Table des matières:
- Étape 1: Description globale du système
- Étape 2: Implémentation du concepteur GreenPAK
- Étape 3: Première étape: Comptage/Affichage de la commutation
- Étape 4: Deuxième étape: comptage des impulsions d'entrée
- Étape 5: Troisième étape: Affichage de la valeur mesurée
- Étape 6: Implémentation matérielle
- Étape 7: Résultats
2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57
Un débitmètre de liquide précis, petit et peu coûteux peut être facilement fabriqué à l'aide des composants GreenPAK™. Dans ce Instructable, nous présentons un débitmètre d'eau qui mesure en continu le débit d'eau et l'affiche sur trois écrans à 7 segments. La plage de mesure du capteur de débit est de 1 à 30 litres par minute. La sortie du capteur est un signal numérique PWM avec une fréquence proportionnelle au débit d'eau.
Trois circuits intégrés à matrice de signaux mixtes programmables GreenPAK SLG46533 comptent le nombre d'impulsions dans un temps de base T. Ce temps de base est calculé de telle sorte que le nombre d'impulsions soit égal au débit dans cette période, puis ce nombre calculé est affiché sur le 7 -affichages à segments. La résolution est de 0,1 litre/min.
La sortie du capteur est connectée à une entrée numérique avec déclenchement de Schmitt d'une première matrice de signaux mixtes qui compte le nombre fractionnaire. Les puces sont mises en cascade via une sortie numérique, qui est connectée à une entrée numérique d'une matrice de signaux mixtes en cours. Chaque appareil est connecté à un affichage à cathode commune à 7 segments via 7 sorties.
L'utilisation d'une matrice de signaux mixtes programmable GreenPAK est préférable à de nombreuses autres solutions telles que les microcontrôleurs et les composants discrets. Comparé à un microcontrôleur, un GreenPAK est moins coûteux, plus petit et plus facile à programmer. Comparé à une conception de circuits intégrés à logique discrète, il est également moins coûteux, plus facile à construire et plus petit.
Pour rendre cette solution commercialement viable, le système doit être aussi petit que possible et être enfermé à l'intérieur d'un boîtier étanche et rigide pour être résistant à l'eau, à la poussière, à la vapeur et à d'autres facteurs afin qu'il puisse fonctionner dans diverses conditions.
Pour tester la conception, un simple PCB a été construit. Les appareils GreenPAK sont branchés sur ce PCB à l'aide de connecteurs femelles à double rangée de 20 broches.
Les tests sont effectués dans un premier temps à l'aide d'impulsions générées par un Arduino et dans un second temps, le débit d'eau d'une source d'eau domestique a été mesuré. Le système a montré une précision de 99%.
Découvrez toutes les étapes nécessaires pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour contrôler le débitmètre d'eau. Cependant, si vous souhaitez simplement obtenir le résultat de la programmation, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK à votre ordinateur et cliquez sur le programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour contrôler votre débitmètre d'eau. Suivez les étapes décrites ci-dessous si vous souhaitez comprendre le fonctionnement du circuit.
Étape 1: Description globale du système
L'une des manières les plus courantes de mesurer le débit de liquide est exactement comme le principe de mesure de la vitesse du vent par un anémomètre: la vitesse du vent est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'anémomètre. La partie principale de ce type de capteur de débit est une sorte de moulinet, dont la vitesse est proportionnelle au débit de liquide qui le traverse.
Nous avons utilisé le capteur de débit d'eau YF-S201 de la société URUK illustré à la figure 1. Dans ce capteur, un capteur à effet Hall monté sur le moulinet émet une impulsion à chaque tour. La fréquence du signal de sortie est présentée dans la formule 1, où Q est le débit d'eau en litres/minute.
Par exemple, si le débit mesuré est de 1 litre/minute, la fréquence du signal de sortie est de 7,5 Hz. Afin d'afficher la valeur réelle du débit au format 1,0 litre/minute, nous devons compter les impulsions pendant un temps de 1,333 secondes. Dans l'exemple de 1,0 litre/minute, le résultat compté sera 10, qui sera affiché sous la forme 01.0 sur les affichages à sept segments. Deux tâches sont traitées dans cette application: la première consiste à compter les impulsions et la seconde à afficher le nombre lorsque la tâche de comptage est terminée. Chaque tâche dure 1.333 secondes.
Étape 2: Implémentation du concepteur GreenPAK
Le SLG46533 possède de nombreuses macrocellules à fonctions combinées polyvalentes et elles peuvent être configurées en tant que tables de consultation, compteurs ou D-Flip-Flops. Cette modularité est ce qui rend GreenPAK adapté à l'application.
