როგორ შევქმნათ წყლის ნაკადის მრიცხველი: 7 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ზუსტი, მცირე და იაფი თხევადი ნაკადის მრიცხველი მარტივად შეიძლება გაკეთდეს GreenPAK ™ კომპონენტების გამოყენებით. ამ ინსტრუქციებში ჩვენ წარმოგიდგენთ წყლის ნაკადის მრიცხველს, რომელიც განუწყვეტლივ ზომავს წყლის ნაკადს და აჩვენებს მას სამ 7-სეგმენტიან ეკრანზე. ნაკადის სენსორის გაზომვის დიაპაზონი არის 1 -დან 30 ლიტრამდე წუთში. სენსორის გამომავალი არის ციფრული PWM სიგნალი წყლის სიხშირის პროპორციული სიხშირით.

სამი GreenPAK პროგრამირებადი შერეული სიგნალის მატრიცა SLG46533 IC ითვლის იმპულსების რაოდენობას ბაზის დროში T. ეს ძირითადი დრო გამოითვლება ისე, რომ იმპულსების რაოდენობა ტოლია იმ პერიოდში ნაკადის სიჩქარისა, შემდეგ ეს გამოთვლილი რიცხვი ნაჩვენებია 7-ზე -სეგმენტის ჩვენებები. გარჩევადობა არის 0.1 ლიტრი/წთ.

სენსორის გამომუშავება უკავშირდება ციფრულ შეყვანას პირველი შერეული სიგნალის მატრიცის შმიტის ტრიგერით, რომელიც ითვლის წილადის რიცხვს. ჩიპები გაერთიანებულია ციფრული გამომავალი საშუალებით, რომელიც უკავშირდება შემდგომი შერეული სიგნალის მატრიცის ციფრულ შეყვანას. თითოეული მოწყობილობა უკავშირდება 7 სეგმენტის საერთო კათოდურ ჩვენებას 7 გამომავალი საშუალებით.

GreenPAK პროგრამირებადი შერეული სიგნალის მატრიცის გამოყენება სასურველია სხვა მრავალ გადაწყვეტილებებზე, როგორიცაა მიკროკონტროლერები და დისკრეტული კომპონენტები. მიკროკონტროლერთან შედარებით, GreenPAK უფრო დაბალი ღირებულებაა, უფრო პატარა და უფრო ადვილია პროგრამირება. დისკრეტული ლოგიკური ინტეგრირებული სქემების დიზაინთან შედარებით, ეს არის ასევე დაბალი ღირებულება, უფრო ადვილი ასაშენებელი და უფრო მცირე.

ეს ხსნარი კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი რომ იყოს, სისტემა უნდა იყოს რაც შეიძლება პატარა და მოთავსებული იყოს წყალგაუმტარი, მყარი გარსაცმის შიგნით, რომ იყოს მდგრადი წყლის, მტვრის, ორთქლის და სხვა ფაქტორების მიმართ, რათა ის იმოქმედოს სხვადასხვა პირობებში.

დიზაინის შესამოწმებლად აშენდა მარტივი PCB. GreenPAK მოწყობილობები ჩართულია ამ PCB– ზე, 20 ქინძისთავის ორმაგი რიგის ქალი სათაურის კონექტორების გამოყენებით.

ტესტები პირველად ტარდება არდუინოს მიერ გამომუშავებული პულსის გამოყენებით და მეორედ იზომება სახლის წყლის წყაროს წყლის ნაკადის სიჩქარე. სისტემამ აჩვენა სიზუსტე 99%.

აღმოაჩინეთ ყველა საჭირო ნაბიჯი იმის გაგება, თუ როგორ არის დაპროგრამებული GreenPAK ჩიპი წყლის ნაკადის მრიცხველის გასაკონტროლებლად. თუმცა, თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ მიიღოთ პროგრამირების შედეგი, გადმოწერეთ GreenPAK პროგრამული უზრუნველყოფა, რომ ნახოთ უკვე დასრულებული GreenPAK დიზაინის ფაილი. შეაერთეთ GreenPAK განვითარების ნაკრები თქვენს კომპიუტერში და დააჭირეთ პროგრამას, რომ შექმნათ პერსონალური IC თქვენი წყლის ნაკადის მრიცხველის გასაკონტროლებლად. მიჰყევით ქვემოთ აღწერილ ნაბიჯებს, თუ დაინტერესებული ხართ იმის გაგებით, თუ როგორ მუშაობს წრე.

