Paano Lumikha ng isang Water Flow Meter: 7 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ang isang tumpak, maliit, at murang gastos ng flow ng likido ay madaling gawin gamit ang mga bahagi ng GreenPAK ™. Sa Instructable na ito nagpapakita kami ng isang metro ng daloy ng tubig na patuloy na sumusukat sa daloy ng tubig at ipinapakita ito sa tatlong mga 7-segment na pagpapakita. Ang saklaw ng pagsukat ng daloy ng sensor ay mula 1 hanggang 30 litro bawat minuto. Ang output ng sensor ay isang digital na signal ng PWM na may proporsyonal na dalas sa rate ng daloy ng tubig.

Tatlong GreenPAK Programmable Mixed-signal Matrix SLG46533 ICs bilangin ang bilang ng mga pulso sa loob ng isang batayang oras T. Ang batayang oras na ito ay kinakalkula tulad na ang bilang ng mga pulso ay katumbas ng daloy ng rate sa panahong iyon, pagkatapos ang kinakalkula na bilang na ito ay ipinapakita sa 7 -segment ay nagpapakita. Ang resolusyon ay 0.1 liters / min.

Ang output ng sensor ay konektado sa isang digital input na may Schmitt gatilyo ng isang unang Mixed-signal Matrix na binibilang ang praksyonal na numero. Ang mga chip ay magkakasama sa pamamagitan ng isang digital na output, na konektado sa isang digital na input ng isang nagpapatuloy na Mixed-signal Matrix. Ang bawat aparato ay konektado sa isang 7segment karaniwang display ng cathode sa pamamagitan ng 7 output.

Ang paggamit ng isang GreenPAK Programmable Mixed-signal Matrix ay higit na gusto kaysa sa maraming iba pang mga solusyon tulad ng microcontrollers at discrete na mga bahagi. Kung ikukumpara sa isang microcontroller, ang isang GreenPAK ay mas mababang gastos, mas maliit, at mas madaling mai-program. Kung ikukumpara sa isang discrete logic integrated circuit na disenyo, mas mababa rin ang gastos, mas madaling mabuo, at mas maliit.

Upang magawa ang solusyon na ito sa komersyo, ang sistema ay dapat na maliit hangga't maaari at maikulong sa loob ng hindi tinatagusan ng tubig, matigas na enclosure upang labanan ang tubig, alikabok, singaw, at iba pang mga kadahilanan upang maaari itong gumana sa iba't ibang mga kondisyon.

Upang subukan ang disenyo isang simpleng PCB ang binuo. Ang mga aparato ng GreenPAK ay naka-plug sa PCB na ito gamit ang 20 mga pin na doble na hanay ng mga babaeng konektor ng header.

Ang mga pagsusuri ay ginawa sa unang pagkakataon gamit ang mga pulso na nabuo ng isang Arduino at sa pangalawang pagkakataon ang rate ng daloy ng tubig ng isang mapagkukunan ng tubig sa bahay ay sinusukat. Nagpakita ang system ng isang kawastuhan na 99%.

Tuklasin ang lahat ng mga kinakailangang hakbang upang maunawaan kung paano naka-program ang chip ng GreenPAK upang makontrol ang Water Flow Meter. Gayunpaman, kung nais mo lamang makuha ang resulta ng pag-program, mag-download ng GreenPAK software upang matingnan ang natapos na GreenPAK Design File. I-plug ang GreenPAK Development Kit sa iyong computer at pindutin ang programa upang lumikha ng pasadyang IC upang makontrol ang iyong Water Flow Meter. Sundin ang mga hakbang na inilarawan sa ibaba kung interesado kang maunawaan kung paano gumagana ang circuit.

Hakbang 1: Pangkalahatang Paglalarawan ng System

Ang isa sa mga pinaka karaniwang paraan upang masukat ang rate ng daloy ng likido ay eksaktong katulad ng prinsipyo ng pagsukat ng bilis ng hangin sa pamamagitan ng isang anemometer: ang bilis ng hangin ay proporsyonal sa bilis ng pag-ikot ng anemometer. Ang pangunahing bahagi ng ganitong uri ng flow sensor ay isang uri ng isang pinwheel, na ang bilis ay proporsyonal sa likidong daloy ng daloy na dumadaan dito.

