Připojení digitálních 3-vodičových dvoustavových senzorů k Arduino Amperka / Wiki
RTD, které jsou typem snímače teploty, jsou široce používány v různých průmyslových aplikacích díky své přesnosti, opakovatelnosti a stabilitě. Tato zařízení měří teplotu detekcí změny elektrického odporu materiálu při změně jeho teploty.
Odporové snímače teploty jsou k dispozici v různých konfiguracích, včetně dvouvodičových, třívodičových a čtyřvodičových schémat zapojení. Mezi těmito typy jsou značné rozdíly, které je třeba vzít v úvahu při výběru správného zařízení pro konkrétní úkol.
Obsah
- Jaký obvod pro připojení termistoru je lepší vybrat?
- 2-vodičové schéma zapojení
- 3-vodičové schéma zapojení
- 4-vodičové schéma zapojení
- Schéma zapojení 2vodičové uzavřené smyčky
Jak vybrat správné schéma zapojení pro odporový snímač teploty
Při výběru mezi 2vodičovým, 3vodičovým nebo 4vodičovým RTD je třeba zvážit několik faktorů, včetně:
- environmentální faktory. Některé faktory prostředí, jako je vysoká úroveň elektrického šumu nebo rušení, způsobují rušení, které může vést k chybám měření.
- Požadavky na aplikaci. Různé oblasti použití vyžadují různé prahové hodnoty přesnosti. Je nezbytné, aby snímač poskytoval dostatečnou přesnost pro konkrétní aplikaci.
- Rozpočtová omezení. Cena je důležitým faktorem při výběru RTD pro jakoukoli konkrétní aplikaci. Vzhledem k tomu, že 4vodičové konfigurace zahrnuje více komponent, jsou 4vodičové RTD obvykle dražší než 2vodičové nebo 3vodičové RTD.
- Typy schémat zapojení. Konfigurace obvodu RTD určuje přesnost výpočtu odporu snímače a také to, jak moc mohou být naměřené hodnoty teploty zkresleny v důsledku vnějších odporů v obvodu.
Každý ze tří typů schémat zapojení – dvouvodičový, třívodičový a čtyřvodičový – má své výhody i nevýhody a výběr správné konfigurace závisí na konkrétní aplikaci. Porozuměním charakteristikám každé konfigurace mohou inženýři a technici zajistit nejúčinnější využití snímače RTD.
Rozdíl mezi 2-vodičovým, 3-vodičovým a 4-vodičovým schématem zapojení
Schémata zapojení RTD jsou neocenitelným nástrojem v průmyslovém světě – mohou splnit většinu požadavků na přesnost. Při správné konfiguraci mohou sondy RTD poskytovat přesná měření, spolehlivost a opakovatelnost v širokém rozsahu drsných provozních podmínek. Pro dosažení nejlepších výsledků je důležité důkladně porozumět různým typům schémat zapojení a vybrat to, které nejlépe odpovídá vašim technickým požadavkům. Při správné konfiguraci může odporový snímač teploty poskytovat přesné a spolehlivé měření teploty.
Dvouvodičové schéma zapojení termistoru
Schéma 2vodičového zapojení pro odporové snímače teploty je nejjednodušší mezi schématy. V této sériové konfiguraci spojuje jeden vodič každý konec prvku RTD s monitorovacím zařízením. Protože odpor vypočítaný pro obvod zahrnuje odpor mezi vodiči a RTD konektory, stejně jako odpor v prvku, bude výsledek vždy obsahovat nějakou chybu.
Kruh představuje hranice prvku až po kalibrační bod. Odpor RE se odebírá z odporového prvku a je to hodnota, která nám zajistí přesné měření teploty. Bohužel, když měříme odpor, zařízení ukazuje RTOTAL:
kde RT = R1 + R2 + R3.
V důsledku toho budou naměřené hodnoty teploty vyšší než skutečná teplota. I když použití vysoce kvalitních měřicích kabelů a konektorů může tuto chybu snížit, nelze ji zcela odstranit.
