जल प्रवाह मीटर कैसे बनाएं: 7 कदम

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

GreenPAK™ घटकों का उपयोग करके एक सटीक, छोटा और कम लागत वाला तरल प्रवाह मीटर आसानी से बनाया जा सकता है। इस निर्देश में हम एक जल प्रवाह मीटर प्रस्तुत करते हैं जो लगातार जल प्रवाह को मापता है और इसे तीन 7-खंड के डिस्प्ले पर प्रदर्शित करता है। प्रवाह संवेदक माप सीमा 1 से 30 लीटर प्रति मिनट है। सेंसर का आउटपुट एक डिजिटल पीडब्लूएम सिग्नल है जिसकी आवृत्ति जल प्रवाह दर के समानुपाती होती है।

तीन ग्रीनपैक प्रोग्रामेबल मिक्स्ड-सिग्नल मैट्रिक्स एसएलजी४६५३३ आईसी एक बेस टाइम टी के भीतर दालों की संख्या की गणना करते हैं। इस आधार समय की गणना इस तरह की जाती है कि दालों की संख्या उस अवधि में प्रवाह दर के बराबर होती है, फिर यह गणना संख्या ७ पर प्रदर्शित होती है। -खंड प्रदर्शित करता है। रिजॉल्यूशन 0.1 लीटर/मिनट है।

सेंसर का आउटपुट पहले मिश्रित-सिग्नल मैट्रिक्स के श्मिट ट्रिगर के साथ एक डिजिटल इनपुट से जुड़ा है जो भिन्नात्मक संख्या की गणना करता है। चिप्स को एक डिजिटल आउटपुट के माध्यम से एक साथ कैस्केड किया जाता है, जो एक मिश्रित-सिग्नल मैट्रिक्स के एक डिजिटल इनपुट से जुड़ा होता है। प्रत्येक डिवाइस 7 आउटपुट के माध्यम से 7 सेगमेंट के सामान्य कैथोड डिस्प्ले से जुड़ा है।

ग्रीनपैक प्रोग्राममेबल मिक्स्ड-सिग्नल मैट्रिक्स का उपयोग करना कई अन्य समाधानों जैसे कि माइक्रोकंट्रोलर और असतत घटकों के लिए बेहतर है। एक माइक्रोकंट्रोलर की तुलना में, ग्रीनपैक कम लागत वाला, छोटा और प्रोग्राम करने में आसान है। असतत तर्क एकीकृत सर्किट डिजाइन की तुलना में, यह कम लागत, निर्माण में आसान और छोटा भी है।

इस समाधान को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए, सिस्टम जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए और पानी, धूल, भाप और अन्य कारकों के प्रतिरोधी होने के लिए एक जलरोधी, कठोर बाड़े के अंदर संलग्न होना चाहिए ताकि यह विभिन्न परिस्थितियों में काम कर सके।

डिजाइन का परीक्षण करने के लिए एक साधारण पीसीबी बनाया गया था। ग्रीनपाक उपकरणों को इस पीसीबी पर 20 पिन डबल रो महिला हेडर कनेक्टर का उपयोग करके प्लग किया गया है।

पहली बार एक Arduino द्वारा उत्पन्न दालों का उपयोग करके परीक्षण किए जाते हैं और दूसरी बार एक घरेलू जल स्रोत की जल प्रवाह दर को मापा जाता है। सिस्टम ने 99% की सटीकता दिखाई है।

जल प्रवाह मीटर को नियंत्रित करने के लिए ग्रीनपैक चिप को कैसे प्रोग्राम किया गया है, इसे समझने के लिए आवश्यक सभी चरणों की खोज करें। 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 अपने जल प्रवाह मीटर को नियंत्रित करने के लिए कस्टम आईसी बनाने के लिए प्रोग्राम को हिट करें। नीचे वर्णित चरणों का पालन करें यदि आप यह समझने में रुचि रखते हैं कि सर्किट कैसे काम करता है।

चरण 1: सिस्टम का समग्र विवरण

तरल प्रवाह दर को मापने के सबसे सामान्य तरीकों में से एक एनीमोमीटर द्वारा हवा की गति को मापने के सिद्धांत की तरह है: हवा की गति एनीमोमीटर की घूर्णन गति के समानुपाती होती है। इस प्रकार के फ्लो सेंसर का मुख्य भाग एक प्रकार का पिनव्हील होता है, जिसकी गति इससे गुजरने वाले तरल प्रवाह दर के समानुपाती होती है।