ნაბიჯი 1: სისტემის ზოგადი აღწერა

თხევადი ნაკადის სიჩქარის გაზომვის ერთ -ერთი ყველაზე გავრცელებული გზა ზუსტად იგივეა, რაც ქარის სიჩქარის გაზომვა პრინციპის მიხედვით: ქარის სიჩქარე პროპორციულია ანემომეტრის ბრუნვის სიჩქარისა. ამ ტიპის ნაკადის სენსორის ძირითადი ნაწილი არის ერთგვარი ბორბალი, რომლის სიჩქარე პროპორციულია მასში გამავალი თხევადი ნაკადის სიჩქარისა.

ჩვენ გამოვიყენეთ წყლის ნაკადის სენსორი ფირმა URUK– დან, რომელიც ნაჩვენებია ფიგურაში 1. ამ სენსორში, Pinwheel– ზე დამონტაჟებული Hall Effect სენსორი გამოდის პულსი ყოველ რევოლუციაზე. გამომავალი სიგნალის სიხშირე წარმოდგენილია ფორმულა 1 -ში, სადაც Q არის წყლის ნაკადის სიჩქარე ლიტრში/წუთში.

მაგალითად, თუ გაზომილი ნაკადის სიჩქარეა 1 ლიტრი/წუთი, გამომავალი სიგნალის სიხშირეა 7.5 ჰერცი. ნაკადის რეალური მნიშვნელობის გამოსახატავად 1.0 ლიტრი/წუთში, ჩვენ უნდა დავთვალოთ პულსი 1.333 წამის განმავლობაში. 1.0 ლიტრი/წუთის მაგალითში, დათვლილი შედეგი იქნება 10, რომელიც გამოჩნდება 01.0 შვიდ სეგმენტიან დისპლეებზე. ამ პროგრამაში ორი ამოცანაა განხილული: პირველი არის პულსის დათვლა და მეორე არის რიცხვის ჩვენება ამოცანის დასრულების შემდეგ. თითოეული ამოცანა გრძელდება 1.333 წამი.

ნაბიჯი 2: GreenPAK დიზაინერის განხორციელება

SLG46533– ს აქვს მრავალმხრივი კომბინირებული ფუნქციის მაკრო უჯრედები და მათი კონფიგურაცია შესაძლებელია როგორც ცხრილების, მრიცხველების ან D-Flip-Flops– ის სახით. ეს მოდულარულობა არის ის, რაც GreenPAK- ს ხდის აპლიკაციისათვის შესაფერისს.

პროგრამას აქვს 3 ეტაპი: ეტაპი (1) ქმნის პერიოდულ ციფრულ სიგნალს სისტემის 2 ამოცანას შორის გადართვისთვის, ეტაპი (2) ითვლის ნაკადის სენსორის იმპულსებს და ეტაპი (3) აჩვენებს წილადი რიცხვს.

ნაბიჯი 3: პირველი ეტაპი: გადათვლა/გამოთვლა

საჭიროა ციფრული გამომავალი "COUNT/DISP-OUT", რომელიც ცვლის მდგომარეობას მაღალსა და დაბალს ყოველ 1.333 წამში. როდესაც მაღალია, სისტემა ითვლის იმპულსებს და როდესაც დაბალი აჩვენებს დათვლილ შედეგს. ამის მიღწევა შესაძლებელია DFF0, CNT1 და OSC0 სადენით, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათ 2 -ში.

