მაღალი სიზუსტის ტემპერატურის კონტროლერი: 6 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

მეცნიერებაში და საინჟინრო სამყაროში ტემპერატურის მონიტორინგი (ატომების მოძრაობა თერმოდინამიკაში) არის ერთ – ერთი ფუნდამენტური ფიზიკური პარამეტრი, რომელიც უნდა გავითვალისწინოთ თითქმის ყველგან, დაწყებული უჯრედის ბიოლოგიიდან დაწყებული მძიმე საწვავის სარაკეტო ძრავით და ბიძგით. კომპიუტერებში და ძირითადად ყველგან, სადაც დამავიწყდა აღნიშვნა. ამ ინსტრუმენტის იდეა საკმაოდ მარტივი იყო. Firmware– ის შემუშავებისას დამჭირდა საცდელი დაყენება, სადაც შემეძლო მე firmware– ის შეცდომების გამოსწორება ჩვენი პროდუქტების ნაცვლად, რომლებიც ხელნაკეთია ტექნიკოსების მიერ და არ იწვევს რაიმე სახის გაუმართაობას ზემოთ აღნიშნულთან დაკავშირებით. ეს ინსტრუმენტები ცხელდება და ამიტომ მუდმივი და ზუსტი ტემპერატურის მონიტორინგია საჭირო იმისათვის, რომ ინსტრუმენტის ყველა ნაწილი შეინარჩუნოს მუშაობაში და რაც არანაკლებ მნიშვნელოვანია არაჩვეულებრივად. ამოცანის გადასაჭრელად NTC თერმისტორების გამოყენებას რამდენიმე უპირატესობა აქვს. NTCs (ტემპერატურის უარყოფითი კოეფიციენტი) არის სპეციალური თერმისტორი, რომელიც ცვლის წინააღმდეგობას ტემპერატურის მიხედვით. ეს NTC კომბინირებული კალიბრაციის მეთოდით სტენელი ჰარტისა და ჯონ სტაინჰარტის მიერ აღმოჩენილი სტატიაში "Deep-Sea Research 1968 vol.15, pp 497-503 Pergamon Press" არის საუკეთესო გამოსავალი ჩემს შემთხვევაში. ნაშრომი განიხილავს ფართო სპექტრის ტემპერატურის გაზომვის მეთოდებს (ასობით კელვინი…) ამ ტიპის მოწყობილობებთან. ჩემი აზრით, საინჟინრო ფონიდან გამომდინარე, რაც უფრო მარტივი იქნება სისტემა/სენსორი, მით უკეთესი. არავის არ უნდა ჰქონდეს რაღაც ძალიან რთული წყლის ქვეშ, კილომეტრის სიღრმეზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს პრობლემები ტემპერატურის გაზომვისას მხოლოდ მათი სირთულის გამო. მე ვეჭვობ სენსორის არსებობას მსგავსი ფუნქციის შესასრულებლად, შესაძლოა თერმოწყვილის ნება, მაგრამ ის მოითხოვს გარკვეულ დამხმარე სქემას და ეს არის უკიდურესი ზუსტი შემთხვევებისთვის. მოდით გამოვიყენოთ ეს ორი, გაგრილების სისტემის დიზაინისთვის, რომელსაც აქვს რამდენიმე გამოწვევა. ზოგიერთი მათგანია: ხმაურის დონე, რეალურ დროში ღირებულების ეფექტური შერჩევა და შესაძლოა, ყოველივე ზემოთ ნახსენები მარტივი და მოსახერხებელი პაკეტი რემონტისა და ტექნიკური მომსახურების სიმარტივისთვის, ასევე ერთეულის ხარჯები. იმავდროულად, firmware– ის წერისას, კონფიგურაცია უფრო და უფრო შესწორდა და გაუმჯობესდა. რაღაც მომენტში მივხვდი, რომ ის ასევე შეიძლება გამხდარიყო დამოუკიდებელი ინსტრუმენტი თავისი სირთულის გამო.

