Konverter Suhu ke Frekuensi DIY: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Sensor suhu adalah salah satu jenis sensor fisik yang paling penting, karena banyak proses yang berbeda (dalam kehidupan sehari-hari juga) diatur oleh suhu. Selain itu, pengukuran suhu memungkinkan penentuan parameter fisik lainnya secara tidak langsung, seperti laju aliran materi, ketinggian cairan, dll. Biasanya, sensor mengubah nilai fisik yang diukur menjadi sinyal analog, dan sensor suhu tidak terkecuali di sini. Untuk diproses oleh CPU atau komputer, sinyal suhu analog harus diubah menjadi bentuk digital. Untuk konversi seperti itu, konverter analog-ke-digital (ADC) yang mahal biasanya digunakan.

Tujuan Instruksi ini adalah untuk mengembangkan dan menyajikan teknik sederhana untuk konversi langsung sinyal analog dari sensor suhu menjadi sinyal digital dengan frekuensi proporsional menggunakan GreenPAK™. Selanjutnya, frekuensi sinyal digital yang bervariasi tergantung pada suhu kemudian dapat lebih mudah diukur dengan akurasi yang cukup tinggi dan kemudian dikonversi ke unit pengukuran yang diperlukan. Transformasi langsung seperti itu menarik pertama karena fakta bahwa tidak perlu menggunakan konverter analog-ke-digital yang mahal. Juga, transmisi sinyal digital lebih dapat diandalkan daripada analog.

Di bawah ini kami menjelaskan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana chip GreenPAK telah diprogram untuk membuat konverter suhu ke frekuensi. Namun, jika Anda hanya ingin mendapatkan hasil pemrograman, unduh perangkat lunak GreenPAK untuk melihat File Desain GreenPAK yang sudah selesai. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer Anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk konverter suhu ke frekuensi.

Langkah 1: Analisis Desain

Berbagai jenis sensor suhu dan sirkuit pemrosesan sinyalnya dapat digunakan tergantung pada persyaratan khusus, terutama dalam kisaran suhu, dan akurasi. Yang paling banyak digunakan adalah termistor NTC, yang mengurangi nilai hambatan listriknya dengan meningkatnya suhu (lihat Gambar 1). Mereka memiliki koefisien resistansi suhu yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan sensor resistif logam (RTD) dan harganya jauh lebih murah. Kerugian utama dari termistor adalah ketergantungan nonliniernya dari karakteristik "resistensi vs. suhu". Dalam kasus kami, ini tidak memainkan peran penting karena selama konversi, ada korespondensi yang tepat antara frekuensi dengan resistansi termistor, dan oleh karena itu, suhu.

Gambar 1 menunjukkan ketergantungan grafis dari resistansi termistor vs suhu (yang diambil dari lembar data pabrikan). Untuk desain kami, kami menggunakan dua termistor NTC serupa dengan resistansi tipikal 10 kOhm pada 25 °C.

Ide dasar transformasi langsung dari sinyal suhu menjadi sinyal digital keluaran dari frekuensi proporsional adalah penggunaan termistor R1 bersama dengan kapasitor C1 dalam rangkaian pengaturan frekuensi R1C1 generator, sebagai bagian dari cincin klasik. osilator menggunakan tiga elemen logika "NAND". Konstanta waktu R1C1 tergantung pada suhu, karena ketika suhu berubah, resistansi termistor akan berubah.

Frekuensi sinyal digital keluaran dapat dihitung dengan menggunakan Rumus 1.

Langkah 2: Konverter Suhu ke Frekuensi Berdasarkan SLG46108V

Jenis osilator ini biasanya menambahkan resistor R2 untuk membatasi arus melalui dioda input dan mengurangi beban pada elemen input rangkaian. Jika nilai resistansi R2 jauh lebih kecil dari resistansi R1, maka sebenarnya tidak mempengaruhi frekuensi pembangkitan.

Akibatnya, berdasarkan GreenPAK SLG46108V, dua varian konverter suhu ke frekuensi dibangun (lihat Gambar 5). Rangkaian aplikasi sensor ini disajikan pada Gambar 3.

Desainnya, seperti yang telah kami katakan, cukup sederhana, ini adalah rantai tiga elemen NAND yang membentuk osilator cincin (lihat Gambar 4 dan Gambar 2) dengan satu input digital (PIN#3), dan dua output digital (PIN #6 dan PIN#8) untuk koneksi ke sirkuit eksternal.

Tempat foto pada Gambar 5 menunjukkan sensor suhu aktif (satu koin sen untuk skala).

Langkah 3: Pengukuran

Pengukuran dilakukan untuk mengevaluasi fungsi yang benar dari sensor suhu aktif ini. Sensor suhu kami ditempatkan di ruang yang dikontrol, suhu di dalamnya dapat diubah hingga akurasi 0,5 °С. Frekuensi sinyal digital keluaran direkam dan hasilnya disajikan pada Gambar 6.

Seperti dapat dilihat dari plot yang ditunjukkan, pengukuran frekuensi (segitiga hijau dan biru) hampir sepenuhnya bertepatan dengan nilai teoritis (garis hitam dan merah) menurut Formula 1 yang diberikan di atas. Akibatnya, metode konversi suhu ke frekuensi ini bekerja dengan benar.

Langkah 4: Sensor Suhu Aktif Ketiga Berdasarkan SLG46620V

Juga, sensor suhu aktif ketiga dibangun (lihat Gambar 7) untuk menunjukkan kemungkinan pemrosesan sederhana dengan indikasi suhu yang terlihat. Menggunakan GreenPAK SLG46620V, yang berisi 10 elemen penundaan, kami telah membangun sepuluh detektor frekuensi (lihat Gambar 9), yang masing-masing dikonfigurasi untuk mendeteksi sinyal dari satu frekuensi tertentu. Dengan cara ini, kami membuat termometer sederhana dengan sepuluh titik indikasi yang dapat disesuaikan.

Gambar 8 menunjukkan skema tingkat atas dari sensor aktif dengan indikator tampilan untuk sepuluh titik suhu. Fungsi tambahan ini nyaman karena memungkinkan untuk memperkirakan nilai suhu secara visual tanpa menganalisis sinyal digital yang dihasilkan secara terpisah.

Kesimpulan

Dalam Instruksi ini, kami mengusulkan metode untuk mengubah sinyal analog sensor suhu menjadi sinyal digital termodulasi frekuensi menggunakan produk GreenPAK dari Dialog. Penggunaan termistor dalam hubungannya dengan GreenPAK memungkinkan pengukuran yang dapat diprediksi tanpa menggunakan konverter analog-ke-digital yang mahal, dan menghindari persyaratan untuk mengukur sinyal analog. GreenPAK adalah solusi ideal untuk pengembangan jenis sensor yang dapat disesuaikan ini, seperti yang ditunjukkan pada contoh prototipe yang dibuat dan diuji. GreenPAK berisi sejumlah besar elemen fungsional dan blok sirkuit yang diperlukan untuk implementasi berbagai solusi sirkuit, dan ini sangat mengurangi jumlah komponen eksternal dari sirkuit aplikasi akhir. Konsumsi daya yang rendah, ukuran chip yang kecil, dan biaya yang rendah merupakan bonus tambahan untuk memilih GreenPAK sebagai pengontrol utama untuk banyak desain sirkuit.