Temperatuurbeheerder met hoë presisie: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

In die wetenskap en in die ingenieurswêrelde is die byhou van temperatuur aka (beweging van die atome in termodinamika) een van die fundamentele fisiese parameters wat u byna oral moet oorweeg, van selbiologie tot vuurpyl -enjins met harde brandstof. Op rekenaars en eintlik oral waar ek vergeet het om te noem. Die idee agter hierdie instrument was redelik eenvoudig. By die ontwikkeling van firmware het ek 'n toetsopstelling nodig gehad, waar ek die firmware vir die goggas in plaas van ons produkte kon toets, wat met die hand vervaardig is deur tegnici, om nie foute te veroorsaak wat verband hou met bogenoemde nie. Hierdie instrumente word geneig om warm te word, en daarom is konstante en presiese temperatuurmonitering nodig om al die dele van die instrument aan die gang te hou, en wat nie minder belangrik is om uitstekend te presteer nie. Die gebruik van NTC -termistors om die taak op te los, hou verskeie voordele in. Die NTC's (negatiewe temperatuurkoëffisiënt) is spesiale termistors wat die weerstand verander na gelang van die temperatuur. Diegene NTC's gekombineer met die met kalibrasie metode wat deur Stanely Hart en John Steinhart ontdek is soos beskryf in die artikel "Deep-Sea Research 1968 vol.15, pp 497-503 Pergamon Press" is die beste oplossing in my geval. Die koerant bespreek metodes van wye reeks temperatuurmetings (honderde Kelvins …) met die tipe toestelle. Na my mening, uit 'n ingenieursagtergrond, hoe eenvoudiger die stelsel/sensor, hoe beter. Niemand wil iets super ingewikkeld onder die water hê nie, op kilometers dieptes wat probleme kan veroorsaak terwyl die temperatuur daar gemeet word, slegs as gevolg van hul kompleksiteit. Ek betwyfel die bestaan van die sensor om op dieselfde manier te funksioneer, miskien sal die termokoppel dit doen, maar dit benodig ondersteuningskringe, en dit geld vir uiterste presisie -gevalle. Laat ons hierdie twee dus gebruik vir die ontwerp van die verkoelingstelsel wat verskeie uitdagings het. Sommige daarvan is: geraasvlak, die effektiewe monsterneming van die intydse waarde en moontlik alles hierbo genoem in 'n eenvoudige en handige pakket om die herstel en onderhoud ook makliker te maak, asook die koste per eenheid. Intussen het die opstelling van die firmware meer en meer aangepas en verbeter. Op 'n stadium het ek besef dat dit net sowel 'n selfstandige instrument kan word vanweë die kompleksiteit daarvan.

Stap 1: Temperatuurkalibrasie deur Steinhart-Hart

Daar is 'n goeie artikel op Wikipedia wat sal help om die termistorkoëffisiënte te bereken, afhangende van die benodigde temperatuur en termistorreeks. In die meeste gevalle is die koëffisiënte super klein en kan dit in die vereenvoudigde vorm in vergelyking verwaarloos word.

Die Steinhart -Hart -vergelyking is 'n model van die weerstand van 'n halfgeleier by verskillende temperature. Die vergelyking is:

1 T = A + B ln ⁡ (R) + C [ln ⁡ (R)] 3 { displaystyle {1 / oor T} = A + B / ln (R) + C [ln (R)]^{ 3}}

waar:

T { displaystyle T} is die temperatuur (in Kelvin) R { displaystyle R} is die weerstand by T (in ohm) A { displaystyle A}, B { displaystyle B} en C { displaystyle C} is die Steinhart – Hart -koëffisiënte wat wissel na gelang van die tipe en model van die termistor en die temperatuurinterval. (Die mees algemene vorm van die toegepaste vergelyking bevat 'n [ln ⁡ (R)] 2 { displaystyle [ln (R)]^{2}}

term, maar dit word gereeld verwaarloos omdat dit gewoonlik baie kleiner is as die ander koëffisiënte, en dus nie hierbo getoon word nie.)