ნაბიჯი 1: ტემპერატურის კალიბრაცია სტაინჰარტ-ჰარტის მიერ

ვიკიპედიაში არის კარგი სტატია, რომელიც დაგეხმარებათ გამოთვალოთ თერმისტორის კოეფიციენტები საჭირო ტემპერატურისა და თერმისტორის დიაპაზონის მიხედვით. უმეტეს შემთხვევაში კოეფიციენტები ძალიან მცირეა და მათი უგულებელყოფა შეიძლება განტოლებაში მისი გამარტივებული ფორმით.

სტაინჰარტ – ჰარტის განტოლება არის ნახევარგამტარის წინააღმდეგობის მოდელი სხვადასხვა ტემპერატურაზე. განტოლება არის:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { ჩვენების სტილი {1 / მეტი T} = A + B / ln (R) + C [ln (R)]^{ 3}}

სად:

T { displaystyle T} არის ტემპერატურა (კელვინში) R { displaystyle R} არის წინააღმდეგობა T (ოჰმში) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} და C { displaystyle C} არის სტაინჰარტ -ჰარტის კოეფიციენტები, რომლებიც განსხვავდება თერმისტორის ტიპისა და მოდელისა და ტემპერატურის ინტერესის მიხედვით. (გამოყენებული განტოლების ყველაზე ზოგადი ფორმა შეიცავს [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

ტერმინი, მაგრამ ეს ხშირად უგულებელყოფილია, რადგან ის, როგორც წესი, ბევრად უფრო მცირეა, ვიდრე სხვა კოეფიციენტები და, შესაბამისად, ზემოთ არ არის ნაჩვენები.)

განტოლების შემქმნელები:

განტოლება დაერქვა ჯონ სტეინჰარტისა და სტენლი რ. ჰარტის სახელით, რომლებმაც პირველად გამოაქვეყნეს ურთიერთობა 1968 წელს. [1] პროფესორი შტაინჰარტი (1929–2003), ამერიკის გეოფიზიკური კავშირისა და მეცნიერების განვითარების ამერიკული ასოციაციის წევრი, იყო ვისკონსინ – მედისონის უნივერსიტეტის ფაკულტეტის წევრი 1969 წლიდან 1991 წლამდე [2]. დოქტორი ჰარტი, 1989 წლიდან ვუდს ჰოლის ოკეანოგრაფიული ინსტიტუტის უფროსი მეცნიერი და ამერიკის გეოლოგიური საზოგადოების, ამერიკის გეოფიზიკური კავშირის, გეოქიმიური საზოგადოებისა და გეოქიმიის ევროპული ასოციაციის წევრი, [3] ასოცირებული იყო პროფესორ სტეინჰარტთან კარნეგის ინსტიტუტში. ვაშინგტონი, როდესაც განტოლება შეიქმნა.

წყაროები:

ჯონ ს. სტეინჰარტი, სტენლი რ. ჰარტი, კალიბრაციის მოსახვევები თერმისტორებისთვის, ღრმა ზღვის კვლევები და ოკეანოგრაფიული რეფერატები, ტომი 15, გამოცემა 4, 1968 წლის აგვისტო, გვერდები 497-503, ISSN 0011-7471, დოი: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"ვისკონსინ-მედისონის უნივერსიტეტის ფაკულტეტის მემორიალური რეზოლუცია ემერიტუს პროფესორის ჯონ სტეინჰარტის გარდაცვალების შესახებ" (PDF). ვისკონსინის უნივერსიტეტი. 2004 წლის 5 აპრილი. დაარქივებულია ორიგინალიდან (PDF) 2010 წლის 10 ივნისს. წაკითხვის თარიღი: 2015 წლის 2 ივლისი.

"დოქტორი სტენ ჰარტი". ვუდს ჰოლის ოკეანოგრაფიული დაწესებულება. წაკითხვის თარიღი: 2 ივლისი 2015.

ნაბიჯი 2: შეკრება: მასალები და მეთოდები

მშენებლობის დასაწყებად, ჩვენ უნდა მივმართოთ BOM aka- ს (კანონპროექტი მასალების შესახებ) და ვნახოთ, რა ნაწილების გამოყენებას ვგეგმავთ. BOM– ის გარდა, საჭირო იქნება გასაყიდი რკინა, რამდენიმე გასაღები, ხრახნიანი იარაღი და ცხელი წებოს იარაღი. მოხერხებულობისთვის გირჩევთ ელექტრონიკის ძირითად ლაბორატორიულ ინსტრუმენტებს, რომლებიც თქვენს გვერდითაა.

