Hoe om 'n watervloeimeter te maak: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

'N Akkurate, klein en goedkoop vloeistofvloeimeter kan maklik gemaak word met behulp van GreenPAK ™ -komponente. In hierdie instruksies bied ons 'n watervloeimeter aan wat die watervloei voortdurend meet en op drie 7-segment-skerms vertoon. Die metingsbereik van die vloeisensor is van 1 tot 30 liter per minuut. Die uitset van die sensor is 'n digitale PWM -sein met 'n frekwensie wat eweredig is aan die watervloeitempo.

Drie GreenPAK-programmeerbare gemengde seinmatriks SLG46533 IC's tel die aantal pulse binne 'n basistyd T. Hierdie basistyd word so bereken dat die aantal pulse gelyk is aan die vloeitempo in daardie periode, dan word hierdie berekende getal op die 7 vertoon -segment vertoon. Die resolusie is 0,1 liter/min.

Die uitset van die sensor word gekoppel aan 'n digitale ingang met 'n Schmitt-sneller van 'n eerste gemengde seinmatriks wat die breukgetal tel. Die skyfies word saam gevat via 'n digitale uitset, wat gekoppel is aan 'n digitale invoer van 'n voortgaande gemengde-matriks. Elke toestel is gekoppel aan 'n 7 -segment gemeenskaplike katode -skerm deur middel van 7 uitgange.

Die gebruik van 'n GreenPAK-programmeerbare gemengde seinmatriks is verkieslik bo baie ander oplossings, soos mikrobeheerders en diskrete komponente. In vergelyking met 'n mikrobeheerder, is 'n GreenPAK goedkoper, kleiner en makliker om te programmeer. In vergelyking met 'n diskrete ontwerp vir geïntegreerde stroombane, is dit ook laer koste, makliker om te bou en kleiner.

Om hierdie oplossing kommersieel lewensvatbaar te maak, moet die stelsel so klein as moontlik wees en in 'n waterdigte, harde omhulsel ingeslote wees om bestand te wees teen water, stof, stoom en ander faktore, sodat dit in verskillende toestande kan funksioneer.

Om die ontwerp te toets, is 'n eenvoudige PCB gebou. Die GreenPAK -toestelle word op hierdie PCB gekoppel met 20 penne, dubbele rye, vroulike kopkonnekte.

Toetse word die eerste keer gedoen met behulp van pulse wat deur 'n Arduino gegenereer word, en in 'n tweede keer is die watervloeitempo van 'n tuiswaterbron gemeet. Die stelsel het 'n akkuraatheid van 99%getoon.

Ontdek al die nodige stappe, verstaan hoe die GreenPAK -chip geprogrammeer is om die watervloeimeter te beheer. As u egter net die resultaat van die programmering wil kry, laai GreenPAK -sagteware af om die reeds voltooide GreenPAK -ontwerplêer te sien. Koppel die GreenPAK Development Kit aan op u rekenaar en druk op die program om die pasgemaakte IC te skep om u watervloeimeter te beheer. Volg die onderstaande stappe as u wil verstaan hoe die stroombaan werk.

Stap 1: Algehele beskrywing van die stelsel

Een van die mees algemene maniere om vloeistofvloeitempo te meet, is presies soos die beginsel om die windsnelheid met 'n windmeter te meet: die windspoed is eweredig aan die rotasiesnelheid van die windmeter. Die hoofdeel van hierdie tipe vloeisensor is 'n soort speldwiel, waarvan die snelheid eweredig is aan die vloeistofvloeitempo wat daardeur beweeg.

Ons gebruik die watervloeisensor YF-S201 van die firma URUK wat in Figuur 1. getoon word. In hierdie sensor lewer 'n Hall Effect-sensor wat op die wielwiel gemonteer is, elke pols 'n polsslag. Die uitsetsignaalfrekwensie word aangebied in formule 1, waar Q die watertoevoer in liter/minuut is.

Byvoorbeeld, as die gemete vloeitempo 1 liter/minuut is, is die uitsetfrekwensie 7,5 Hz. Om die werklike waarde van die vloei in die formaat 1.0 liter/minuut te kan vertoon, moet ons pulse tel vir 'n tyd van 1.333 sekondes. In die 1.0 liter/minuut-voorbeeld sal die getelde resultaat 10 wees, wat as 01.0 op die sewe-segment-skerms vertoon sal word. Twee take word in hierdie toepassing aangespreek: die eerste is om pulse te tel en die tweede toon die getal wanneer die teltaak voltooi is. Elke taak duur 1,333 sekondes.

Stap 2: Implementering van GreenPAK Designer

Die SLG46533 het baie veelsydige kombinasie funksie makroselle en kan gekonfigureer word as Soek tafels, tellers of D-flip-flops. Hierdie modulariteit maak GreenPAK geskik vir die toepassing.

