, ancaq hədəf MCU-da GPIO olmaması səbəbindən hər ikisini istifadə etmək mümkün deyil. Booster paketi bir çox GPIO -ya yol açır.

Fikrimcə, düymə Booster-Pack-dan daha yaxşıdır. Ancaq seçim etmək yaxşıdır. Booster paketi istənirsə, istifadə etmək üçün Ti -dən hazır bir kitabxana var. Bura bu mövzuda təfərrüatlara girməyəcəyəm.

Addım 6: Xülasə: Ətraf-Temperatur Ölçmələri və Əlavə Fikirlər ……

Açıldıqdan sonra MCU quraşdırıldıqdan sonra sizi salamlayacaq və sonra ölçülərə davam edəcək. Firmware əvvəlcə pərəstişkarlarını qapalı vəziyyətdə saxlayır. 5 x NTC zondunda ölçmə seriyasına başlayır, sonra da bir mütləq dəyərə birləşdirilir. Sonra bu dəyər və müqayisə (istifadəçi məlumatları) həddində DPDT rölelərinə bağlı olan fanatları (və ya istədiyiniz cihazları, başqa bir şeyi) açar və ya söndürər. 3 x Röleyə söndürülməsi və ya söndürülməsi lazım olan hər şeyi əlavə edə biləcəyinizi düşünün. Röleler 16 Amper cərəyanını keçə bilər, amma bu çıxışlarda bu cür ağır yüklərdən istifadə etməyi başlamaq yaxşı bir fikir deyil.

Ümid edirəm ki, bu "şey" (^_^) …….. hehe kiməsə faydalı olacaq. Qlobal pətək zehninə töhfəm ^^).

Maraqlıdır, kimsə onu qurmağa çalışacaq. Ancaq kömək edərlərsə, məmnuniyyətlə hər şeydə kömək edərəm. CCS -də və Energiyada firmware var. Ehtiyacınız varsa, zəhmət olmasa mənə bildirin. Suallar və təkliflər haqqında da mənə yaza bilərsiniz. "Günəşli" Almaniyadan salamlar.