14 - bit 4 - 20mA gelung - berkuasa sistem pengukuran suhu termosopter litar - Pameran

14 - bit 4 - 20mA gelung - kuasa sistem pengukuran suhu termosak

Fungsi dan kelebihan litar

Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 1 adalah sistem pengukuran suhu termosop berkuasa gelung lengkap yang menggunakan fungsi PWM mikrokontroller analog ketepatan untuk mengawal arus output 4 mA hingga 20 mA.

Rajah 1. ADuCM360 mengawal litar pemantauan suhu berasaskan 4 mA hingga 20 mA (gambar rajah skema: tidak menunjukkan semua sambungan dan penyahkodan)

Litar ini mengintegrasikan sebahagian besar fungsi litar pada mikrokontroller analog ketepatan ADuCM360, termasuk dwi 24-bit Σ-Δ ADC, arm Cortex ™ -M3 teras pemproses, dan gelung kawalan voltan 4 saluran sehingga 28 V MA hingga 20 mA gelung ciri-ciri PWM / DAC, menyediakan penyelesaian pemantauan suhu kos rendah.

ADuCM360 disambungkan ke termocouple jenis T dan 100 Ω tahan platinum (JPJ). JPJ digunakan untuk pampasan persimpangan sejuk. Teras Korteks-M3 kuasa rendah menukar bacaan ADC kepada nilai suhu. Julat suhu termocouple jenis T yang disokong adalah -200 ° C hingga + 350 ° C, dan julat suhu ini sepadan dengan julat semasa output 4mA hingga 20mA.

Litar ini sama seperti litar yang diterangkan dalam Nota Litar CN-0300, tetapi litar ini mempunyai kelebihan untuk memandu gelung 4mA hingga 20mA dengan resolusi yang lebih tinggi PWM. Output berasaskan PWM menyediakan resolusi 14-bit. Untuk maklumat lanjut mengenai antara muka sensor kepada ADC suhu dan teknik linearisasi untuk pengukuran JPJ, lihat Nota Litar CN-0300 dan Nota Permohonan AN-0970.

Perihalan litar

Litar ini dikuasakan oleh pengawal selia linear, ADP1720, yang mengawal selia bekalan gelung kepada 3.3 V untuk membekalkan kuasa kepada ADuCM360, op amp OP193, dan rujukan pilihan ADR3412.

Monitor suhu

Bahagian litar ini sama dengan litar monitor suhu yang diterangkan dalam CN-0300, menggunakan ciri-ciri berikut ADuCM360:

ADC sigma-delta 24-bit mempunyai PGA terbina dalam yang menetapkan keuntungan 32 untuk termocouple dan JPJ dalam perisian. ADC1 terus beralih antara termocouple dan sampel voltan JPJ.

Sumber semasa penguatkuasaan mendorong arus terkawal melalui JPJ. Sumber semasa dwi-saluran boleh dikonfigurasikan dengan langkah dari 0μA ke 2mA. Contoh ini menggunakan tetapan 200μA untuk meminimumkan kesilapan yang disebabkan oleh kesan pemanasan kendiri JPJ.

ADC dalam ADuCM360 mempunyai rujukan terbina dalam 1.2 V. Rujukan voltan dalaman mempunyai ketepatan yang tinggi dan sesuai untuk mengukur voltan termoskol.

Rujukan luaran untuk ADC dalam ADuCM360. Apabila mengukur resistor JPJ, kami menggunakan tetapan ratiometrik untuk menyambungkan resistor rujukan luaran (RREF) ke VREF luaran + dan VREF-pin. Oleh kerana sumber voltan rujukan dalam litar ini adalah impedans tinggi, adalah perlu untuk membolehkan penampan input voltan rujukan pada cip. Penampan rujukan pada cip bermakna tiada penampan luaran diperlukan untuk meminimumkan kesan kebocoran input.

Penjana voltan berat sebelah (VBIAS). Fungsi VBIAS digunakan untuk menetapkan voltan mod biasa termocouple untuk AVDD_REG / 2 (900 mV). Begitu juga, ini menghapuskan keperluan untuk resistor luaran untuk menetapkan voltan mod biasa termocouple.

TERAS ARM Cortex-M3. Teras ARM 32-bit yang berkuasa mengintegrasikan 126 KB memori kilat dan 8 KB memori SRAM untuk menjalankan kod pengguna, mengkonfigurasi dan mengawal ADC, dan menggunakan ADC untuk menukar input termocouple dan JPJ kepada nilai suhu akhir. Ia juga mengawal output PWM untuk memacu gelung 4 mA hingga 20 mA. Ia juga boleh mengawal komunikasi pada antara muka UART / USB untuk tujuan penyahpepijat tambahan.

Komunikasi

Output PWM 16-bit adalah penampan luaran menggunakan OP193 dan transistor NPN luaran BC548 dikawal. Dengan mengawal voltan VBE transistor ini, arus melalui resistor beban 47.5Ω boleh ditetapkan kepada nilai yang dikehendaki. Ini menyediakan lebih baik daripada ± 0.5 ° C ketepatan untuk output 4 mA hingga 20 mA (-200 ° C ke + 350 ° C, keputusan ujian rujukan).

DAC dalaman menyediakan rujukan 1.2 V untuk OP193. Sebagai alternatif, rujukan ketepatan 1.2 V ADR3412 boleh digunakan untuk mencapai ketepatan yang lebih tinggi berbanding julat suhu. Rujukan luaran menarik kira-kira penggunaan kuasa yang sama seperti DAC dalaman (~ 50 μA). Lihat bahagian "Ujian Pengukuran Kuasa".