हमने चित्र 1 में दिखाए गए फर्म URUK से जल प्रवाह सेंसर YF-S201 का उपयोग किया। इस सेंसर में, पिनव्हील पर लगा एक हॉल इफेक्ट सेंसर हर क्रांति के साथ एक पल्स को आउटपुट करता है। आउटपुट सिग्नल फ्रीक्वेंसी फॉर्मूला 1 में प्रस्तुत की जाती है, जहां क्यू लीटर/मिनट में जल प्रवाह दर है।

उदाहरण के लिए, यदि मापा प्रवाह दर 1 लीटर/मिनट है तो आउटपुट सिग्नल आवृत्ति 7.5 हर्ट्ज है। प्रवाह के वास्तविक मान को 1.0 लीटर/मिनट के प्रारूप में प्रदर्शित करने के लिए, हमें 1.333 सेकंड के समय के लिए दालों को गिनना होगा। 1.0 लीटर/मिनट के उदाहरण में, गिना गया परिणाम 10 होगा, जो सात खंडों वाले डिस्प्ले पर 01.0 के रूप में प्रदर्शित होगा। इस एप्लिकेशन में दो कार्यों को संबोधित किया गया है: पहला दालों की गिनती है और दूसरा गिनती कार्य पूरा होने पर संख्या प्रदर्शित कर रहा है। प्रत्येक कार्य 1.333 सेकंड तक रहता है।

चरण 2: ग्रीनपैक डिजाइनर कार्यान्वयन

SLG46533 में कई बहुमुखी संयोजन फ़ंक्शन मैक्रोकल्स हैं और उन्हें लुक अप टेबल, काउंटर या डी-फ्लिप-फ्लॉप के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। यह प्रतिरूपकता ग्रीनपाक को अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त बनाती है।

कार्यक्रम में 3 चरण हैं: चरण (1) सिस्टम के 2 कार्यों के बीच स्विच करने के लिए एक आवधिक डिजिटल सिग्नल उत्पन्न करता है, चरण (2) प्रवाह सेंसर दालों की गणना करता है और चरण (3) भिन्नात्मक संख्या प्रदर्शित करता है।

चरण 3: पहला चरण: गिनती / स्विचिंग प्रदर्शित करना

एक डिजिटल आउटपुट "COUNT/DISP-OUT" जो हर 1.333 सेकंड में उच्च और निम्न के बीच की स्थिति को बदलता है, की आवश्यकता होती है। उच्च होने पर, सिस्टम दालों को गिनता है और जब कम होता है तो यह गिने हुए परिणाम को प्रदर्शित करता है। यह DFF0, CNT1 और OSC0 वायर्ड का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

OSC0 की आवृत्ति 25 kHz है। CNT1/DLY1/FSM1 को एक काउंटर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है, और इसका क्लॉक इनपुट CLK/4 से जुड़ा है ताकि CNT1 की इनपुट क्लॉक फ़्रीक्वेंसी 6.25 kHz हो। पहली घड़ी अवधि के लिए जो समीकरण 1 में दिखाया गया है, सीएनटी 1 आउटपुट उच्च है और अगली घड़ी के सिग्नल बढ़ते किनारे से, काउंटर आउटपुट कम है और सीएनटी 1 8332 से घटने लगता है। जब सीएनटी 1 डेटा 0 तक पहुंच जाता है, तो सीएनटी 1 आउटपुट पर एक नया पल्स होता है उत्पन्न। CNT1 आउटपुट के प्रत्येक बढ़ते किनारे पर, DFF0 आउटपुट स्थिति को बदल देता है, यदि यह कम है तो यह उच्च और इसके विपरीत पर स्विच करता है।

DFF0 की आउटपुट पोलरिटी को उल्टे के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए। CNT1 को 8332 पर सेट किया गया है क्योंकि गणना/प्रदर्शन समय T बराबर है जैसा कि समीकरण 2 में दिखाया गया है।

चरण 4: दूसरा चरण: इनपुट दालों की गिनती

जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, DFF3/4/5/6 का उपयोग करके 4-बिट काउंटर बनाया गया है। यह काउंटर प्रत्येक पल्स पर तभी बढ़ता है जब "COUNT/DISP-IN", जो कि पिन 9 है, उच्च है। AND गेट 2-L2 इनपुट "COUNT/DISP-IN" और PWM इनपुट हैं। जब काउंटर 10 तक पहुंच जाता है या जब गिनती चरण शुरू होता है तो काउंटर रीसेट हो जाता है। 4-बिट काउंटर रीसेट हो जाता है जब डीएफएफ रीसेट पिन, जो एक ही नेटवर्क "रीसेट" से जुड़े होते हैं, कम होते हैं।