Le programme comporte 3 étapes: l'étape (1) génère un signal numérique périodique pour basculer entre les 2 tâches du système, l'étape (2) compte les impulsions du capteur de débit et l'étape (3) affiche le nombre fractionnaire.
Étape 3: Première étape: Comptage/Affichage de la commutation
Une sortie numérique « COUNT/DISP-OUT » qui change l'état entre haut et bas toutes les 1,333 secondes est requise. Lorsqu'il est élevé, le système compte les impulsions et lorsqu'il est bas, il affiche le résultat compté. Ceci peut être réalisé en utilisant DFF0, CNT1 et OSC0 câblés comme illustré à la Figure 2.
La fréquence d'OSC0 est de 25 kHz. CNT1/DLY1/FSM1 est configuré comme un compteur et son entrée d'horloge est connectée à CLK/4 de sorte que la fréquence d'horloge d'entrée de CNT1 soit de 6,25 kHz. Pour la première période d'horloge qui dure comme indiqué dans l'équation 1, la sortie CNT1 est haute et à partir du front montant du signal d'horloge suivant, la sortie du compteur est basse et CNT1 commence à décrémenter à partir de 8332. Lorsque les données CNT1 atteignent 0, une nouvelle impulsion sur la sortie CNT1 est généré. A chaque front montant de la sortie CNT1, la sortie DFF0 change d'état, si elle est basse elle passe à l'état haut et vice versa.
La polarité de sortie du DFF0 doit être configurée comme inversée. CNT1 est défini sur 8332 car le temps de comptage/affichage T est égal à celui indiqué dans l'équation 2.
Étape 4: Deuxième étape: comptage des impulsions d'entrée
Un compteur à 4 bits est créé à l'aide de DFF3/4/5/6, comme illustré à la figure 4. Ce compteur s'incrémente à chaque impulsion uniquement lorsque « COUNT/DISP-IN », qui est PIN 9, est élevé. Les entrées de la porte ET 2-L2 sont "COUNT/DISP-IN" et l'entrée PWM. Le compteur est remis à zéro lorsqu'il atteint 10 ou lorsque la phase de comptage démarre. Le compteur de 4 bits est réinitialisé lorsque les broches RESET des DFF, qui sont connectées au même réseau « RESET », sont faibles.
LUT2 4 bits est utilisé pour réinitialiser le compteur lorsqu'il atteint 10. Comme les sorties DFF sont inversées, les nombres sont définis en inversant tous les bits de leurs représentations binaires: en échangeant des 0 contre des 1 et vice versa. Cette représentation est appelée complément à 1 d'un nombre binaire. Les entrées LUT2 4 bits IN0, IN1, IN2 et IN3 sont respectivement connectées à a0, a1, a2, a3 et a3. La table de vérité pour 4-LUT2 est présentée dans le tableau 1.
Lorsque 10 impulsions sont enregistrées, la sortie de 4-LUT0 passe de haut en bas. À ce stade, la sortie de CNT6/DLY6, configurée pour fonctionner en mode monocoup, passe à l'état bas pendant une période de 90 ns puis se rallume. De même, lorsque « COUNT/DISP-IN » passe de bas à haut, c'est-à-dire. le système commence à compter les impulsions. La sortie du CNT5/DLY5, configurée pour fonctionner en mode monocoup, bascule trop bas pendant une durée de 90 ns puis se rallume. Il est crucial de maintenir le bouton RESET à un niveau bas pendant un certain temps et de le rallumer à l'aide de CNT5 et CNT6 pour laisser le temps à tous les DFF de se réinitialiser. Un retard de 90 ns n'a aucun impact sur la précision du système puisque la fréquence maximale du signal PWM est de 225 Hz. Les sorties CNT5 et CNT6 sont connectées aux entrées de la porte ET qui délivre le signal RESET.
La sortie de 4-LUT2 est également connectée à la broche 4, étiquetée "F/10-OUT", qui sera connectée à l'entrée PWM de l'étage de comptage de la puce suivante. Par exemple, si "PWM-IN" du dispositif de comptage fractionnaire est connecté à la sortie PWM du capteur, et son "F/10-OUT" est connecté au "PWM-IN" du dispositif de comptage d'unités et le " F/10-OUT" de ce dernier est connecté au "PWM-IN" du compteur des dizaines et ainsi de suite. "COUNT/DISP-IN" de toutes ces étapes doit être connecté au même "COUNT/DISP-OUT" de l'un des 3 appareils pour le dispositif de comptage fractionnaire.
