Mdhibiti wa Joto la Usahihi wa Juu: Hatua 6 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:53

Katika ulimwengu wa sayansi na uhandisi kuweka wimbo wa joto aka (mwendo wa atomi katika thermodynamics) ni moja ya vigezo vya kimsingi vya mwili ambavyo mtu anapaswa kuzingatia karibu kila mahali, kuanzia biolojia ya seli hadi injini za roketi ngumu na misukumo. Katika kompyuta na kimsingi kila mahali ambapo nilisahau kutaja. Wazo nyuma ya chombo hiki lilikuwa rahisi sana. Wakati nilikuwa nikitengeneza firmware nilihitaji usanidi wa jaribio ambapo ningeweza kujaribu firmware kwa mende badala ya bidhaa zetu, ambazo zimetengenezwa kwa mikono na mafundi kutosababisha shida yoyote inayohusiana na hapo juu. Vyombo hivi huwa na moto na kwa hivyo ufuatiliaji wa joto na wa kawaida na unahitajika ili kuweka sehemu zote za chombo na kuendelea, na ambayo sio muhimu kufanya vizuri. Kutumia wataalamu wa NTC kutatua kazi hiyo kuna faida kadhaa. NTCs (mgawo hasi wa joto) ni wataalamu maalum ambao hubadilisha upinzani kulingana na hali ya joto. NTCs hizo pamoja na njia ya upimaji iliyogunduliwa na Stanely Hart na John Steinhart kama ilivyoelezewa katika kifungu cha "Utafiti wa Bahari-Nzito 1968 juzuu ya 15, pp 497-503 Pergamon Press" ndio suluhisho bora katika kesi yangu. Karatasi inazungumzia njia za vipimo anuwai vya joto (mamia ya Kelvins…) na aina hizo za vifaa. Kwa uelewa wangu, nikitoka kwenye msingi wa uhandisi, mfumo / kihisi rahisi ni bora zaidi. Hakuna mtu anayetaka kuwa na kitu ngumu sana chini ya maji, kwenye kina cha kilomita ambacho kinaweza kusababisha maswala wakati wa kupima joto hapo tu kwa sababu ya ugumu wao. Nina shaka kuwapo kwa sensor kufanya kazi vivyo hivyo, labda thermocouple itafanya, lakini inahitaji mizunguko ya msaada na ni kwa visa vya usahihi uliokithiri. Basi hebu tutumie hizi mbili, kwa muundo wa mfumo wa baridi ambao una changamoto kadhaa. Baadhi yao ni: kiwango cha kelele, sampuli bora ya thamani ya wakati halisi na pengine, yote hapo juu yametajwa katika kifurushi rahisi na kinachofaa kwa urahisi wa ukarabati na matengenezo pia, gharama kwa kila kitengo. Wakati huo huo kuandika firmware, usanidi uliongezeka zaidi na zaidi na kuboreshwa. Wakati fulani, niligundua kuwa inaweza pia kuwa chombo cha kujitegemea kwa sababu ya ugumu wake.

Hatua ya 1: Upimaji wa Joto na Steinhart-Hart

Kuna nakala nzuri katika Wikipedia ambayo itasaidia kuhesabu coefficients ya thermistor kulingana na joto linalohitajika na anuwai ya thermistor. Katika hali nyingi, coefficients ni ndogo sana na inaweza kupuuzwa katika equation katika hali yake rahisi.

Usawa wa Steinhart-Hart ni mfano wa upinzani wa semiconductor kwa joto tofauti. Mlinganyo ni:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { mtindo wa kuonyesha {1 / juu ya T} = A + B / ln (R) + C [ ln (R)] ^ { 3}}

wapi:

T { stylestyle T} ni joto (katika Kelvin) R { stylestyle R} ni upinzani katika T (in ohms) A { stylestyle A}, B { displaystyle B}, na C { displaystyle C} ni coefficients ya Steinhart-Hart ambayo hutofautiana kulingana na aina na mfano wa thermistor na kiwango cha joto cha kupendeza. (Aina ya jumla ya equation inayotumiwa ina [ln ⁡ (R)] 2 { style ya kuonyesha [ ln (R)] ^ {2}}

mrefu, lakini hii hupuuzwa mara kwa mara kwa sababu ni ndogo sana kuliko coefficients zingine, na kwa hivyo haijaonyeshwa hapo juu.)