4-बिट LUT2 का उपयोग काउंटर को 10 तक पहुंचने पर रीसेट करने के लिए किया जाता है। चूंकि DFF आउटपुट उल्टे होते हैं, संख्याओं को उनके बाइनरी अभ्यावेदन के सभी बिट्स को इनवर्ट करके परिभाषित किया जाता है: 1s के लिए 0s की अदला-बदली और इसके विपरीत। इस प्रतिनिधित्व को बाइनरी नंबर का 1 का पूरक कहा जाता है। 4-बिट LUT2 इनपुट IN0, IN1, IN2 और IN3 क्रमशः a0, a1, a2, a3 और a3 से जुड़े हैं। 4-LUT2 के लिए सत्य तालिका तालिका 1 में दिखाई गई है।

जब 10 दालों को पंजीकृत किया जाता है, तो 4-LUT0 का आउटपुट उच्च से निम्न में बदल जाता है। इस बिंदु पर CNT6/DLY6 का आउटपुट, जिसे एक शॉट मोड में काम करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है, 90 ns की अवधि के लिए कम पर स्विच करता है और फिर से चालू होता है। इसी तरह, जब "COUNT/DISP-IN" निम्न से उच्च पर स्विच करता है, अर्थात। सिस्टम दालों की गिनती शुरू करता है। एक शॉट मोड में काम करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया CNT5/DLY5 का आउटपुट, 90 ns की अवधि के लिए बहुत कम स्विच करता है और फिर से चालू हो जाता है। कुछ समय के लिए RESET बटन को निम्न स्तर पर बनाए रखना और सभी DFF को रीसेट करने के लिए समय देने के लिए CNT5 और CNT6 का उपयोग करके इसे फिर से चालू करना महत्वपूर्ण है। 90 ns की देरी का सिस्टम सटीकता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है क्योंकि PWM सिग्नल की अधिकतम आवृत्ति 225 Hz है। CNT5 और CNT6 आउटपुट AND गेट के इनपुट से जुड़े होते हैं जो RESET सिग्नल को आउटपुट करते हैं।

4-LUT2 का आउटपुट "F/10-OUT" लेबल वाले पिन 4 से भी जुड़ा है, जो अगले चिप की गिनती के चरण के PWM इनपुट से जुड़ा होगा। उदाहरण के लिए, यदि फ्रैक्शनल काउंटिंग डिवाइस का "PWM-IN" सेंसर के PWM आउटपुट से जुड़ा है, और इसका "F/10-OUT" यूनिट काउंटिंग डिवाइस के "PWM-IN" से जुड़ा है और " उत्तरार्द्ध का F/10-OUT" दसियों की गिनती के उपकरण के "PWM-IN" से जुड़ा है और इसी तरह। इन सभी चरणों के "COUNT/DISP-IN" को भिन्नात्मक गणना डिवाइस के लिए 3 में से किसी भी डिवाइस के समान "COUNT/DISP-OUT" से जोड़ा जाना चाहिए।

चित्र 5 विस्तार से बताता है कि यह चरण 1.5 लीटर/मिनट की प्रवाह दर को मापने का तरीका दिखाते हुए कैसे काम करता है।

चरण 5: तीसरा चरण: मापा मूल्य प्रदर्शित करना

इस चरण में इनपुट के रूप में है: a0, a1, a2 और a3 (उलट), और 7-सेगमेंट डिस्प्ले से जुड़े पिन को आउटपुट करेगा। प्रत्येक खंड का एक तार्किक कार्य उपलब्ध एलयूटी द्वारा किया जाना है। 4-बिट LUT बहुत आसानी से काम कर सकते हैं लेकिन दुर्भाग्य से केवल 1 ही उपलब्ध है। 4-बिट LUT0 का उपयोग खंड G के लिए किया जाता है, लेकिन अन्य खंडों के लिए हमने 3-बिट LUTs की एक जोड़ी का उपयोग किया जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है। सबसे बाईं ओर 3-बिट LUTs में a2/a1/a0 उनके इनपुट से जुड़ा है, जबकि सबसे दाईं ओर 3-बिट LUTs में a3 उनके इनपुट से जुड़ा होता है।

सभी लुक अप टेबल को तालिका 2 में दिखाए गए 7-सेगमेंट डिकोडर सत्य तालिका से निकाला जा सकता है। उन्हें तालिका 3, तालिका 4, तालिका 5, तालिका 6, तालिका 7, तालिका 8, तालिका 9 में प्रस्तुत किया गया है।