1. პროტოტიპის დაფა -1
2. Hitachi LCD ეკრანი -1
3. საშუალო ჭაბურღილი 240V >> 5 ვოლტიანი კვების წყარო -1
4. წითელი LED-3
5. ლურჯი LED-3
6. მწვანე LED-1
7. ყვითელი LED-1
8. OMRON სარელეო (DPDT ან მსგავსი 5 ვოლტი) -3
9. პოტენომეტრი 5KOhm-1
10. რეზისტორები (470Ohm)-რამდენიმე
11. BC58 ტრანზისტორი -3
12. დიოდი -3
13. დაბალი ვარდნის ძაბვის რეგულატორი -3
14. SMD LED- ები (მწვანე, წითელი) -6
15. MSP-430 მიკროპროცესორი (Ti 2553 ან 2452) -2
16. მექანიკური გადამრთველი Brake-Before-Make (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. რიჩკოს პლასტმასის დამჭერები -2
19. DIP სოკეტები MSP -430 მიკროპროცესორისთვის -4
20. ელექტრომომარაგების კაბელი კედლის სოკეტისთვის -1
21. Jumper მავთულები (სხვადასხვა ფერები) - ბევრი
22. NTC Probe aka thermistor 4k7 მნიშვნელობა, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Capacitive Touch BoosterPack (ტეხასის ინსტრუმენტები) -1 (სურვილისამებრ)
24. გაგრილების გულშემატკივარი (სურვილისამებრ) იმ შემთხვევაში, თუ რამე უნდა გაცივდეს- (1-3) (სურვილისამებრ)
25. სუფთა ალუმინის რადიატორი 5 ხვრელით გაბურღული მასში NTC Probes-1– ისთვის
26. პლასტიკური ფირფიტები გაბურღული ხვრელებით - 2
27. თხილი, ჭანჭიკები და ზოგიერთი ხრახნი, რომ შევიკრიბოთ გადამზიდავი კონსტრუქცია -20 (თითო ცალი)
28. მავთულის PCB preff_board სამონტაჟო სოკეტი 2 მავთულის ვერსია ხრახნიანი შიგნით -1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (სურვილისამებრ), ემსახურება როგორც მეორე ფრონტალურ ჩვენებას -1

მე ვიცი, რომ ეს საკმაოდ დიდი კანონპროექტია მასალებზე და შეიძლება ღირსეული თანხა დაჯდეს. ჩემს შემთხვევაში, მე ყველაფერს ვიღებ დამსაქმებლის მეშვეობით. მაგრამ თუ თქვენ გინდათ რომ ეს იაფად შეინარჩუნოთ, არ უნდა გაითვალისწინოთ დამატებითი ნაწილები. დანარჩენი ყველაფერი მარტივად შეგიძლიათ მიიღოთ Farnell14, DigiKey და/ან ელექტრონიკის სპეციალიზებული მაღაზიებიდან.

მე გადავწყვიტე MSP-430 მიკროპროცესორული ხაზი, რადგან მე მქონდა ისინი განლაგებული. მიუხედავად იმისა, რომ მარტივად შეგიძლიათ აირჩიოთ "AVR" RISC MCU. რაღაც ATmega168, ან ATmega644 Pico-Power ტექნოლოგიით. ნებისმიერი სხვა AVR მიკროპროცესორი შეასრულებს საქმეს. მე ნამდვილად Atmel AVR- ის დიდი "ფანბოი" ვარ. და უნდა აღინიშნოს, თუ თქვენ მოდიხართ ტექნიკური ფონიდან და გსურთ რაიმე კარგი შეკრების გაკეთება, არ გამოიყენოთ Arduino დაფა, თუ შეძლებთ დამოუკიდებელი AVR– ების დაპროგრამებას, ეს ბევრად უკეთესი იქნება, თუ არა მაშინ, სცადეთ პროგრამირება პროცესორი და ჩართულია მოწყობილობაში.