Watengenezaji wa equation:

Mlingano huo umepewa jina la John S. Steinhart na Stanley R. Hart ambao walichapisha uhusiano huo kwanza mnamo 1968. [1] Profesa Steinhart (1929-2003), mwenzake wa Jumuiya ya Jiografia ya Amerika na Chama cha Amerika cha Kuendeleza Sayansi, alikuwa mwanachama wa kitivo cha Chuo Kikuu cha Wisconsin – Madison kutoka 1969 hadi 1991. [2] Dk. Hart, Mwanasayansi Mwandamizi katika Taasisi ya Woods Hole Oceanographic tangu 1989 na mwenzake wa Jumuiya ya Jiolojia ya Amerika, Jumuiya ya Jiografia ya Amerika, Jumuiya ya Jiokemikali na Jumuiya ya Jiolojia ya Uropa, [3] alihusishwa na Profesa Steinhart katika Taasisi ya Carnegie. ya Washington wakati equation ilitengenezwa.

Marejeo:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, curves ya calibration kwa thermistors, Utafiti wa kina-Bahari na Vifupisho vya Oceanographic, Juzuu ya 15, Toleo la 4, Agosti 1968, Kurasa 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016 / 0011-7471 (68) 90057-0.

"Azimio la ukumbusho wa kitivo cha Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison juu ya kifo cha profesa aliyeibuka John S. Steinhart" (PDF). Chuo Kikuu cha Wisconsin. 5 Aprili 2004. Imehifadhiwa kutoka kwa asili (PDF) mnamo 10 Juni 2010. Ilirejeshwa 2 Julai 2015.

"Dk. Stan Hart,". Taasisi ya Bahari ya Woods Hole. Iliwekwa mnamo 2 Julai 2015.

Hatua ya 2: Kukusanyika: Vifaa na Mbinu

Ili kuanza kujenga, tunahitaji kushauriana na BOM aka (Bill on Materials) na tuone ni sehemu gani tunapanga kutumia. Mbali na BOM, chuma-chuma, wrenches kadhaa, bisibisi na bunduki ya moto ya gundi inahitajika. Napenda kupendekeza zana za msingi za maabara za elektroniki zilizo karibu na wewe kwa urahisi.

1. Mfano wa bodi-1
2. Maonyesho ya LCD ya Hitachi-1
3. Maana ya Vizuri 240V >> 5Volt usambazaji wa umeme-1
4. Nyekundu LED-3
5. Bluu LED-3
6. Kijani cha LED-1
7. Njano LED-1
8. Relay ya OMRON (DPDT au sawa 5 Volt) -3
9. Potentiometer 5KOhm-1
10. Resistors (470Ohm) - kadhaa
11. BC58 Transistor-3
12. Diode-3
13. Mdhibiti wa voltage ya chini-3
14. LED za SMD (kijani, nyekundu) -6
15. MSP-430 microprocessor (Ti 2553 au 2452) -2
16. Mitambo kubadili Brake-Kabla-Make (240V 60Hz) -1
17. Encoder-Rotary-1
18. Wamiliki wa plastiki wa Ritchco-2
19. Soketi za DIP za MSP-430 Microprocessor -4
20. Cable ya usambazaji wa umeme kwa tundu la ukuta-1
21. Waya za jumper (rangi anuwai) - mengi
22. Thamani ya NTC Probe aka thermistor 4k7, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Nguvu ya Kugusa inayofaa (Vifaa vya Texas) -1 (hiari)
24. Mashabiki wa kupoza (hiari) ikiwa kitu kitahitaji kupozwa- (1-3) (hiari)
25. Radiator safi ya Aluminium yenye mashimo 5 yaliyopigwa ndani yake kwa NTC Probes-1
26. Sahani za plastiki zilizo na mashimo yaliyopigwa - 2
27. Karanga, bolts na visu kadhaa kukusanyika ujenzi wa wabebaji-20 (kwa kila kipande)
28. Waya kwa PCB preff_board mounting tundu 2-waya toleo na screw ndani-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (hiari), hutumika kama onyesho la pili la mbele-1