La figure 5 explique en détail le fonctionnement de cette étape en montrant comment mesurer un débit de 1,5 litre/minute.
Étape 5: Troisième étape: Affichage de la valeur mesurée
Cet étage a comme entrées: a0, a1, a2 et a3 (inversé), et sortira sur les broches connectées à l'affichage à 7 segments. Chaque segment a une fonction logique à réaliser par les LUT disponibles. Les LUT 4 bits peuvent faire le travail très facilement, mais malheureusement, seule 1 est disponible. La LUT0 à 4 bits est utilisée pour le segment G, mais pour les autres segments, nous avons utilisé une paire de LUT à 3 bits comme illustré à la Figure 6. Les LUT à 3 bits les plus à gauche ont a2/a1/a0 connecté à leurs entrées, tandis que la plus à droite Les LUT 3 bits ont a3 connecté à leurs entrées.
Toutes les tables de consultation peuvent être déduites de la table de vérité du décodeur à 7 segments présentée dans le Tableau 2. Elles sont présentées dans les Tableau 3, Tableau 4, Tableau 5, Tableau 6, Tableau 7, Tableau 8, Tableau 9.
Les broches de contrôle des GPIO qui contrôlent l'affichage à 7 segments sont connectées à "COUNT/DISP-IN" via un inverseur en tant que sorties lorsque "COUNT/DISP-IN" est bas, ce qui signifie que l'affichage est modifié uniquement pendant la tâche d'affichage. Par conséquent, pendant la tâche de comptage, les affichages sont éteints et pendant la tâche d'affichage, ils affichent les impulsions comptées.
Un indicateur de point décimal peut être nécessaire quelque part dans l'affichage à 7 segments. Pour cette raison, le PIN5, étiqueté "DP-OUT", est connecté au réseau inversé "COUNT/DISP" et nous le connectons au DP de l'afficheur correspondant. Dans notre application, nous devons afficher le point décimal du dispositif de comptage d'unités pour afficher les nombres au format "xx.x", puis nous connecterons "DP-OUT" du dispositif de comptage d'unités à l'entrée DP du 7- de l'unité. l'affichage des segments et nous laissons les autres non connectés.
Étape 6: Implémentation matérielle
La figure 7 montre l'interconnexion entre les 3 puces GreenPAK et les connexions de chaque puce à son affichage correspondant. La sortie du point décimal du GreenPAK est connectée à l'entrée DP de l'afficheur 7 segments pour afficher le débit dans son format correct, avec une résolution de 0,1 litre/minute. L'entrée PWM de la puce LSB est connectée à la sortie PWM du capteur de débit d'eau. Les sorties F/10 des circuits sont connectées aux entrées PWM de la puce suivante. Pour les capteurs avec des débits plus élevés et/ou une plus grande précision, plus de puces peuvent être mises en cascade pour ajouter plus de chiffres.
Étape 7: Résultats
Pour tester le système, nous avons construit un circuit imprimé simple doté de connecteurs pour brancher des prises GreenPAK à l'aide d'en-têtes femelles à double rangée de 20 broches. Le schéma et la disposition de ce PCB ainsi que des photos sont présentés en annexe.
Le système a d'abord été testé avec un Arduino qui simule un capteur de débit et une source d'eau avec un débit constant et connu en générant des impulsions à 225 Hz ce qui correspond à un débit de 30 litres/minute respectivement. Le résultat de la mesure était égal à 29,7 litres/minute, l'erreur est d'environ 1 %.
Le deuxième test a été effectué avec le capteur de débit d'eau et une source d'eau domestique. Les mesures à différents débits étaient de 4,5 et 12,4.
Conclusion
Ce Instructable montre comment construire un petit débitmètre à faible coût et précis à l'aide d'un Dialog SLG46533. Grâce à GreenPAK, cette conception est plus petite, plus simple et plus facile à créer que des solutions comparables.
Notre système peut mesurer un débit allant jusqu'à 30 litres/minute avec une résolution de 0,1 litre, mais nous pouvons utiliser plus de GreenPAK pour mesurer des débits plus élevés avec une plus grande précision en fonction du capteur de débit. Un système basé sur Dialog GreenPAK peut fonctionner avec une large gamme de débitmètres à turbine.
La solution suggérée a été conçue pour mesurer le débit d'eau, mais elle peut être adaptée pour être utilisée avec n'importe quel capteur qui émet un signal PWM, comme un capteur de débit de gaz.