Ginamit namin ang sensor ng daloy ng tubig na YF-S201 mula sa firm URUK na ipinakita sa Larawan 1. Sa sensor na ito, ang isang sensor ng Hall Effect na naka-mount sa pinwheel ay nagpapalabas ng pulso sa bawat rebolusyon. Ang dalas ng output signal ay ipinakita sa Formula 1, kung saan ang Q ay rate ng daloy ng tubig sa litro / minuto.

Halimbawa, kung ang sinusukat na rate ng daloy ay 1 litro / minuto ang dalas ng signal signal ay 7.5 Hz. Upang maipakita ang totoong halaga ng daloy sa format na 1.0 litro / minuto, kailangan nating bilangin ang mga pulso sa isang oras na 1.333 segundo. Sa halimbawa ng 1.0 litro / minuto, ang binibilang na resulta ay magiging 10, na ipapakita bilang 01.0 sa mga pitong segment na ipinapakita. Dalawang gawain ang hinarap sa application na ito: ang una ay ang pagbibilang ng mga pulso at ang pangalawa ay ipinapakita ang numero kapag kumpleto na ang gawain. Ang bawat gawain ay tumatagal ng 1.333 segundo.

Hakbang 2: Pagpapatupad ng GreenPAK Designer

Ang SLG46533 ay may maraming nalalaman na kumbinasyon ng mga macrocell ng pag-andar at maaari silang mai-configure bilang Hanapin ang Mga Talahanayan, counter o D-Flip-Flops. Ang modularity na ito ay kung bakit naaangkop ang GreenPAK para sa application.

Ang programa ay may 3 yugto: ang yugto (1) ay bumubuo ng isang pana-panahong digital signal upang lumipat sa pagitan ng 2 mga gawain ng system, ang yugto (2) ay binibilang ang mga pulso ng sensor ng daloy at ang yugto (3) ay nagpapakita ng praksyonal na numero.

Hakbang 3: Unang Yugto: Nagbibilang / Nagpapakita ng Paglipat

Isang digital na output na "COUNT / DISP-OUT" na binabago ang estado sa pagitan ng mataas at mababa bawat 1.333 segundo ay kinakailangan. Kapag mataas, binibilang ng system ang mga pulso at kung mababa ay ipinapakita nito ang binibilang na resulta. Maaari itong makamit gamit ang DFF0, CNT1 at OSC0 na naka-wire tulad ng ipinakita sa Larawan 2.

Ang dalas ng OSC0 ay 25 kHz. Ang CNT1 / DLY1 / FSM1 ay na-configure bilang isang counter, at ang input ng orasan nito ay konektado sa CLK / 4 upang ang dalas ng input ng CNT1 ay 6.25 kHz. Para sa unang yugto ng orasan na tumatagal tulad ng ipinakita sa Equation 1, ang output ng CNT1 ay mataas at mula sa pagtaas ng gilid ng signal ng susunod na orasan, mababa ang counter output at nagsisimula ang pag-decrement ng CNT1 mula 8332. Kapag umabot sa 0 ang data ng CNT1, ang isang bagong pulso sa output ng CNT1 ay nabuo Sa bawat pagtaas ng gilid ng output ng CNT1, binabago ng output ng DFF0 ang estado, kung mababa ito ay lilipat sa mataas at kabaliktaran.

Ang polarity ng output ng DFF0 ay dapat na-configure bilang inverted. Ang CNT1 ay nakatakda sa 8332 sapagkat ang bilang / pagpapakita ng oras na T ay katumbas ng ipinakita sa Equation 2.

Hakbang 4: Pangalawang Yugto: Nagbibilang ng Mga Pulses ng Input

Ang isang 4-bit counter ay ginawa gamit ang DFF3 / 4/5/6, tulad ng ipinakita sa Larawan 4. Ang counter na ito ay nagdaragdag sa bawat pulso lamang kapag ang "COUNT / DISP-IN", na kung saan ay PIN 9, ay mataas. Ang mga input ng AND gate 2-L2 ay "COUNT / DISP-IN" at ang input ng PWM. Ang counter ay nai-reset kapag umabot sa 10 o kapag nagsimula ang yugto ng pagbibilang. Ang 4-bit counter ay na-reset kapag ang mga DFF RESET na pin, na konektado sa parehong network na "RESET", ay mababa.