OSC0– ის სიხშირეა 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 კონფიგურებულია როგორც მრიცხველი და მისი საათის შეყვანა დაკავშირებულია CLK/4 -თან ისე, რომ CNT1– ის შეყვანის საათის სიხშირეა 6.25 კჰც. პირველი საათის პერიოდისთვის, რომელიც გრძელდება, როგორც ნაჩვენებია განტოლებაში 1, CNT1 გამომავალი მაღალია და მომდევნო საათის სიგნალი იზრდება ზღვარზე, მრიცხველი დაბალია და CNT1 იწყებს კლებას 8332 -დან. როდესაც CNT1 მონაცემები 0 -ს მიაღწევს, CNT1 გამომავალი ახალი პულსი გენერირებული. CNT1 გამომავალი თითოეული ამოსვლის ზღვარზე, DFF0 გამომავალი ცვლის მდგომარეობას, თუ დაბალია ის გადადის მაღალზე და პირიქით.

DFF0– ის გამომავალი პოლარობა უნდა იყოს კონფიგურირებული, როგორც შებრუნებული. CNT1 არის 8332, რადგან დათვლის/ჩვენების დრო T უდრის, როგორც ნაჩვენებია განტოლებაში 2.

ნაბიჯი 4: მეორე ეტაპი: შეყვანის პულსის დათვლა

4-ბიტიანი მრიცხველი მზადდება DFF3/4/5/6 გამოყენებით, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურაში 4. ეს მრიცხველი იზრდება თითოეულ პულსზე მხოლოდ მაშინ, როდესაც „COUNT/DISP-IN“, რომელიც არის PIN 9, მაღალია. AND კარიბჭე 2-L2 შეყვანაა "COUNT/DISP-IN" და PWM შეყვანა. მრიცხველი გადატვირთულია, როდესაც ის მიაღწევს 10 -ს ან როდესაც დათვლის ეტაპი იწყება. 4-ბიტიანი მრიცხველი გადატვირთულია, როდესაც DFFs RESET ქინძისთავები, რომლებიც დაკავშირებულია იმავე ქსელ „RESET“-თან, დაბალია.

4 ბიტიანი LUT2 გამოიყენება მრიცხველის გადატვირთვისას, როდესაც ის მიაღწევს 10 – ს. ვინაიდან DFF გამომავალი ინვერსიულია, რიცხვები განისაზღვრება მათი ორობითი გამოსახულების ყველა ბიტის ინვერსიით: 0 – ის შეცვლა 1 – ზე და პირიქით. ამ წარმოდგენას ეწოდება ორობითი რიცხვის 1 -ის ავსება. 4 ბიტიანი LUT2 შეყვანა IN0, IN1, IN2 და IN3 დაკავშირებულია a0, a1, a2, a3 და a3 შესაბამისად. 4-LUT2 სიმართლის ცხრილი ნაჩვენებია ცხრილში 1.

როდესაც 10 პულსი რეგისტრირდება, 4-LUT0 გამომავალი გადადის მაღალიდან დაბალზე. ამ დროს CNT6/DLY6 გამომავალი, კონფიგურირებული ერთი გასროლის რეჟიმში მუშაობისთვის, გადადის დაბალ დონეზე 90 ns პერიოდის განმავლობაში, შემდეგ ისევ ხელახლა ჩართულია. ანალოგიურად, როდესაც "COUNT/DISP-IN" გადადის დაბალიდან მაღალზე, ესე იგი. სისტემა იწყებს პულსის დათვლას. CNT5/DLY5 გამომავალი, კონფიგურირებული ერთი კადრის რეჟიმში მუშაობისთვის, ძალიან დაბალი გადადის 90 ns პერიოდის განმავლობაში, შემდეგ ისევ ჩართულია. გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს RESET ღილაკის დაბალ დონეზე შენარჩუნებას და ხელახლა ჩართვას CNT5 და CNT6 გამოყენებით, რათა დრო მიეცეს ყველა DFF– ს გადატვირთვას. 90 ns დაყოვნება არ ახდენს გავლენას სისტემის სიზუსტეზე, ვინაიდან PWM სიგნალის მაქსიმალური სიხშირეა 225 Hz. CNT5 და CNT6 გამომავალი დაკავშირებულია AND კარიბჭის შესასვლელთან, რომელიც გამოსცემს RESET სიგნალს.

