Kako ustvariti merilnik pretoka vode: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Natančen, majhen in poceni merilnik pretoka tekočine je mogoče enostavno izdelati s komponentami GreenPAK ™. V tem navodilu predstavljamo merilnik pretoka vode, ki neprekinjeno meri pretok vode in ga prikazuje na treh 7-segmentnih zaslonih. Merilno območje senzorja pretoka je od 1 do 30 litrov na minuto. Izhod senzorja je digitalni PWM signal s frekvenco, ki je sorazmerna s pretokom vode.

Trije GreenPAK-ovi programirani matriki z mešanim signalom SLG46533 z mešanim signalom štejejo število impulzov v baznem času T. Ta osnovni čas se izračuna tako, da je število impulzov enako pretoku v tem obdobju, nato pa se to izračunano število prikaže na 7 -segmentni prikazi. Ločljivost je 0,1 litra/min.

Izhod senzorja je povezan z digitalnim vhodom s Schmittovim sprožilcem prve matrice z mešanim signalom, ki šteje ulomljeno število. Žetoni so kaskadno združeni prek digitalnega izhoda, ki je povezan z digitalnim vhodom tekoče matrice mešanih signalov. Vsaka naprava je prek 7 izhodov priključena na 7 -segmentni skupni katodni zaslon.

Uporaba programabilne matrike mešanih signalov GreenPAK je boljša od mnogih drugih rešitev, kot so mikrokrmilniki in diskretne komponente. V primerjavi z mikrokrmilnikom je GreenPAK cenejši, manjši in lažji za programiranje. V primerjavi z oblikovanjem diskretnih logičnih integriranih vezij je tudi nižji, lažji za gradnjo in manjši.

Da bi bila ta rešitev komercialno izvedljiva, mora biti sistem čim manjši in zaprt v vodotesnem, trdem ohišju, odpornem na vodo, prah, paro in druge dejavnike, tako da lahko deluje v različnih pogojih.

Za preizkus zasnove je bila zgrajena preprosta tiskana vezja. Naprave GreenPAK so priključene na to tiskano vezje z 20 -pinskimi dvojnimi ženskimi priključki za glavo.

Prvič se preskusi z uporabo impulzov, ki jih ustvari Arduino, drugič pa je bil izmerjen pretok vode iz domačega vodnega vira. Sistem je pokazal natančnost 99%.

Odkrijte vse potrebne korake, da razumete, kako je čip GreenPAK programiran za krmiljenje merilnika pretoka vode. Če pa želite samo doseči rezultat programiranja, prenesite programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko GreenPAK. Priključite razvojni komplet GreenPAK na računalnik in pritisnite program, da ustvarite IC po meri za nadzor vašega merilnika pretoka vode. Če želite razumeti, kako deluje vezje, sledite spodnjim korakom.

1. korak: Celoten opis sistema

Eden najpogostejših načinov za merjenje pretoka tekočine je popolnoma enak načelu merjenja hitrosti vetra z anemometrom: hitrost vetra je sorazmerna s hitrostjo vrtenja anemometra. Glavni del te vrste senzorja pretoka je nekakšno vrtilno kolo, katerega hitrost je sorazmerna s pretokom tekočine, ki teče skozi njega.

Uporabili smo senzor pretoka vode YF-S201 podjetja URUK, prikazan na sliki 1. V tem senzorju senzor Hall Effect, nameščen na vijačniku, pri vsakem obratu oddaja impulz. Frekvenca izhodnega signala je predstavljena v formuli 1, kjer je Q pretok vode v litrih na minuto.

Na primer, če je izmerjeni pretok 1 liter/minuto, je frekvenca izhodnega signala 7,5 Hz. Za prikaz dejanske vrednosti pretoka v formatu 1,0 litra/minuto moramo šteti impulze za čas 1,333 sekunde. V primeru 1,0 litra/minuto bo prešteti rezultat 10, ki bo na zaslonih sedmih segmentov prikazan kot 01,0. V tej aplikaciji sta obravnavani dve nalogi: prva je štetje impulzov, druga pa prikaz števila, ko je naloga štetja končana. Vsaka naloga traja 1,333 sekunde.

2. korak: Izvajanje oblikovalca GreenPAK

SLG46533 ima veliko vsestranskih kombiniranih makro celic in jih je mogoče konfigurirati kot Tabele za iskanje, števce ali D-japonke. Zaradi te modularnosti je GreenPAK primeren za uporabo.