Ontwikkelaars van die vergelyking:

Die vergelyking is vernoem na John S. Steinhart en Stanley R. Hart wat die verhouding die eerste keer in 1968 gepubliseer het. [1] Professor Steinhart (1929–2003), 'n genoot van die American Geophysical Union en van die American Association for the Advancement of Science, was lid van die fakulteit van die Universiteit van Wisconsin – Madison van 1969 tot 1991. [2] Hart, 'n senior wetenskaplike by Woods Hole Oceanographic Institution sedert 1989 en genoot van die Geological Society of America, die American Geophysical Union, die Geochemical Society en die European Association of Geochemistry, [3] was verbonde aan professor Steinhart aan die Carnegie Institution van Washington toe die vergelyking ontwikkel is.

Verwysings:

John S. Steinhart, Stanley R. Hart, Kalibrasiekurwes vir termistors, Deep-Sea Research and Oceanographic Abstracts, Volume 15, Issue 4, August 1968, Pages 497-503, ISSN 0011-7471, doi: 10.1016/0011-7471 (68) 90057-0.

"Gedenkbesluit van die fakulteit van die Universiteit van Wisconsin-Madison oor die dood van professor emeritus John S. Steinhart" (PDF). Universiteit van Wisconsin. 5 April 2004. Gearchiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 10 Junie 2010. Ontsluit 2 Julie 2015.

"Dr Stan Hart,". Woods Hole Oceanographic Institution. Besoek op 2 Julie 2015.

Stap 2: Samestelling: materiale en metodes

Om met die bouwerk te begin, moet ons die BOM aka (Bill on Materials) raadpleeg en kyk watter dele ons beplan om te gebruik. Behalwe die stompstuk, sal soldeerbout, 'n paar moersleutels, skroewedraaiers en 'n warm lijmpistool nodig wees. Ek sou 'n basiese elektroniese laboratoriumgereedskap aanbeveel om u gemaklik te hê.

1. Prototipe bord-1
2. Hitachi LCD Display-1
3. Mean Well 240V >> 5Volt kragtoevoer-1
4. Rooi LED-3
5. Blou LED-3
6. Groen LED-1
7. Geel LED-1
8. OMRON Relais (DPDT of soortgelyke 5 Volt) -3
9. Potensiometer 5KOhm-1
10. Weerstande (470Ohm)-meerdere
11. BC58 Transistor-3
12. Diode-3
13. Lae uitval spanningsreguleerder-3
14. SMD LED's (groen, rooi) -6
15. MSP-430 mikroverwerker (Ti 2553 of 2452) -2
16. Meganiese skakelaar Rem-voor-maak (240V 60Hz) -1
17. Rotary-Encoder-1
18. Ritchco plastiekhouers-2
19. DIP -voetstukke vir MSP -430 -mikroverwerker -4
20. Elektrisiteitstoevoerkabel vir muurprop-1
21. Springdrade (verskillende kleure) - baie
22. NTC-sonde, ook bekend as termistor 4k7-waarde, EPCOS B57045-5
23. 430BOOST-SENSE1- Kapasitiewe Touch BoosterPack (Texas Instruments) -1 (opsioneel)
24. Koelwaaiers (opsioneel) as iets afgekoel moet word (1-3) (opsioneel)
25. Suiwer aluminium radiator met 5 gate daarin geboor vir NTC Probes-1
26. Plastiekborde met geboorde gate - 2
27. Moere, boute en 'n paar skroewe om die draerkonstruksie-20 te monteer (per stuk)
28. Wire to PCB preff_board mounting socket 2-wire version with screw inside-1
29. Sharp® LCD BoosterPack (430BOOST-SHARP96) (opsioneel), dien as tweede front-display-1

Ek weet dat dit 'n redelike groot materiaalrekening is, en dit kan 'n goeie bedrag kos. In my geval kry ek alles deur my werkgewer. Maar as u dit goedkoop wil hou, moet u nie die opsionele onderdele oorweeg nie. Al die ander dinge is maklik te kry by Farnell14, DigiKey en/of 'n paar plaaslike elektroniese winkels.

Ek het besluit oor die MSP-430 mikroverwerkerlyn, want ek het dit laat lê. Alhoewel u maklik 'AVR''s' RISC MCU's kan kies. Iets soos ATmega168, of ATmega644 met Pico-Power-tegnologie. Enige ander AVR -mikroverwerker sal die werk doen. Ek is eintlik 'n groot "fanboy" van Atmel AVR. En die moeite werd om te noem, as u uit die tegniese agtergrond kom en bereid is om 'n goeie vergadering te doen, gebruik geen Arduino -bord nie; as u selfstandige AVR's kan programmeer, sou dit baie beter wees; indien nie, probeer dan om die CPU en ingebed in die toestel.