ნაბიჯი 3: შეკრება: შედუღება და მშენებლობა ეტაპობრივად…

დაწყების შეკრება aka soldering საწყისი ყველაზე პატარა კომპონენტები არის კარგი დასაწყისი. დაიწყეთ smd კომპონენტებით და გაყვანილობით. შეაერთეთ პირველ რიგში დენის ავტობუსი, სადღაც ისე, როგორც მე გავაკეთე ჩემს დაფაზე და შემდეგ გახანგრძლივეთ ისე, რომ პრეფორდის ყველა ნაწილი ადვილად შედიოდეს დენის ავტობუსში ყოველგვარი მარშრუტისა და გართულებების გარეშე. მე ვიყენებდი მავთულხლართებს მთელს პრესფორდზე და ეს საკმაოდ გიჟურად გამოიყურება, მაგრამ მოგვიანებით შეიძლება შეიქმნას შესაბამისი PCB, მას შემდეგ რაც პროტოტიპი იმუშავებს.

• SMD ნაწილების შედუღება (MSP-430 MCU– ს დენის მითითებისთვის, Vcc– სა და GND– ს შორის)
• შედუღების დენის ავტობუსი და გაყვანილობა (მარშრუტი ისე, რომ ის ენერგიას აძლევს MSP-430)
• შეაერთეთ ყველა სახის DIL სოკეტი (MSP-430 x 2 IC– ის ჩასართავად
• solder დაბალი dropout ძაბვის რეგულატორები მისი შესაბამისი მხარდაჭერა (capacitors, ძალა 5 >> 3.3 ვოლტი ვარდნა)
• შემაერთებელი ტრანზისტორი და რეზისტები და დიოდები რელეებისთვის და MCU– სთან დაკავშირება.
• შეაერთეთ 10k Ohm Potentiometer LCD ეკრანის სიკაშკაშის კონტროლისთვის.
• შეაერთეთ LED- ები რელეების გვერდით, ორი მდგომარეობის მაჩვენებელი წითელი/ლურჯი (ლურჯი = ჩართული, წითელი = გამორთული).
• შეაერთეთ საშუალო ჭაბურღილი 240 ვოლტი >> 5 ვოლტიანი კვების ბლოკი თავისი კონექტორებით.
• შეაერთეთ ლურჯი მექანიკური გადამრთველი (შესვენება-გაკეთებამდე) დენის წყაროს გვერდით.

გააგრილეთ ყველაფერი რაც დარჩა. მე არ შევქმენი შესაბამისი სქემა მოწყობილობიდან მხოლოდ დროის სიმცირის გამო, მაგრამ ეს საკმაოდ მარტივია ელექტრონიკის ფონზე. შედუღების დასრულებისთანავე, ყველაფერი უნდა შემოწმდეს, სათანადო კავშირების თავიდან ასაცილებლად ელექტროგადამცემი ხაზების ყოველგვარი შეწყვეტა.

ახლა დროა შევიკრიბოთ გადამზიდავი კონსტრუქცია. როგორც სურათებში, მე გამოვიყენე 2 x პლასტმასის ფირფიტა M3 ზომის ხვრელებით (4 x თითო ფირფიტაზე), რომ გრძელი ხრახნები და თხილი და საყელურები გადიოდეს, მანძილის ჭანჭიკები და საყელურები იდეალურია ასეთი ურთიერთკავშირისთვის. თეორია უნდა გამკაცრდეს ორივე მხრიდან, რათა შეძლოთ მწვანე ფირფიტების ერთად დაჭერა.

წინასწარი დაფა უნდა იყოს ჩასმული წინა საყელურებს შორის, მათი თქმით, წინა საყელურები უნდა იყოს დიდი დიამეტრის (5 მმ -მდე) ისე, რომ მათ შორის მოთავსდეს წინასწარ დაფა და შემდეგ გამკაცრდეს. თუ ის სწორად გაკეთდა, დაფა მყარად იდგება 90 ° -ზე. მისი შენარჩუნების კიდევ ერთი ვარიანტი იქნება Ritcho- ს პლასტმასის PCB დამჭერების გამოყენება, რომელიც დამონტაჟებულია ამ მანძილის ჭანჭიკებზე 90 ° -იანი კუთხით, რაც დაგეხმარებათ პლასტმასის ნაწილების დაჭიმვაში ჭანჭიკებამდე. ამ დროს, თქვენ უნდა შეგეძლოთ შეაერთოთ/მიამაგროთ preffboard.

