आवृत्ति कनवर्टर के लिए DIY तापमान: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

तापमान सेंसर सबसे महत्वपूर्ण प्रकार के भौतिक सेंसर में से एक हैं, क्योंकि कई अलग-अलग प्रक्रियाएं (रोजमर्रा की जिंदगी में भी) तापमान द्वारा नियंत्रित होती हैं। इसके अलावा, तापमान माप अन्य भौतिक मापदंडों के अप्रत्यक्ष निर्धारण की अनुमति देता है, जैसे कि पदार्थ प्रवाह दर, द्रव स्तर, आदि। आमतौर पर, सेंसर मापा भौतिक मूल्य को एक एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करते हैं, और तापमान सेंसर यहां कोई अपवाद नहीं हैं। सीपीयू या कंप्यूटर द्वारा प्रसंस्करण के लिए, एनालॉग तापमान संकेत को डिजिटल रूप में परिवर्तित किया जाना चाहिए। इस तरह के रूपांतरण के लिए आमतौर पर महंगे एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (ADCs) का उपयोग किया जाता है।

इस निर्देश का उद्देश्य ग्रीनपैक ™ का उपयोग करके आनुपातिक आवृत्ति के साथ एक तापमान सेंसर से एनालॉग सिग्नल के सीधे रूपांतरण के लिए एक सरलीकृत तकनीक विकसित करना और प्रस्तुत करना है। इसके बाद, तापमान के आधार पर भिन्न होने वाले डिजिटल सिग्नल की आवृत्ति को काफी उच्च सटीकता के साथ आसानी से मापा जा सकता है और फिर माप की आवश्यक इकाइयों में परिवर्तित किया जा सकता है। इस तरह का प्रत्यक्ष परिवर्तन पहली जगह में इस तथ्य से दिलचस्प है कि महंगे एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स के उपयोग की कोई आवश्यकता नहीं है। साथ ही, डिजिटल सिग्नल ट्रांसमिशन एनालॉग की तुलना में अधिक विश्वसनीय है।

नीचे हमने आवश्यक चरणों का वर्णन किया है कि कैसे ग्रीनपैक चिप को आवृत्ति कनवर्टर के लिए तापमान बनाने के लिए प्रोग्राम किया गया है। हालाँकि, यदि आप केवल प्रोग्रामिंग का परिणाम प्राप्त करना चाहते हैं, तो पहले से पूर्ण की गई ग्रीनपैक डिज़ाइन फ़ाइल को देखने के लिए ग्रीनपैक सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। ग्रीनपैक डेवलपमेंट किट को अपने कंप्यूटर में प्लग करें और तापमान से आवृत्ति कनवर्टर के लिए कस्टम आईसी बनाने के लिए प्रोग्राम को हिट करें।

चरण 1: डिजाइन विश्लेषण

विभिन्न प्रकार के तापमान सेंसर और उनके सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट का उपयोग विशिष्ट आवश्यकताओं के आधार पर किया जा सकता है, मुख्य रूप से तापमान सीमा और सटीकता में। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एनटीसी थर्मिस्टर्स हैं, जो बढ़ते तापमान के साथ उनके विद्युत प्रतिरोध के मूल्य को कम करते हैं (चित्र 1 देखें)। धातु प्रतिरोधी सेंसर (आरटीडी) की तुलना में उनके पास प्रतिरोध का काफी अधिक तापमान गुणांक है और उनकी लागत बहुत कम है। थर्मिस्टर्स का मुख्य नुकसान विशेषता "प्रतिरोध बनाम तापमान" की उनकी गैर-रैखिक निर्भरता है। हमारे मामले में, यह एक महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है क्योंकि रूपांतरण के दौरान, थर्मिस्टर प्रतिरोध की आवृत्ति का सटीक पत्राचार होता है, और इसलिए, तापमान।

चित्र 1 थर्मिस्टर प्रतिरोध बनाम तापमान (जो निर्माता डेटाशीट से लिया गया था) की चित्रमय निर्भरता को दर्शाता है। हमारे डिजाइन के लिए, हमने 25 डिग्री सेल्सियस पर 10 kOhm के विशिष्ट प्रतिरोध वाले दो समान NTC थर्मिस्टर्स का उपयोग किया।

एक आनुपातिक आवृत्ति के आउटपुट डिजिटल सिग्नल में तापमान सिग्नल के प्रत्यक्ष परिवर्तन का मूल विचार एक शास्त्रीय रिंग के हिस्से के रूप में जनरेटर के आवृत्ति-सेटिंग R1C1-सर्किट में कैपेसिटर C1 के साथ मिलकर थर्मिस्टर R1 का उपयोग है। तीन "नंद" तर्क तत्वों का उपयोग कर थरथरानवाला। R1C1 का समय स्थिरांक तापमान पर निर्भर करता है, क्योंकि जब तापमान बदलता है, तो थर्मिस्टर का प्रतिरोध तदनुसार बदल जाएगा।