Najua ni muswada mkubwa kabisa wa vifaa na inaweza kugharimu kiasi kizuri cha pesa. Kwa upande wangu, ninapata kila kitu kupitia mwajiri wangu. Lakini ikiwa nyinyi mnataka kuiweka bei rahisi, haifai kuzingatia sehemu za hiari. Kila kitu kingine ni rahisi kupata kutoka Farnell14, DigiKey na / au maduka mengine ya elektroniki ya ndani.

Nimeamua juu ya laini ya microprocessor ya MSP-430 kwa sababu nilikuwa nimelala kote. Ingawa mtu anaweza kuchagua "AVRs" RISC MCU kwa urahisi. Kitu kama ATmega168, au ATmega644 na Teknolojia ya Pico-Power. Microprocessor nyingine yoyote ya AVR itafanya kazi hiyo. Mimi ni "fanboy" mkubwa wa Atmel AVR kweli. Na inafaa kutajwa ikiwa unatoka kwa msingi wa kiufundi na uko tayari kufanya mkutano mzuri, usitumie bodi yoyote ya Arduino, ikiwa una uwezo wa kupanga programu za AVR pekee, hiyo itakuwa bora zaidi, ikiwa sio wakati huo, jaribu kupanga programu hiyo CPU na pachika kwenye kifaa.

Hatua ya 3: Mkutano: Soldering na Ujenzi wa Hatua…

Kuanzisha mkutano aka soldering kutoka kwa vitu vidogo zaidi ni mwanzo mzuri. Anza na vifaa vya smd na wiring. Solder Power-Bus kwanza, mahali pengine kama nilivyofanya kwenye ubao wangu wa mbele, na kisha uifanye kuwa ndefu zaidi kwa njia ambayo sehemu zote kwenye ubao wa mapema hupata kwa urahisi Power-Bus bila kurudi tena au shida yoyote. Nilitumia waya kote kwenye ubao wa mbele, na hiyo inaonekana kuwa nzuri sana, lakini mtu anaweza baadaye kutengeneza PCB sahihi, mara tu mfano utakapofanya kazi.

• sehemu za solder SMD (kwa dalili ya nguvu ya MSP-430 MCU's, katikati ya Vcc na GND)
• basi ya nguvu ya waya na waya (njia kwa njia ambayo inatoa nguvu kwa MSP-430)
• solder kila aina ya soketi za DIL (ili kuziba MSP-430 x 2 IC's
• vidhibiti vya voltage ya chini ya kuacha na msaada wake unaofaa (capacitors, kwa nguvu 5 >> 3.3 Volts tone)
• transistors za solder, na vipinga na diode za kupeleka na kuingiliana na MCU.
• solder 10k Ohm Potentiometer kwa LCD Onyesha udhibiti wa mwangaza.
• solder LEDs karibu na relays, mbili-hali kiashiria nyekundu / bluu (bluu = juu, nyekundu = mbali).
• solder the Mean Well 240Volts >> 5 Volts kitengo cha usambazaji wa umeme na viunganishi vyake.
• Solder swichi ya mitambo ya samawati (kuvunja kabla ya kutengeneza) karibu na usambazaji wa umeme.