4-LUT2- ის გამომავალი ასევე უკავშირდება Pin 4-ს, წარწერით "F/10-OUT", რომელიც იქნება დაკავშირებული ჩიპის მომდევნო ეტაპის PWM შეყვანასთან. მაგალითად, თუ წილადის აღრიცხვის მოწყობილობის "PWM-IN" დაკავშირებულია სენსორის PWM გამომავალთან, ხოლო მისი "F/10-OUT" დაკავშირებულია ერთეულების მთვლელი მოწყობილობის "PWM-IN"-თან და " ამ უკანასკნელის F/10-OUT "უკავშირდება ათეულების ათვლის მოწყობილობის" PWM-IN "-ს და სხვა. ყველა ამ ეტაპის "COUNT/DISP-IN" უნდა იყოს დაკავშირებული 3-დან რომელიმე მოწყობილობის ერთსა და იმავე "COUNT/DISP-OUT"-თან.

სურათი 5 დეტალურად განმარტავს, თუ როგორ მუშაობს ეს ეტაპი, აჩვენებს როგორ გავზომოთ ნაკადის სიჩქარე 1.5 ლიტრი/წუთში.

ნაბიჯი 5: მესამე ეტაპი: საზომი ღირებულების ჩვენება

ამ საფეხურს აქვს შესასვლელი: a0, a1, a2 და a3 (შებრუნებული) და გამოვა 7 სეგმენტიან ეკრანთან დაკავშირებულ ქინძისთავებზე. თითოეულ სეგმენტს აქვს ლოგიკური ფუნქცია, რომელიც უნდა გაკეთდეს ხელმისაწვდომი LUT– ებით. 4-ბიტიან LUT– ს შეუძლია სამუშაოს შესრულება ძალიან მარტივად, მაგრამ სამწუხაროდ მხოლოდ 1 არის შესაძლებელი. 4-ბიტიანი LUT0 გამოიყენება სეგმენტისთვის G, მაგრამ სხვა სეგმენტებისთვის ჩვენ გამოვიყენეთ წყვილი 3 ბიტიანი LUT, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურაში 6. მარცხენა 3-ბიტიან LUT– ს აქვს a2/a1/a0 მათი შეყვანისას, ხოლო ყველაზე მარჯვენა 3-ბიტიან LUT– ს აქვს a3 დაკავშირებული მათ შესასვლელებთან.

ყველა საძიებელი ცხრილი შეიძლება გამოითქვას ცხრილში 2. ნაჩვენები 7 სეგმენტის დეკოდირების სიმართლის ცხრილიდან. ისინი წარმოდგენილია ცხრილში 3, ცხრილი 4, ცხრილი 5, ცხრილი 6, ცხრილი 7, ცხრილი 8, ცხრილი 9.

GPIO– ს კონტროლის ქინძისთავები, რომლებიც აკონტროლებენ 7 სეგმენტის ჩვენებას, უკავშირდება „COUNT/DISP-IN“-ს ინვერტორული საშუალებით, როგორც გამოსავალი, როდესაც „COUNT/DISP-IN“დაბალია, რაც იმას ნიშნავს, რომ ეკრანი იცვლება მხოლოდ ჩვენების ამოცანის დროს. ამრიგად, დათვლის ამოცანის დროს ჩვენება გამორთულია და ამოცანის ჩვენებისას ისინი აჩვენებენ დათვლილ იმპულსებს.

ათობითი წერტილის მაჩვენებელი შეიძლება საჭირო იყოს სადღაც 7-სეგმენტიანი ეკრანის შიგნით. ამ მიზეზით, PIN5, წარწერით "DP-OUT", დაკავშირებულია გადატრიალებულ "COUNT/DISP" ქსელთან და ჩვენ მას ვუკავშირდებით შესაბამისი ეკრანის DP- ს. ჩვენს განაცხადში ჩვენ უნდა გამოვაჩინოთ ათვლის ერთეულის ათწილადის წერტილი, რათა გამოვსახოთ რიცხვები ფორმატში "xx.x", შემდეგ ჩვენ დავუკავშირდებით ერთეულის ათვლის მოწყობილობის "DP-OUT" ერთეულის 7- ის DP შეყვანას. სეგმენტის ჩვენება და ჩვენ ვტოვებთ სხვებს დაუკავშირებელს.