Ang 4-bit LUT2 ay ginagamit upang i-reset ang counter kapag umabot sa 10. Dahil ang mga output ng DFF ay baligtad, ang mga numero ay tinukoy sa pamamagitan ng pag-invert ng lahat ng mga piraso ng kanilang mga binary na representasyon: pagpapalit 0 para sa 1s at vice versa. Ang representasyong ito ay tinawag na pandagdag ng 1 ng binary number. Ang mga input na 4-bit LUT2 na IN0, IN1, IN2 at IN3 ay konektado sa a0, a1, a2, a3 at a3 ayon sa pagkakabanggit. Ang talahanayan ng katotohanan para sa 4-LUT2 ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

Kapag ang 10 pulso ay nakarehistro, ang output ng 4-LUT0 ay lumilipat mula sa mataas hanggang sa mababa. Sa puntong ito ang output ng CNT6 / DLY6, na-configure upang gumana sa isang shot mode, lumilipat sa mababang para sa isang panahon ng 90 ns pagkatapos ay i-on muli. Gayundin, kapag lumipat ang "COUNT / DISP-IN" mula sa mababa hanggang sa mataas, iyon ang. nagsisimula ang system sa pagbibilang ng mga pulso. Ang output ng CNT5 / DLY5, na-configure upang gumana sa isang shot mode, masyadong mababa ang switch para sa isang panahon na 90 ns pagkatapos ay muling mag-on. Napakahalaga na mapanatili ang pindutang RESET sa isang mababang antas nang ilang sandali at i-on muli ito gamit ang CNT5 at CNT6 upang bigyan ng oras para ma-reset ang lahat ng DFF. Ang isang pagkaantala ng 90 ns ay walang epekto sa katumpakan ng system dahil ang maximum na dalas ng signal ng PWM ay 225 Hz. Ang mga output ng CNT5 at CNT6 ay konektado sa mga input ng AND gate na naglalabas ng signal na I-reset.

Ang output ng 4-LUT2 ay konektado din sa Pin 4, na may label na "F / 10-OUT", na makokonekta sa input ng PWM ng yugto ng pagbibilang ng susunod na maliit na tilad. Halimbawa, kung ang "PWM-IN" ng aparatong pagbibilang ng praksyonal ay konektado sa output ng PWM ng sensor, at ang "F / 10-OUT" ay konektado sa "PWM-IN" ng mga unit na nagbibilang ng aparato at ang " Ang F / 10-OUT "ng huli ay konektado sa" PWM-IN "ng sampung aparato na nagbibilang at iba pa. Ang "COUNT / DISP-IN" ng lahat ng mga yugtong ito ay dapat na konektado sa parehong "COUNT / DISP-OUT" ng alinman sa 3 mga aparato para sa praksyonal na bilang ng aparato.

Ipinapaliwanag nang detalyado ng Larawan 5 kung paano gumagana ang yugtong ito sa pamamagitan ng pagpapakita kung paano sukatin ang isang rate ng daloy na 1.5 liters / minuto.

Hakbang 5: Ikatlong Yugto: Pagpapakita ng Nasusukat na Halaga

Ang yugto na ito ay may mga input: a0, a1, a2 at a3 (baligtad), at ilalabas sa mga pin na konektado sa 7-segment na display. Ang bawat segment ay may lohikal na pagpapaandar na gagawin ng mga magagamit na LUT. Ang 4-bit LUTs ay maaaring gawin ang trabaho nang napakadali ngunit sa kasamaang palad 1 lamang ang magagamit. Ang 4-bit LUT0 ay ginagamit para sa segment na G, ngunit para sa iba pang mga segment na ginamit namin ang isang pares ng 3-bits LUTs tulad ng ipinakita sa Larawan 6. Ang kaliwang 3-bit na LUT ay may koneksyon na a2 / a1 / a0 sa kanilang mga input, habang ang kanan Ang 3-bit LUTs ay may a3 na konektado sa kanilang mga input.

Ang lahat ng mga talahanayan ng pagtingin ay maaaring maibawas mula sa talahanayan ng katotohanan na 7-segment na decoder na ipinakita sa Talahanayan 2. Ipinakita ang mga ito sa Talahanayan 3, Talahanayan 4, Talaan 5, Talahanayan 6, Talahanayan 7, Talahanayan 8, Talahanayan 9.