Program ima 3 stopnje: stopnja (1) generira periodični digitalni signal za preklop med dvema nalogama sistema, stopnja (2) šteje impulze senzorja pretoka, stopnja (3) pa prikazuje delno število.

3. korak: Prva faza: štetje/prikaz preklopa

Potreben je digitalni izhod “COUNT/DISP-OUT”, ki vsakih 1,333 sekunde spreminja stanje med visokim in nizkim. Ko je sistem visok, sistem šteje impulze, pri nizkem pa prikaže štetje rezultatov. To je mogoče doseči z uporabo DFF0, CNT1 in OSC0, kot je prikazano na sliki 2.

Frekvenca OSC0 je 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 je konfiguriran kot števec, njegov vhod za uro pa je priključen na CLK/4, tako da je vhodna frekvenca ure CNT1 6,25 kHz. Za prvo časovno obdobje, ki traja, kot je prikazano v enačbi 1, je izhod CNT1 visok in od naraščajočega roba signala naslednje ure je izhod števca nizek in CNT1 se začne zmanjševati s 8332. Ko podatki CNT1 dosežejo 0, je nov impulz na izhodu CNT1 ustvarjeno. Na vsakem naraščajočem robu izhoda CNT1 izhod DFF0 spremeni stanje, če je nizek, preklopi na visoko in obratno.

Izhodno polarnost DFF0 je treba konfigurirati kot obrnjeno. CNT1 je nastavljen na 8332, ker je čas štetja/prikaza T enak, kot je prikazano v enačbi 2.

4. korak: Druga stopnja: štetje vhodnih impulzov

4-bitni števec je izdelan z uporabo DFF3/4/5/6, kot je prikazano na sliki 4. Ta števec se poveča pri vsakem impulzu le, če je vrednost »COUNT/DISP-IN«, ki je PIN 9, visoka. Vhoda AND gate 2-L2 sta "COUNT/DISP-IN" in vhod PWM. Števec se ponastavi, ko doseže 10 ali ko se začne faza štetja. 4-bitni števec se ponastavi, ko so zatiči RESET DFF, ki so povezani v isto omrežje "RESET", nizki.

4-bitni LUT2 se uporablja za ponastavitev števca, ko doseže 10. Ker so izhodi DFF obrnjeni, se številke določijo z obračanjem vseh bitov njihovih binarnih predstavitev: zamenjava 0s za 1s in obratno. Ta predstavitev se imenuje 1 -jevo dopolnilo binarnega števila. 4-bitni vhodi LUT2 IN0, IN1, IN2 in IN3 so povezani z a0, a1, a2, a3 in a3. Tabela resničnosti za 4-LUT2 je prikazana v tabeli 1.

Ko je registriranih 10 impulzov, se izhod 4-LUT0 preklopi iz visokega v nizko. Na tej točki se izhod CNT6/DLY6, konfiguriran za delovanje v načinu enega posnetka, preklopi na nizko vrednost za obdobje 90 ns in se nato ponovno vklopi. Podobno, ko se »COUNT/DISP-IN« preklopi iz nizkega v visoko, tj. sistem začne šteti impulze. Izhod CNT5/DLY5, konfiguriran za delovanje v načinu enega posnetka, preklopi prenizko za obdobje 90 ns in se nato znova vklopi. Ključno je, da gumb RESET za nekaj časa vzdržujete na nizki ravni in ga znova vklopite s CNT5 in CNT6, da dobite čas za ponastavitev vseh DFF -jev. Zakasnitev 90 ns ne vpliva na natančnost sistema, saj je največja frekvenca signala PWM 225 Hz. Izhoda CNT5 in CNT6 sta povezana z vhodi vrat AND, ki oddajajo signal RESET.

Izhod 4-LUT2 je priključen tudi na pin 4 z oznako "F/10-OUT", ki bo priključen na vhod PWM naslednje stopnje štetja naslednjega čipa. Na primer, če je "PWM-IN" naprave za štetje delcev priključen na izhod PWM senzorja, njegov "F/10-OUT" pa je priključen na "PWM-IN" naprave za štetje enot in " F/10-OUT "slednjega je povezan z" PWM-IN "naprave za štetje deset in tako naprej. "COUNT/DISP-IN" vseh teh stopenj mora biti povezan z istim "COUNT/DISP-OUT" katere koli od 3 naprav za delno štetje.

Slika 5 podrobno razlaga, kako deluje ta stopnja, in prikazuje, kako izmeriti pretok 1,5 litra/minuto.