Die program het 3 fases: stadium (1) genereer 'n periodieke digitale sein om tussen die 2 take van die stelsel te skakel, fase (2) tel vloedsensorpulse en fase (3) vertoon die breukgetal.

Stap 3: Eerste fase: Skakel tel/vertoon

'N Digitale uitset "TEL/UITGANG" wat elke 1.333 sekondes die toestand tussen hoog en laag verander. As dit hoog is, tel die stelsel pulse en as dit laag is, vertoon dit die getelde resultaat. Dit kan bereik word met behulp van DFF0, CNT1 en OSC0 bedraad soos getoon in Figuur 2.

Die frekwensie van OSC0 is 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 is as 'n teller gekonfigureer, en die klokinvoer daarvan is aan CLK/4 gekoppel, sodat die ingangsklokfrekwensie van CNT1 6,25 kHz is. Vir die eerste klokperiode wat duur soos getoon in vergelyking 1, is die CNT1 -uitset hoog en vanaf die volgende horlosie se stygende rand, is die teenuitset laag en begin CNT1 afneem van 8332. As CNT1 -data 0 bereik, is 'n nuwe polsslag op CNT1 -uitset gegenereer. Op elke stygende rand van CNT1 -uitset verander DFF0 -uitset die toestand, as dit laag is, skakel dit oor na hoog en omgekeerd.

Die uitsetpolariteit van DFF0 moet as omgekeerd gekonfigureer word. CNT1 is ingestel op 8332 omdat tel-/vertoontyd T gelyk is aan soos getoon in vergelyking 2.

Stap 4: Tweede fase: Tel insetpulse

'N 4-bis-teller word gemaak met behulp van DFF3/4/5/6, soos getoon in figuur 4. Hierdie teller styg slegs op elke pols as “TEL/AANTEKENING”, wat PIN 9 is, hoog is. Die AND-hek 2-L2-insette is "COUNT/DISP-IN" en die PWM-invoer. Die teller word herstel wanneer dit 10 bereik of as die telfase begin. Die 4-bis-teller word teruggestel wanneer DFF's RESET-penne, wat aan dieselfde netwerk "RESET" gekoppel is, laag is.

4-bis LUT2 word gebruik om die toonbank terug te stel wanneer dit 10. Dit bereik. Aangesien DFF-uitsette omgekeer word, word getalle gedefinieer deur al die stukkies van hul binêre voorstellings om te skakel: om 0s vir 1s te verander en omgekeerd. Hierdie voorstelling word 1 se komplement van binêre getal genoem. 4-bis LUT2-insette IN0, IN1, IN2 en IN3 is gekoppel aan onderskeidelik a0, a1, a2, a3 en a3. Die waarheidstabel vir 4-LUT2 word in tabel 1 getoon.

As 10 pulse geregistreer word, skakel die uitset van 4-LUT0 van hoog na laag. Op hierdie punt skakel die uitset van CNT6/DLY6, wat ingestel is om in 'n enkele opname -modus te werk, vir 'n tydperk van 90 ns na laag, dan word dit weer aangeskakel. Net so, as “TEL/INSKAKEL” van laag na hoog oorskakel, dit wil sê. die stelsel begin pulse tel. Die uitset van CNT5/DLY5, gekonfigureer om in 'n eenmalige modus te werk, skakel te laag vir 'n tydperk van 90 ns aan en skakel dan weer aan. Dit is van kardinale belang om die RESET -knoppie 'n rukkie op 'n lae vlak te hou en weer aan te skakel met CNT5 en CNT6 om tyd te gee vir alle DFF's om terug te stel. 'N Vertraging van 90 ns het geen invloed op die akkuraatheid van die stelsel nie, aangesien die maksimum frekwensie van die PWM -sein 225 Hz is. CNT5- en CNT6 -uitsette is gekoppel aan insette van die AND -hek wat die RESET -sein uitvoer.

Die uitset van 4-LUT2 is ook gekoppel aan Pin 4, gemerk "F/10-OUT", wat gekoppel sal word aan die PWM-invoer van die volgende skyf se telfase. Byvoorbeeld, as "PWM-IN" van die fraksionele telapparaat gekoppel is aan die PWM-uitset van die sensor, en die "F/10-OUT" daarvan is gekoppel aan die "PWM-IN" van die eenhede se telapparaat en die " F/10-OUT "van laasgenoemde is gekoppel aan die" PWM-IN "van die telteller, ensovoorts. "AANTAL/INSKRYWING" van al hierdie fases moet gekoppel wees aan dieselfde "AANTAL/AFSKAKELING" van enige van die drie toestelle vir die fraksionele telapparaat.