Ang mga control pin ng GPIO na kumokontrol sa 7-segment na display ay konektado sa "COUNT / DISP-IN" sa pamamagitan ng isang inverter bilang mga output kapag ang "COUNT / DISP-IN" ay mababa, na nangangahulugang ang display ay binago lamang sa panahon ng display task. Samakatuwid, sa panahon ng pagbibilang ng gawain, ang mga display ay OFF at habang ipinapakita ang gawain ipinapakita nila ang bilang ng mga pulso.

Maaaring kailanganin ang isang tagapagpahiwatig ng decimal point sa kung saan sa loob ng pagpapakita ng 7-segment. Para sa kadahilanang ito, ang PIN5, na may label na "DP-OUT", ay konektado sa baligtad na "COUNT / DISP" network at ikinonekta namin ito sa DP ng kaukulang display. Sa aming aplikasyon kailangan naming ipakita ang decimal point ng mga unit na nagbibilang ng aparato upang ipakita ang mga numero sa format na "xx.x", pagkatapos ay ikonekta namin ang "DP-OUT" ng aparato sa pagbibilang ng unit sa input ng DP ng 7- unit. pagpapakita ng segment at iniiwan namin ang iba na hindi konektado.

Hakbang 6: Pagpapatupad ng Hardware

Ipinapakita ng Larawan 7 ang pagkakaugnay sa pagitan ng 3 mga chips ng GreenPAK at mga koneksyon ng bawat maliit na tilad sa kaukulang pagpapakita nito. Ang output ng decimal point ng GreenPAK ay konektado ang input ng DP ng 7-segment na display upang ipakita ang rate ng daloy sa tamang format nito, na may resolusyon na 0.1 liters / minuto. Ang input ng PWM ng LSB chip ay konektado sa output ng PWM ng waterflow sensor. Ang mga output ng F / 10 ng mga circuit ay konektado sa mga input ng PWM ng sumusunod na maliit na tilad. Para sa mga sensor na may mas mataas na mga rate ng daloy at / o higit na kawastuhan, maraming mga chips ang maaaring i-cascade upang magdagdag ng higit pang mga digit.

Hakbang 7: Mga Resulta

Upang subukan ang system, gumawa kami ng isang simpleng PCB na may mga konektor upang mai-plug sa mga socket ng GreenPAK gamit ang 20 pin na dobleng hilera na mga header ng babae. Ang eskematiko at layout ng PCB na ito pati na rin ang mga larawan ay ipinakita sa Appendix.

Sinubukan muna ang system sa isang Arduino na tumutulad sa isang flow rate sensor at isang mapagkukunan ng tubig na may pare-pareho, kilalang rate ng daloy sa pamamagitan ng pagbuo ng mga pulso sa 225 Hz na tumutugma sa isang rate ng daloy na 30 liters / minuto ayon sa pagkakabanggit. Ang resulta ng pagsukat ay katumbas ng 29.7 liters / minuto, ang error ay tungkol sa 1%.

Ang Pangalawang pagsubok ay ginawa gamit ang sensor ng rate ng daloy ng tubig at isang mapagkukunan ng tubig sa bahay. Ang pagsukat sa iba't ibang mga rate ng daloy ay 4.5 at 12.4.

Konklusyon

Ipinapakita ng Instructable na ito kung paano bumuo ng isang maliit, mababang gastos, at tumpak na flow meter gamit ang isang Dialog SLG46533. Salamat sa GreenPAK, ang disenyo na ito ay mas maliit, mas simple, at mas madaling lumikha kaysa sa maihahambing na mga solusyon.

Maaaring sukatin ng aming system ang isang rate ng daloy hanggang sa 30 liters / minuto na may resolusyon na 0.1 liters, ngunit maaari kaming gumamit ng higit pang mga GreenPAK upang masukat ang mas mataas na mga rate ng daloy na may mas mataas na kawastuhan depende sa flow sensor. Ang isang sistemang batay sa Dialog GreenPAK ay maaaring gumana sa isang malawak na hanay ng mga metro ng daloy ng turbine.

Ang iminungkahing solusyon ay idinisenyo upang masukat ang daloy ng rate ng tubig, ngunit maaari itong iakma upang magamit sa anumang sensor na naglalabas ng isang senyas ng PWM, tulad ng isang sensor ng rate ng daloy ng gas.