Stap 3: Montering: soldeer en bou in stappe …

Dit is 'n goeie begin om te begin met monteer, ook bekend as soldeer van die kleinste komponente. Begin met die smd -komponente en bedrading. Soldeer eers die Power-Bus, êrens soos ek op my voorbord, en maak dit dan langer sodat alle dele op die voorbord maklik toegang tot die Power-Bus kry sonder omleiding of komplikasies. Ek het drade oor die hele voorbord gebruik, en dit lyk nogal gek, maar 'n mens kan later 'n behoorlike PCB ontwerp, sodra die prototipe werk.

• soldeer SMD dele (vir krag aanduiding van die MSP-430 MCU's, tussen Vcc en GND)
• soldeerkragbus en bedrading (roete op 'n manier waarop dit krag aan MSP-430 gee)
• soldeer allerhande DIL-voetstukke (om die MSP-430 x 2 IC's aan te sluit
• soldeer lae-uitval spanningsreguleerders met die geskikte ondersteuning (kapasitors, vir krag 5 >> 3,3 volt daling)
• soldeertransistors, en weerstande en diodes vir die relais en koppelvlak met die MCU.
• soldeer die 10k Ohm potensiometer vir die LCD -skerm se helderheidsbeheer.
• soldeer die LED's langs relais, tweestaat-aanwyser rooi/blou (blou = aan, rooi = af).
• soldeer die Mean Well 240Volts >> 5 Volt kragbron met sy aansluitings.
• Soldeer die blou meganiese skakelaar (breek-voor-maak) langs die kragtoevoer.

Soldeer alles wat oorbly. Ek het nie die regte skemas van die toestel gemaak nie, net weens gebrek aan tyd, maar dit is redelik eenvoudig met elektroniese agtergrond. Nadat die soldeer voltooi is, moet alles nagegaan word vir korrekte verbindings om te voorkom dat die kragdrade onderbreek word.

Nou is dit tyd om die draerkonstruksie te monteer. Soos op die foto's, het ek 2 x plastiekborde met gate in M3 -grootte (4 x per bord) gebruik om lang skroewe en moere en ringe deur te laat loop, afstandboute en ringe is perfek vir sulke verbindings. Hulle moet van albei kante vasgemaak word om die groen bordjies bymekaar te hou.

Die voorbord moet tussen die voorwassers ingesteek word, dit wil sê, die voorwassers moet 'n groot deursnee (tot 5 mm) hê, sodat 'n mens die voorbord tussen hulle kan steek en dit dan styf kan trek. As dit reg gedoen word, staan die bord stewig op 90 °. 'N Ander opsie om dit op sy plek te hou, is die gebruik van 'n Ritcho -plastiek PCB -houers wat op die afstandboute gemonteer is met 'n hoek van 90 °, wat u dan sal help om die plastiekdele aan afstandboute vas te skroef. Op hierdie punt moet u die voorbord kan aansluit/aanheg.

Na die voorplank -installasie kom die volgende LCD -skerm (16x2) en moet dit geïnstalleer word. Ek gebruik myne in die 4-bis-modus om GPIO ^_ ^))))))) te bewaar. Gebruik asseblief die 4-bis-modus, anders het u nie genoeg GPIO om die projek te voltooi nie. Die agterlig, Vcc en Gnd word deur 'n potensiometer aan die kragbus gesoldeer. Die vertoondatabus-kabels moet direk aan die MSP-430 mikrocontroller gesoldeer word. Gebruik slegs digitale GPIO. Die analoog GPIO wat ons nodig het vir die NTC's. Daar is 5 x NTC -toestelle, so dit is styf daar.