5. korak: Tretja stopnja: Prikaz izmerjene vrednosti

Ta stopnja ima vhode: a0, a1, a2 in a3 (obrnjeno) in bo oddajala na zatiče, povezane s 7-segmentnim zaslonom. Vsak segment ima logično funkcijo, ki jo opravijo razpoložljivi LUT. 4-bitni LUT lahko opravijo delo zelo enostavno, žal pa je na voljo le 1. 4-bitni LUT0 se uporablja za segment G, za ostale segmente pa smo uporabili par 3-bitnih LUT-ov, kot je prikazano na sliki 6. Na skrajnih levih 3-bitnih LUT-jih je a2/a1/a0 priključen na njihove vhode, medtem ko je skrajno desni 3-bitni LUT imajo na vhode priključen a3.

Vse iskalne tabele je mogoče razbrati iz tabele resničnosti 7-segmentnega dekoderja, prikazane v tabeli 2. Predstavljene so v tabeli 3, tabeli 4, tabeli 5, tabeli 6, tabeli 7, tabeli 8, tabeli 9.

Krmilni zatiči GPIO, ki upravljajo 7-segmentni zaslon, so povezani z "COUNT/DISP-IN" prek pretvornika kot izhodi, ko je "COUNT/DISP-IN" nizko, kar pomeni, da se zaslon spreminja samo med opravilom prikaza. Zato so med štetjem naloge IZKLOPLJENE, med prikazom pa prikazane štetje impulzov.

Kazalnik decimalne vejice bo morda potreben nekje v 7-segmentnem zaslonu. Zaradi tega je PIN5 z oznako "DP-OUT" priključen na obrnjeno omrežje "COUNT/DISP" in ga povežemo z DP ustreznega zaslona. V naši aplikaciji moramo prikazati decimalno vejico enote za štetje enot, da se prikažejo številke v formatu "xx.x", nato bomo "DP-OUT" naprave za štetje enot povezali z vhodom DP enote 7- segmentni prikaz, ostale pa pustimo nepovezane.

6. korak: Izvajanje strojne opreme

Slika 7 prikazuje medsebojno povezavo med 3 čipi GreenPAK in povezavami vsakega čipa z ustreznim zaslonom. Izhod decimalne točke GreenPAK-a je povezan z vhodom DP 7-segmentnega zaslona za prikaz pretoka v pravilnem formatu z ločljivostjo 0,1 litra / minuto. Vhod PWM čipa LSB je priključen na izhod PWM senzorja pretoka vode. Izhodi vezja F/10 so povezani z vhodi PWM naslednjega čipa. Za senzorje z višjim pretokom in/ali večjo natančnostjo lahko za dodajanje več števk uvrstite več čipov.

7. korak: Rezultati

Za preizkus sistema smo izdelali preprosto tiskano vezje, ki ima priključke za priključitev vtičnic GreenPAK z uporabo 20-polnih dvovrstičnih ženskih glav. Shema in postavitev tega tiskanega vezja ter fotografije so predstavljene v dodatku.

Sistem je bil najprej preizkušen z Arduinom, ki simulira senzor pretoka in vir vode s konstantno, znano stopnjo pretoka z ustvarjanjem impulzov pri 225 Hz, kar ustreza pretoku 30 litrov/minuto. Rezultat meritve je bil enak 29,7 litra/minuto, napaka je približno 1 %.

Drugi preskus je bil izveden s senzorjem pretoka vode in domačim virom vode. Meritve pri različnih pretokih so bile 4,5 in 12,4.

Zaključek

Ta navodila kažejo, kako z uporabo Dialoga SLG46533 sestaviti majhen, poceni in natančen merilnik pretoka. Zahvaljujoč GreenPAK je ta zasnova manjša, enostavnejša in lažja za ustvarjanje kot primerljive rešitve.

Naš sistem lahko meri pretok do 30 litrov / minuto z ločljivostjo 0,1 litra, lahko pa uporabimo več GreenPAK -ov za merjenje višjih pretokov z večjo natančnostjo, odvisno od senzorja pretoka. Sistem Dialog GreenPAK lahko deluje s široko paleto turbinskih merilnikov pretoka.

Predlagana rešitev je bila zasnovana za merjenje pretoka vode, vendar jo je mogoče prilagoditi za uporabo s katerim koli senzorjem, ki oddaja signal PWM, na primer senzorjem pretoka plina.