წინასწარი დაფის ინსტალაციის შემდეგ, LCD (16x2) ჩვენება გამოჩნდება მომდევნო და უნდა იყოს დაინსტალირებული. მე ვიყენებ ჩემს 4-ბიტიან რეჟიმში GPIO ^_ ^))))))))). გთხოვთ გამოიყენოთ 4 ბიტიანი რეჟიმი, წინააღმდეგ შემთხვევაში, თქვენ არ გექნებათ საკმარისი GPIO პროექტის დასასრულებლად. უკანა შუქი, Vcc და Gnd იკვრება პოტენციომეტრის საშუალებით დენის ავტობუსზე. ჩვენების მონაცემების ავტობუსის კაბელები უნდა იყოს მიერთებული პირდაპირ MSP-430 მიკროკონტროლერზე. გთხოვთ გამოიყენოთ მხოლოდ ციფრული GPIO. ანალოგური GPIO ჩვენ გვჭირდება NTC– ებისთვის. არის 5 x NTC მოწყობილობა, ამიტომ ის იქ მჭიდროა.

ნაბიჯი 4: შეკრების დასრულება და გააქტიურება

იმისათვის, რომ გამოვიყენოთ ზონდები/NTCs 5 x ცალი რადიატორზე, უნდა მოხდეს ბურღვა. გაეცანით NTC– ს მონაცემებს, რომელიც მე დავამატე სურათის სახით გაბურღული ხვრელის დიამეტრებისა და სიღრმისთვის. ამის შემდეგ გაბურღული ხვრელი უნდა იყოს მორგებული ხელსაწყოთი, რათა მიიღოს NTC– ის M3 ზომის თავი. 5 x NTC– ის გამოყენება არის ტექნიკის საშუალო და დაზუსტება. MSP-430– ს აქვს ADC 8 – ბიტიანი გარჩევადობით, ამიტომ 5 x სენსორის ქონა ადვილი იქნება შედეგების საშუალო მაჩვენებლებისთვის. ჩვენ არ განვკარგავთ Ghz პროცესორებს აქ, ამიტომ ჩვენს ჩაშენებულ სამყაროში თითოეული პროცესორის საათი აუცილებელია. საშუალო საშუალო შესრულდება Firmware. თითოეული NTC უნდა იყოს ფეხზე და იმისათვის, რომ შეძლოს მონაცემების წაკითხვა ბორტზე ADC– ით, უნდა ჩამოყალიბდეს ძაბვის გამყოფი, რომელიც შედგება R (NTC)+R (def). ADC პორტი უნდა იყოს მიმაგრებული იმ ორის ცენტრში. R (def) არის მეორე რეზისტორი, რომელსაც უნდა ჰქონდეს ფიქსირებული მნიშვნელობა 0.1 % ან უკეთესი, როგორც წესი, R (NTC) დიაპაზონში. სურვილისამებრ შეგიძლიათ დაამატოთ OP-Amp სიგნალის გასაძლიერებლად. გთხოვთ მიმართოთ ამ განყოფილების ფიგურას NTC prpbes– ის დასაკავშირებლად.

როდესაც შედუღება დასრულებულია და შემოწმებულია, შემდეგი ნაბიჯი არის MSP-430 მიკროკონტროლის დაყენება მათ DIL სოკეტებში. მაგრამ წინასწარ საჭიროა მათი დაპროგრამება. ამ ნაბიჯში შესაძლებელია მოწყობილობის ჩართვა (მიკროკონტროლის გარეშე) წინასწარი ტესტებისთვის. თუ ყველაფერი სწორად არის აწყობილი, მოწყობილობა უნდა ჩაირთოს და რელეები იყოს გამორთულ მდგომარეობაში, წითელი LED- ებით მითითებული და გულშემატკივრები უნდა მუშაობდნენ და ეკრანი ჩართული უნდა იყოს, მაგრამ მასზე მონაცემების გარეშე, მხოლოდ ლურჯი უკანა შუქი რა