ნაბიჯი 6: აპარატურის დანერგვა

სურათი 7 გვიჩვენებს 3 GreenPAK ჩიპსა და თითოეული ჩიპის კავშირს მის შესაბამის ეკრანთან. GreenPAK- ის ათწილადის წერტილი არის დაკავშირებული 7 სეგმენტიანი ეკრანის DP შეყვანისას, რათა ნახოთ ნაკადის სიჩქარე მის სწორ ფორმატში, რეზოლუციით 0.1 ლიტრი / წუთში. LSB ჩიპის PWM შეყვანა დაკავშირებულია წყლის ნაკადის სენსორის PWM გამომავალთან. სქემების F/10 გამომავალი დაკავშირებულია შემდეგი ჩიპის PWM შესასვლელებთან. სენსორებისათვის უფრო მაღალი ნაკადის სიჩქარით და/ან უფრო დიდი სიზუსტით, მეტი ჩიპის კასკადირება შესაძლებელია მეტი ციფრის დასამატებლად.

ნაბიჯი 7: შედეგები

სისტემის შესამოწმებლად, ჩვენ ავაშენეთ მარტივი PCB, რომელსაც აქვს კონექტორები GreenPAK- ის სოკეტების ჩასადებად 20 პინიანი ორმაგი მწკრივის ქალი სათაურების გამოყენებით. ამ PCB- ის სქემა და განლაგება, ასევე ფოტოები მოცემულია დანართში.

სისტემა პირველად გამოიცადა Arduino– ით, რომელიც ახდენს ნაკადის სიჩქარის სენსორისა და წყლის წყაროს სიმულაციას მუდმივი, ცნობილი ნაკადის სიჩქარით 225 Hz– ზე იმპულსების წარმოქმნით, რაც შეესაბამება დენის სიჩქარეს 30 ლიტრ/წუთში, შესაბამისად. გაზომვის შედეგი იყო 29.7 ლიტრი წუთში, შეცდომა არის დაახლოებით 1 %.

მეორე ტესტი გაკეთდა წყლის ნაკადის სიჩქარის სენსორის და სახლის წყლის წყაროს გამოყენებით. დინების განსხვავებული მაჩვენებლები იყო 4.5 და 12.4.

დასკვნა

ეს ინსტრუქცია გვიჩვენებს, თუ როგორ უნდა ავაშენოთ მცირე, დაბალი ღირებულება და ზუსტი ნაკადის მრიცხველი Dialog SLG46533 გამოყენებით. GreenPAK- ის წყალობით, ეს დიზაინი უფრო პატარაა, უფრო მარტივი და ადვილი შესაქმნელი, ვიდრე შესადარებელი გადაწყვეტილებები.

ჩვენს სისტემას შეუძლია გაზომოთ ნაკადის სიჩქარე 30 ლიტრამდე წუთში 0,1 ლიტრი გარჩევადობით, მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ მეტი GreenPAK, რათა გავზომოთ უფრო მაღალი ნაკადის სიჩქარე უფრო მაღალი სიზუსტით, ნაკადის სენსორის მიხედვით. დიალოგურ GreenPAK– ზე დაფუძნებულ სისტემას შეუძლია იმუშაოს ტურბინის ნაკადის მრიცხველების ფართო სპექტრით.

შემოთავაზებული ხსნარი შეიქმნა წყლის ნაკადის სიჩქარის გასაზომად, მაგრამ მისი ადაპტირება შესაძლებელია ნებისმიერი სენსორისთვის, რომელიც გამოსცემს PWM სიგნალს, გაზის ნაკადის სიჩქარის სენსორის მსგავსად.