Stap 4: Afhandeling en opstart voltooi

Om die sondes/NTC's 5 x stukke op die verkoeler te installeer, moet geboor word. Raadpleeg die datablad van die NTC, wat ek as beeld bygevoeg het vir die diameters en diepte van die geboorde gat. Daarna moet die boorgat met 'n gereedskap aangepas word om die kop van die N3's in grootte M3 te aanvaar. Die gebruik van 5 x NTC is 'n soort hardeware wat gemiddeld en glad is. Die MSP-430 het 'n ADC met 'n 8-bis-resolusie, dus met 5 x sensors is dit maklik om die resultate te bereken. Ons beskik nie oor Ghz -CPU's hier nie, dus in ons ingebedde wêreld is elke CPU -klok noodsaaklik. Sekondêre gemiddelde word in Firmware uitgevoer. Elke NTC moet op sy bene wees, en om data via die ingeboude ADC te kan lees, moet 'n spanningsverdeler gevorm word, bestaande uit die R (NTC)+R (def). Die ADC -poort moet in die middel van die twee aangeheg word. R (def) is 'n tweede weerstand wat 0,1 % of beter vaste waarde moet hê, gewoonlik binne bereik met die R (NTC). U kan ook 'n OP-versterker byvoeg om die sein te versterk. Raadpleeg die figuur in hierdie afdeling om die NTC -prpbes aan te sluit.

As die soldeer voltooi is en nagegaan is, is die volgende stap om die MSP-430 mikrokontroller in hul DIL-voetstukke te installeer. Maar dit moet vooraf geprogrammeer word. In hierdie stap is dit moontlik om die toestel (sonder die mikrobeheerder) aan te skakel vir voorlopige toetse. As alles korrek gemonteer is, moet die toestel aanskakel en moet die aflosse in 'n af-toestand wees, aangedui deur die rooi LED's, en die waaiers moet loop en die skerm moet aan wees, maar sonder enige inligting daarop, slegs die blou agterlig.

Stap 5: Gebruikersinvoer, Rotary-Encoder en Capacitive-Touch Booster-Pack

Dit is altyd lekker om 'n invoertoestel te hê wat gebruik kan word om data in die toestel in te voer. Die magnetiese knop met permanente magnete is 'n goeie keuse hier. Sy taak is om die temperatuurdrempel vir die waaiers wat op die radiatorblok gemonteer is, in te voer. Dit laat die gebruiker via onderbrekings 'n nuwe drempel vir temperatuur in. Deur slegs links of regs te draai, kan u waardes in die reeks (20-100 ° C) optel of aftrek. Die onderste waarde word bepaal deur die kamertemperatuur.

Hierdie knop het 'n klein stroombaan wat die digitale sein na die mikrobeheer stuur. Die logika hoog/laag word dan deur GPIO geïnterpreteer vir invoer.

Die tweede invoertoestel is Ti se kapasitiewe aanraakversterkerpakket. Dit is ook moontlik om Booster-pack te gebruik, maar dit is nie moontlik om beide te gebruik nie, net as gevolg van die gebrek aan GPIO op die doel MCU. Die Booster -pak vind plaas by baie GPIO.

Na my mening is Knob beter as die Booster-Pack. Maar dit is goed om 'n keuse te hê. As 'n Booster -pakket verlang word, is daar 'n gereed biblioteek van Ti om dit te gebruik. Ek gaan nie hier in op besonderhede nie.

Stap 6: Opsomming: Metings vir omgewingstemperatuur en verdere idees ……

Na die MCU-installasie by aanvang, sal dit u begroet en dan metings doen. Die firmware hou eers die waaiers in die toestand. Begin metingsreeks op 5 x NTC -sondes, wat dan saamgevoeg word tot een absolute waarde. Dan skakel hierdie waaiers en vergelyking (gebruikersdata) die waaiers (of die gewenste toestelle, enigiets anders) wat aan DPDT -relais gekoppel is, aan of uit. Dink daaraan dat u alles wat aan of afgeskakel moet word, aan die 3 x Relays kan koppel. Relais kan 16 Ampere stroom deurgee, maar ek dink nie dit is 'n goeie idee om sulke swaar laste op die uitsette te begin gebruik nie.

Ek hoop dat hierdie 'dingetjie' (^_^) …….. hehe nuttig sal wees vir iemand. My bydrae tot die globale korfgees ^^).

Ek wonder dat iemand dit sal probeer bou. Maar as hulle dit doen, sal ek met graagte help met alles. Ek het die firmware in CCS en in Energia. Laat weet my asseblief ouens as u dit nodig het. Stuur my ook 'n SMS oor vrae en voorstelle. Groete uit "Sunny" Duitsland.