GPIO के कंट्रोल पिन जो 7-सेगमेंट डिस्प्ले को नियंत्रित करते हैं, "COUNT/DISP-IN" के कम होने पर आउटपुट के रूप में इन्वर्टर के माध्यम से "COUNT/DISP-IN" से जुड़े होते हैं, जिसका अर्थ है कि डिस्प्ले केवल डिस्प्ले टास्क के दौरान ही बदला जाता है। इसलिए, मतगणना कार्य के दौरान, डिस्प्ले बंद होते हैं और कार्य प्रदर्शित करने के दौरान वे गिने हुए दालों को प्रदर्शित करते हैं।

7-सेगमेंट डिस्प्ले के भीतर कहीं न कहीं एक दशमलव बिंदु संकेतक की आवश्यकता हो सकती है। इस कारण से, "DP-OUT" लेबल वाला PIN5 उल्टे "COUNT/DISP" नेटवर्क से जुड़ा है और हम इसे संबंधित डिस्प्ले के DP से कनेक्ट करते हैं। हमारे आवेदन में हमें "xx.x" प्रारूप में संख्या दिखाने के लिए इकाइयों की गिनती डिवाइस के दशमलव बिंदु को प्रदर्शित करने की आवश्यकता है, फिर हम यूनिट गिनती डिवाइस के "डीपी-आउट" को यूनिट के 7- के डीपी इनपुट से जोड़ देंगे- खंड प्रदर्शन और हम दूसरों को असंबद्ध छोड़ देते हैं।

चरण 6: हार्डवेयर कार्यान्वयन

चित्रा 7 3 ग्रीनपैक चिप्स और प्रत्येक चिप के कनेक्शन के बीच इसके संबंधित डिस्प्ले के बीच इंटरकनेक्शन दिखाता है। ग्रीनपाक का दशमलव बिंदु आउटपुट 7-सेगमेंट डिस्प्ले के डीपी इनपुट से जुड़ा है ताकि प्रवाह दर को उसके सही प्रारूप में 0.1 लीटर / मिनट के संकल्प के साथ दिखाया जा सके। एलएसबी चिप का पीडब्लूएम इनपुट वाटरफ्लो सेंसर के पीडब्लूएम आउटपुट से जुड़ा है। सर्किट के F/10 आउटपुट निम्नलिखित चिप के PWM इनपुट से जुड़े हैं। उच्च प्रवाह दर और/या अधिक सटीकता वाले सेंसर के लिए, अधिक अंक जोड़ने के लिए अधिक चिप्स को कैस्केड किया जा सकता है।

चरण 7: परिणाम

सिस्टम का परीक्षण करने के लिए, हमने एक साधारण पीसीबी बनाया जिसमें 20 पिन डबल-पंक्ति महिला हेडर का उपयोग करके ग्रीनपैक सॉकेट में प्लग करने के लिए कनेक्टर हैं। इस पीसीबी के योजनाबद्ध और लेआउट के साथ-साथ तस्वीरें परिशिष्ट में प्रस्तुत की गई हैं।

सिस्टम को पहले एक Arduino के साथ परीक्षण किया गया था जो 225 हर्ट्ज पर दालों को उत्पन्न करके एक प्रवाह दर सेंसर और एक निरंतर, ज्ञात प्रवाह दर के साथ एक जल स्रोत का अनुकरण करता है जो क्रमशः 30 लीटर / मिनट की प्रवाह दर से मेल खाता है। माप का परिणाम 29.7 लीटर/मिनट के बराबर था, त्रुटि लगभग 1% है।

दूसरा परीक्षण जल प्रवाह दर सेंसर और एक घरेलू जल स्रोत के साथ किया गया था। विभिन्न प्रवाह दरों पर मापन ४.५ और १२.४ थे।

निष्कर्ष

यह निर्देशयोग्य दर्शाता है कि डायलॉग SLG46533 का उपयोग करके एक छोटा, कम लागत वाला और सटीक फ्लो मीटर कैसे बनाया जाए। ग्रीनपैक के लिए धन्यवाद, यह डिज़ाइन तुलनीय समाधानों की तुलना में छोटा, सरल और बनाने में आसान है।

हमारा सिस्टम ०.१ लीटर के रिज़ॉल्यूशन के साथ ३० लीटर/मिनट तक प्रवाह दर को माप सकता है, लेकिन हम प्रवाह संवेदक के आधार पर उच्च सटीकता के साथ उच्च प्रवाह दर को मापने के लिए अधिक ग्रीनपैक का उपयोग कर सकते हैं। एक डायलॉग ग्रीनपैक-आधारित प्रणाली टर्बाइन फ्लो मीटर की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ काम कर सकती है।

सुझाए गए समाधान को पानी की प्रवाह दर को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया था, लेकिन इसे किसी भी सेंसर के साथ उपयोग करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है जो एक पीडब्लूएम सिग्नल आउटपुट करता है, जैसे गैस प्रवाह दर सेंसर।