Figuur 5 verduidelik in detail hoe hierdie stadium werk deur te wys hoe om 'n vloeitempo van 1,5 liter/minuut te meet.

Stap 5: Derde fase: vertoon van gemete waarde

Hierdie fase het as insette: a0, a1, a2 en a3 (omgekeer), en sal na die penne gekoppel word wat aan die 7-segment-skerm gekoppel is. Elke segment het 'n logiese funksie wat deur beskikbare LUT's gemaak moet word. 4-bis LUT's kan die werk baie maklik doen, maar ongelukkig is slegs 1 beskikbaar. 4-bis LUT0 word gebruik vir segment G, maar vir die ander segmente het ons 'n paar 3-bis LUT's gebruik soos getoon in figuur 6. Die 3-bis LUT's aan die linkerkant het a2/a1/a0 gekoppel aan hul insette, terwyl die regterkantste 3-bis LUT's het a3 gekoppel aan hul insette.

Alle opsoekstabelle kan afgelei word uit die 7-segment dekodeerder-waarheidstabel in tabel 2. Dit word in tabel 3, tabel 4, tabel 5, tabel 6, tabel 7, tabel 8, tabel 9 weergegee.

Beheerpenne van GPIO's wat die 7-segment-skerm beheer, word via 'n omskakelaar gekoppel aan "COUNT/DISP-IN" as uitsette wanneer "COUNT/DISP-IN" laag is, wat beteken dat die skerm slegs tydens die vertoningstaak verander word. Daarom is die skerms tydens die teltaak UIT en tydens die vertoningstaak vertoon hulle die getelde pulse.

'N Desimale puntaanwyser kan iewers in die 7-segment vertoning nodig wees. Om hierdie rede is PIN5, gemerk "DP-OUT", gekoppel aan die omgekeerde "COUNT/DISP" netwerk en verbind ons dit met die DP van die ooreenstemmende skerm. In ons toepassing moet ons die desimale punt van die eenhede se telapparaat vertoon om getalle in die formaat "xx.x" te wys, en dan verbind ons "DP-OUT" van die eenheidsteller aan die DP-invoer van die eenheid se 7- segment vertoon en ons laat die ander sonder verbinding.

Stap 6: implementering van hardeware

Figuur 7 toon die onderlinge verbinding tussen die 3 GreenPAK -skyfies en die verbindings van elke skyfie met die ooreenstemmende skerm. Die desimale puntuitset van die GreenPAK is gekoppel aan die DP-ingang van die 7-segment-skerm om die vloeitempo in die korrekte formaat aan te toon, met 'n resolusie van 0,1 liter / minuut. Die PWM -ingang van die LSB -skyfie is gekoppel aan die PWM -uitset van die watervloeisensor. Die F/10 -uitsette van die stroombane is gekoppel aan die PWM -insette van die volgende skyfie. Vir sensors met 'n hoër vloeitempo en/of groter akkuraatheid, kan meer skyfies onderbreek word om meer syfers by te voeg.

Stap 7: Resultate

Om die stelsel te toets, het ons 'n eenvoudige PCB gebou wat verbindings het om GreenPAK-voetstukke aan te sluit met behulp van 20-pen dubbele ry vroulike kopstukke. Die skematiese en uitleg van hierdie PCB sowel as foto's word in die aanhangsel aangebied.

Die stelsel is eers getoets met 'n Arduino wat 'n vloeitempo en 'n waterbron met 'n konstante, bekende vloeitempo simuleer deur pulse by 225 Hz te genereer wat ooreenstem met 'n vloeitempo van onderskeidelik 30 liter/minuut. Die resultaat van die meting was gelyk aan 29,7 liter/minuut, die fout is ongeveer 1 %.

Die tweede toets is uitgevoer met die watervloeisnelheidsensor en 'n tuiswaterbron. Meting teen verskillende vloeitempo's was 4,5 en 12,4.

Afsluiting

Hierdie instruksies demonstreer hoe u 'n klein, goedkoop en akkurate vloeimeter kan bou met behulp van 'n Dialog SLG46533. Danksy GreenPAK is hierdie ontwerp kleiner, eenvoudiger en makliker om te skep as vergelykbare oplossings.

Ons stelsel kan 'n vloeitempo van tot 30 liter / minuut met 'n resolusie van 0,1 liter meet, maar ons kan meer GreenPAK's gebruik om hoër vloeitempo's met 'n hoër akkuraatheid te meet, afhangende van die vloeisensor. 'N Dialog GreenPAK-gebaseerde stelsel kan werk met 'n wye reeks turbine-vloeimeter.

Die voorgestelde oplossing is ontwerp om die vloeitempo van water te meet, maar dit kan aangepas word om gebruik te word saam met enige sensor wat 'n PWM -sein lewer, soos 'n gasvloeisensor.