PWM on-chip 16-bit (modulasi lebar nadi) mengawal gelung 4 mA hingga 20 mA melalui ADuCM360. Kitaran tugas PWM boleh dikonfigurasikan oleh perisian untuk mengawal voltan pada 47.5 Ω RLOOP resistor dan menetapkan arus gelung. Perhatikan bahawa bahagian atas RLOOP disambungkan ke tanah ADuCM360. Bahagian bawah RLOOP menghubungkan tanah gelung. Atas sebab ini, arus output ADuCM360, ADP1720, ADR3412, dan OP193, ditambah dengan set semasa oleh output PWM yang ditapis, aliran melalui RLOOP.

Voltan persimpangan R1 dan R2 boleh dinyatakan sebagai:

VR12 = (VRLOOP + VREF) x R2 / (R1 + R2) - VRLOOP

Selepas gelung ditubuhkan:

VIN = VR12

Sejak R1 = R2:

VIN = (VRLOOP + VREF) / 2 - VRLOOP = VREF / 2 - VRLOOP / 2

VRLOOP = VREF - 2VIN

Apabila VIN = 0 apabila aliran arus berskala penuh, kali ini VRLOOP = VREF. Oleh itu, arus berskala penuh adalah VREF / RLOOP, atau ≈24 mA. Apabila VIN = VREF / 2, tiada aliran semasa.

Impedans penguat OP193 di VIN sangat tinggi dan tidak memuatkan output penapis PWM. Output penguat hanya berubah sedikit, kira-kira 0.7 V.

Prestasi di sempadan (0 mA hingga 4 mA dan 20 mA hingga 24 mA) adalah tidak penting, jadi prestasi penguat operasi di rel bekalan tidak kritikal.

Nilai mutlak R1 dan R2 adalah tidak penting. Walau bagaimanapun, padanan R1 dan R2 adalah penting.

ADC1 digunakan untuk pengukuran suhu, jadi nota litar ini terpakai terus kepada ADuCM361 dengan hanya satu ADC. Lembaga penilaian EVAL-CN0319-EB1Z termasuk pilihan pengukuran voltan berlabel VR12 menggunakan saluran input ADC0 pada ADuCM360. Pengukuran ADC boleh digunakan untuk maklum balas perisian kawalan PWM, menyesuaikan tetapan semasa 4 mA hingga 20 mA.

Pengaturcaraan, nyahpepijat dan ujian

UART digunakan sebagai antara muka komunikasi dengan PC tuan rumah. Ini digunakan untuk program memori kilat pada cip. Ia juga berfungsi sebagai pelabuhan nyahpepijat untuk menentukur output PWM yang ditapis.

Dua suis luaran digunakan untuk memaksa peranti ke dalam mod Flash Boot. Walaupun SD adalah rendah dan butang RESET disebut, ADuCM360 memasuki mod but dan bukannya mod pengguna biasa. Dalam mod but, memori Flash dalaman boleh diprogramkan semula melalui antara muka UART.

Perihalan kod

Kod sumber untuk menguji litar ini boleh dimuat turun dari halaman produk ADuCM360 dan ADuCM361 (arkib zip). Kod sumber menggunakan perpustakaan yang disediakan dengan kod sampel.

Rajah 2 menunjukkan senarai fail sumber yang digunakan dalam projek apabila dilihat dengan Alat μVision4 Keil.

Monitor suhu

ADC1 digunakan untuk pengukuran suhu pada termocouples dan JPJ. Bahagian kod ini disalin daripada nota litar CN-0300. Lihat nota litar untuk butiran.

Bahagian komunikasi

Laraskan output penapis PWM untuk memastikan suhu minimum output 4mA dan suhu maksimum output 20mA. Menyediakan rutin penentukuran yang boleh disertakan atau dikeluarkan dengan mudah #define menggunakan parameter PenentukuranPWM.

Untuk menentukur PWM, papan antara muka (USB-SWD / UART) mesti disambungkan ke J1 dan port USB pada PC. Anda boleh menggunakan program paparan port COM seperti HiperTerminal untuk melihat menu penentukuran dan untuk melaksanakan prosedur penentukuran langkah demi langkah.

Apabila menentukur PWM, sambungkan VLOOP + dan VLOOP- output kepada ammeter yang tepat. Bahagian pertama prosedur penentukuran PWM menyesuaikan DAC untuk menetapkan output 20mA, manakala bahagian kedua menyesuaikan PWM untuk menetapkan output 20mA. Kod PWM yang digunakan untuk menetapkan output 4mA dan 20mA disimpan dalam memori flash.

Konfigurasi UART untuk kadar baud 19200,8 bit data, tiada kekutuban, tiada kawalan aliran. Jika litar ini disambungkan terus ke PC, anda boleh menggunakan HyperTerminal atau CoolTerm dan program paparan port komunikasi lain untuk melihat keputusan program yang dihantar ke UART, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Untuk memasukkan aksara yang diperlukan untuk prosedur penentukuran, taipkan aksara yang dikehendaki dalam terminal tontonan dan port ADuCM360UART akan menerima watak.

Rajah 3. Output "HiperTerminal" apabila menentukur PWM

Selepas penentukuran, kod demonstrasi mematikan jam UART, kuasa penjimatan selanjutnya.

Faktor penentukuran disimpan dalam ingatan kilat, jadi tidak perlu menjalankan rutin penentukuran setiap kali lembaga dikuasakan, melainkan tahap VLOOP diubah.

Carta aliran kod ditunjukkan dalam Rajah 4.