ნაბიჯი 5: მომხმარებლის შეყვანა, Rotary-Encoder და Capacitive-Touch Booster-Pack

ყოველთვის სასიამოვნოა შეყვანის მოწყობილობა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოწყობილობაში მონაცემების შესასვლელად. მაგნიტური სახელური მუდმივი მაგნიტებით არის კარგი არჩევანი აქ. მისი ამოცანაა რადიატორის ბლოკზე დამონტაჟებული გულშემატკივრებისთვის ტემპერატურის ბარიერის შეყვანა. ის მომხმარებელს საშუალებას აძლევს შეაფერხოს ტემპერატურის ახალი ბარიერი. მარცხნივ ან მარჯვნივ გადახვევით, შეგიძლიათ დაამატოთ ან გამოაკლოთ მნიშვნელობები (20-100 ° C) დიაპაზონში. ქვედა ღირებულება განისაზღვრება ოთახის გარემოს ტემპერატურაზე.

ამ სახელურს აქვს მცირე წრე, რომელიც ციფრულ სიგნალს გადასცემს მიკროკონტროლერს. ლოგიკა მაღალი/დაბალი შემდეგ ინტერპრეტირდება GPIO შეყვანისთვის.

მეორე შეყვანის მოწყობილობა არის Ti- ს capacitive touch touch booster-pack. შესაძლებელია Booster-pack- ის გამოყენებაც, მაგრამ შეუძლებელია ორივეს გამოყენება, მხოლოდ მიზნობრივი MCU- ზე GPIO- ს არარსებობის გამო. გამაძლიერებელი პაკეტი ბევრ GPIO– სკენ მიდის.

ჩემი აზრით, Knob უკეთესია, ვიდრე Booster-Pack. მაგრამ კარგია არჩევანის გაკეთება. თუ სასურველია გამაძლიერებელი პაკეტი, მაშინ Ti– ს მზა ბიბლიოთეკაა გამოსაყენებლად. მე აქ არ შევალ დეტალურად ამის შესახებ.

ნაბიჯი 6: შეჯამება: გარემოს ტემპერატურის გაზომვები და შემდგომი იდეები ……

MCU ინსტალაციის შემდეგ, როდესაც ის გააქტიურებულია, ის მიესალმება და შემდეგ გააგრძელებს გაზომვებს. ფირმა ჯერ ინახავს გულშემატკივრებს გამორთულ მდგომარეობაში. იწყებს გაზომვების სერიას 5 x NTC ზონდზე, რომელიც შემდეგ გაერთიანებულია ერთ აბსოლუტურ მნიშვნელობაში. შემდეგ ამ ღირებულებისა და შედარების (მომხმარებლის მონაცემების) ბარიერი, ის ჩართავს ან გამორთავს DPDT რელეებზე დამაგრებულ გულშემატკივრებს (ან სასურველ მოწყობილობებს, სხვა ყველაფერს). გაითვალისწინეთ, რომ თქვენ შეგიძლიათ დაურთოთ იმ 3 რელეს ყველაფერი, რაც უნდა გამორთოთ ან გამორთოთ. რელეებს შეუძლიათ 16 ამპერიანი დენის გავლა, მაგრამ მე არ ვფიქრობ, რომ კარგი იდეაა დავიწყოთ ასეთი მძიმე მოვალეობების გამოყენება ამ გამოსასვლელებზე.

ვიმედოვნებ, რომ ეს "რამე" (^_^) …….. ჰეჰ ვინმეს გამოადგება. ჩემი წვლილი გლობალურ ჭკუაში ^^).

მაინტერესებს ვინმე შეეცდება მის აშენებას. მაგრამ თუ ისინი ამას გააკეთებენ, მე სიამოვნებით დაგეხმარებით ყველაფერში. მაქვს firmware CCS და Energia– ში. გთხოვთ შემატყობინოთ ბიჭებო, თუ დაგჭირდებათ. ასევე მოგერიდებათ მომწეროთ შეკითხვები და წინადადებები. მისალმებები "მზიანი" გერმანიიდან.