आउटपुट डिजिटल सिग्नल की आवृत्ति की गणना फॉर्मूला 1 का उपयोग करके की जा सकती है।

चरण 2: SLG46108V. के आधार पर आवृत्ति परिवर्तकों के लिए तापमान

इस प्रकार का थरथरानवाला आमतौर पर इनपुट डायोड के माध्यम से करंट को सीमित करने और सर्किट के इनपुट तत्वों पर लोड को कम करने के लिए एक रोकनेवाला R2 जोड़ता है। यदि R2 का प्रतिरोध मान R1 के प्रतिरोध से बहुत छोटा है, तो यह वास्तव में पीढ़ी की आवृत्ति को प्रभावित नहीं करता है।

नतीजतन, ग्रीनपैक SLG46108V के आधार पर, तापमान से आवृत्ति कनवर्टर के दो रूपों का निर्माण किया गया था (चित्र 5 देखें)। इन सेंसरों का अनुप्रयोग सर्किट चित्र 3 में प्रस्तुत किया गया है।

डिजाइन, जैसा कि हमने पहले ही कहा है, काफी सरल है, यह तीन NAND तत्वों की एक श्रृंखला है जो एक डिजिटल इनपुट (पिन # 3), और दो डिजिटल आउटपुट (पिन) के साथ एक रिंग ऑसिलेटर (चित्र 4 और चित्र 2 देखें) बनाता है। #6 और पिन#8) बाहरी सर्किटरी के कनेक्शन के लिए।

चित्रा 5 में फोटो स्थान सक्रिय तापमान सेंसर दिखाता है (एक प्रतिशत सिक्का पैमाने के लिए है)।

चरण 3: माप

इन सक्रिय तापमान सेंसर के सही कार्य का मूल्यांकन करने के लिए माप किए गए थे। हमारे तापमान संवेदक को एक नियंत्रित कक्ष में रखा गया था, जिसके अंदर के तापमान को 0.5 °С की सटीकता में बदला जा सकता था। आउटपुट डिजिटल सिग्नल की आवृत्ति दर्ज की गई और परिणाम चित्र 6 में प्रस्तुत किए गए हैं।

जैसा कि दिखाए गए प्लॉट से देखा जा सकता है, आवृत्ति माप (हरे और नीले त्रिकोण) लगभग पूरी तरह से ऊपर दिए गए फॉर्मूला 1 के अनुसार सैद्धांतिक मूल्यों (काली और लाल रेखाओं) के साथ मेल खाते हैं। नतीजतन, तापमान को आवृत्ति में बदलने की यह विधि सही ढंग से काम कर रही है।

चरण 4: SLG46620V पर आधारित तीसरा सक्रिय तापमान सेंसर

इसके अलावा, दृश्यमान तापमान संकेत के साथ सरल प्रसंस्करण की संभावना को प्रदर्शित करने के लिए एक तीसरा सक्रिय तापमान सेंसर बनाया गया था (चित्र 7 देखें)। GreenPAK SLG46620V का उपयोग करते हुए, जिसमें 10 विलंब तत्व होते हैं, हमने दस आवृत्ति डिटेक्टर बनाए हैं (चित्र 9 देखें), जिनमें से प्रत्येक को एक विशेष आवृत्ति के संकेत का पता लगाने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है। इस तरह, हमने संकेत के दस अनुकूलन बिंदुओं के साथ एक साधारण थर्मामीटर का निर्माण किया।

चित्र 8 दस तापमान बिंदुओं के लिए प्रदर्शन संकेतकों के साथ सक्रिय सेंसर के शीर्ष स्तर की योजनाबद्ध दिखाता है। यह अतिरिक्त फ़ंक्शन सुविधाजनक है क्योंकि उत्पन्न डिजिटल सिग्नल का अलग से विश्लेषण किए बिना तापमान मान का नेत्रहीन अनुमान लगाना संभव है।

निष्कर्ष

इस निर्देशयोग्य में, हमने डायलॉग से ग्रीनपाक उत्पादों का उपयोग करके एक तापमान सेंसर एनालॉग सिग्नल को एक आवृत्ति मॉड्यूलेटेड डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए एक विधि का प्रस्ताव दिया। ग्रीनपैक के साथ संयोजन में थर्मिस्टर्स का उपयोग महंगे एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स के उपयोग के बिना अनुमानित माप की अनुमति देता है, और एनालॉग सिग्नल को मापने की आवश्यकता से बचता है। ग्रीनपैक इस प्रकार के अनुकूलन योग्य सेंसर के विकास के लिए आदर्श समाधान है, जैसा कि निर्मित और परीक्षण किए गए प्रोटोटाइप उदाहरणों में दिखाया गया है। ग्रीनपैक में विभिन्न सर्किट समाधानों के कार्यान्वयन के लिए आवश्यक बड़ी संख्या में कार्यात्मक तत्व और सर्किट ब्लॉक होते हैं, और यह अंतिम एप्लिकेशन सर्किट के बाहरी घटकों की संख्या को बहुत कम करता है। कई सर्किट डिजाइनों के लिए मुख्य नियंत्रक के रूप में ग्रीनपाक को चुनने के लिए कम बिजली की खपत, छोटे चिप आकार और कम लागत एक अतिरिक्त बोनस है।