Solder kila kitu kingine kilichobaki. Sikuunda hesabu sahihi kutoka kwa kifaa kwa sababu tu ya ukosefu wa wakati, lakini ni rahisi sana na msingi wa umeme wowote. Baada ya kukamilika kwa kuuza, kila kitu kinapaswa kuchunguzwa, kwa unganisho sahihi ili kuzuia aina yoyote ya kufupisha laini za umeme.

Sasa ni wakati wake wa kukusanya ujenzi wa wabebaji. Kama ilivyo kwenye picha, nimetumia sahani 2 x za plastiki zilizo na mashimo ya ukubwa wa M3 (4 x kwa kila sahani) kuwa na screws ndefu na karanga na washer zinazopita, bolts za umbali na washer ni kamili kwa unganisho kama huo. Thery inahitaji kukazwa kutoka pande zote mbili ili kuweza kushikilia sahani za kijani pamoja.

Bodi ya awali inapaswa kuingizwa kati ya washer za mbele, ambayo ilisema, washers hizo za mbele zinapaswa kuwa na kipenyo kikubwa (hadi 5mm) ili mtu aweze kuingiza ubao wa mbele kati yao na kisha kuziimarisha. Ikifanywa kwa usahihi bodi itasimama kwa 90 ° thabiti. Chaguo jingine la kuishikilia, itakuwa kutumia wamiliki wa PCB ya Ritcho iliyowekwa kwenye bolts hizo za umbali kupitia pembe ya 90 ° ambayo itakusaidia kukandamiza sehemu za plastiki kwa umbali wa bolts. Kwa wakati huu, unapaswa kuweza kuziba / kuambatisha ubao wa preboard.

Baada ya usanidi wa preboard, Onyesho la LCD (16x2) huja kama inayofuata na inapaswa kusanikishwa. Ninatumia yangu katika hali ya 4-bit kuhifadhi GPIO ^ _ ^)))))))). Tumia hali ya 4-Bit tafadhali, vinginevyo, hautakuwa na GPIO ya kutosha kukamilisha mradi huo. Taa ya nyuma, Vcc na Gnd zinauzwa kupitia Potentiometer kwenda kwa basi ya nguvu. Kamba za data za basi zinapaswa kuuzwa moja kwa moja kwa Mc-430 micrcocontroller. Tafadhali tumia GPIO tu ya dijiti. Analog GPIO tunahitaji kwa NTCs. Kuna vifaa 5 x NTC, kwa hivyo ni ngumu huko.

Hatua ya 4: Kukamilisha Mkutano na Kuongeza Nguvu

Ili kusanikisha uchunguzi / NTCs vipande 5 x kwenye radiator, kuchimba visima lazima kutekelezwe. Wasiliana na hati ya data ya NTC, ambayo nimeongeza kama picha ya kipenyo na kina cha shimo lililochimbwa. Baadaye shimo lililochimbwa linapaswa kubadilishwa na zana kukubali kichwa cha M3 cha NTCs. Kutumia 5 x NTC ni aina ya wastani wa vifaa na laini. MSP-430 ina ADC katika azimio la 8-Bit kwa hivyo kuwa na sensorer 5 x itakuwa rahisi wastani wa matokeo. Hatutoi CPU za Ghz hapa, kwa hivyo katika ulimwengu wetu uliopachikwa kila saa ya CPU ni muhimu. Wastani wa sekondari utafanywa katika Firmware. Kila NTC lazima iwe na miguu, na kuweza kusoma data kupitia bodi ya ADC, mgawanyiko wa voltage lazima uundwa, unaojumuisha R (NTC) + R (def). Bandari ya ADC lazima iambatanishwe katikati ya hizo mbili. R (def) ni kipingaji cha pili ambacho kinapaswa kuwekwa thamani ya 0.1% au bora, kawaida kwa kiwango na R (NTC). Kwa hiari unaweza kuongeza OP-Amp ili kuongeza ishara. Tafadhali rejelea takwimu katika sehemu hii ili kuunganisha prpbes za NTC.

Wakati soldering imekamilika na imekaguliwa, hatua inayofuata ni kusanikisha microcontroller ya MSP-430 kwenye soketi zao za DIL. Lakini kabla ya hapo wanahitaji kusanidiwa. Katika hatua hii, inawezekana kuwasha kifaa (bila mdhibiti mdogo) kwa vipimo vya awali. Ikiwa kila kitu kimekusanywa kwa usahihi kifaa kinapaswa kuwasha na upeanaji uwe katika hali ya nje, umeonyeshwa na taa nyekundu, na mashabiki wanapaswa kukimbia na kuonyesha inapaswa kuwashwa lakini bila data yoyote, taa ya nyuma ya bluu tu.

Hatua ya 5: Ingizo la Mtumiaji, Rotary-Encoder na Capacitive-Touch Booster-Pack

Daima ni nzuri kuwa na kifaa cha kuingiza, ambacho kinaweza kutumika kuingiza data kwenye kifaa. Knob ya sumaku na sumaku za kudumu ni chaguo nzuri hapa. Kazi yake ni kuingia kizingiti cha joto kwa mashabiki waliowekwa kwenye kizuizi cha radiator. Inamruhusu mtumiaji kuingia kizingiti kipya cha joto kupitia usumbufu. Kwa kugeuza kushoto au kulia tu, unaweza kuongeza au kupunguza maadili katika kiwango cha (20-100 ° C). Thamani ya chini imedhamiriwa na joto la kawaida la chumba.

Knob hii ina mzunguko mdogo ambao hupeleka ishara ya dijiti kwa mdhibiti mdogo. Mantiki ya juu / chini hutafsiriwa na GPIO kwa pembejeo.

Kifaa cha kuingiza cha pili ni kitita cha kugusa nyongeza cha kugusa cha Ti. Inawezekana kutumia Booster-pack pia, lakini haiwezekani kutumia zote mbili, kwa sababu tu ya ukosefu wa GPIO kwenye lengo la MCU. Kifurushi cha nyongeza kinachukua njia ya GPIO nyingi.

Kwa maoni yangu, Knob ni bora, kuliko Booster-Pack. Lakini ni nzuri kuwa na chaguo. Ikiwa kifurushi cha nyongeza kinataka basi kuna maktaba iliyo tayari kutoka kwa Ti kuitumia. Sitaenda hapa kwa maelezo juu yake.

Hatua ya 6: Muhtasari: Vipimo vya joto-wastani na Mawazo Zaidi ……

Baada ya Usanikishaji wa MCU juu ya nguvu, itakusalimu na kisha uende kwa vipimo. Firmware kwanza huwaweka mashabiki kwenye hali ya mbali. Inaanza mfululizo wa vipimo kwenye probes 5 x NTC, ambayo imeunganishwa kuwa thamani moja kabisa. Halafu juu ya kizingiti hiki cha thamani na kulinganisha (data ya mtumiaji), inageuka mashabiki (au vifaa unavyotaka, kitu kingine chochote) kilichounganishwa na kuzima au kuzima kwa DPDT. Fikiria kuwa unaweza kushikamana na hizo 3 x Hutuma chochote ambacho kinahitaji kuzimwa au kuzimwa. Relays zina uwezo wa kupitisha Ampers 16 ya sasa, lakini sidhani ni wazo nzuri kuanza kutumia mizigo mizito ya jukumu kwenye matokeo hayo.

Natumai kuwa "jambo hili" (^ _ ^) …….. hehe itakuwa muhimu kwa mtu. Mchango wangu kwa akili ya mzinga wa ulimwengu ^ ^).

Nashangaa mtu atajaribu kuijenga. Lakini ikiwa watafanya, nitasaidia kwa furaha na kila kitu. Nina firmware katika CCS na katika Energia. Tafadhali nijulishe wavulana ikiwa unahitaji. Pia jisikie huru kunitumia ujumbe mfupi juu ya maswali na maoni. Salamu kutoka "Jua" Ujerumani.