V důsledku toho je dvouvodičové připojení RTD nejužitečnější při použití snímačů s vysokým odporem nebo v aplikacích, kde není vyžadována vysoká přesnost.
Třívodičové schéma zapojení termistoru
3vodičové připojení RTD je nejběžněji používané připojení RTD v průmyslových procesních a monitorovacích systémech. V této konfiguraci dva vodiče spojují snímací prvek s ovládacím zařízením na jedné straně snímacího prvku a jeden na druhé straně.
Pokud jsou použity tři vodiče stejného typu a jejich délky jsou stejné, pak R1 = R2 = R3. Měřením odporu přes vodiče 1 a 2 a také přes odporový prvek se měří celkový odpor systému (R1 + R2 + RE).
Pokud se odpor měří také na svorkách 2 a 3 (R2 + R3), získáme odpor pouze vodičů, a protože odpory všech vodičů jsou stejné, odečtením této hodnoty (R2 + R3) od celkového odporu systému (R1 + R2 + RE) zůstane pouze RE a provede se přesné měření teploty.
Vzhledem k tomu, že se jedná o průměrný výsledek, bude měření přesné pouze v případě, že všechny tři propojovací vodiče mají stejný odpor.
Čtyřvodičové schéma zapojení termistoru
Tato konfigurace je nejsložitější, a proto nejnáročnější a nejnákladnější na instalaci, ale poskytuje nejpřesnější výsledky.
Výstupní napětí můstku je nepřímým indikátorem odporu TDS. Most vyžaduje čtyři propojovací vodiče, externí zdroj a tři odpory s nulovým teplotním koeficientem. Aby se zabránilo vystavení tří rezistorů doplňujících můstek stejné teplotě jako teplotní senzor, je termistor oddělen od můstku párem prodlužovacích vodičů.
Tyto prodlužovací vodiče znovu vytvářejí problém, se kterým jsme se setkali zpočátku: impedance prodlužovacích vodičů ovlivňuje naměřené hodnoty teploty. Tento efekt lze minimalizovat použitím konfigurace třívodičového můstku.
U 4vodičového připojení snímače teploty dva vodiče spojují snímací prvek s ovládacím zařízením na každé straně snímacího prvku. Jedna sada vodičů poskytuje proud použitý pro měření a druhá měří úbytek napětí na rezistoru.
Při čtyřvodičovém zapojení prochází snímač stejnosměrný proud (I) přes vnější svorky 1 a 4.
Wheatstoneův RTD můstek vytváří nelineární vztah mezi změnou odporu a změnou výstupního napětí můstku. To zhoršuje již tak nelineární charakteristiku tepelného odporu, což vyžaduje další rovnici pro převod výstupního napětí můstku na ekvivalentní odpor.
Úbytek napětí se měří na vnitřních svorkách 2 a 3. Z V = IR tedy známe pouze odpor prvku, bez vlivu odporu vodičů. To poskytuje výhodu oproti 3vodičovému zapojení pouze v případě použití různých typů vodičů, což je vzácné.
Konstrukce čtyřvodičového můstku zcela kompenzuje všechny odpory vodičů a konektorů mezi nimi. 4vodičové RTD se používají především v laboratořích a jiných prostředích, kde je vyžadována vysoká přesnost.
Dvouvodičový obvod pro připojení termistoru s uzavřenou smyčkou
Další možností připojení, i když vzácné, je standardní 2vodičové připojení s uzavřenou smyčkou. Tato konfigurace funguje stejně jako 3-vodič, ale používá další vodič. Samostatný pár vodičů se používá jako smyčka pro kompenzaci odporu vodičů a změn odporu vodičů v okolí.
- Jak určit typ termočlánku bez štítku
- Řízení teploty během čištění CIP v pivovaru
- Nastavení PID regulátoru teploty
- PID regulátor teploty – co to je?
Existuje velké množství digitálních senzorů kompatibilních s Arduino, které mají pouze dva stavy a jsou připojeny pomocí tří vodičů:
Napájení (Vcc) – červený vodič. Musí být napájen napětím uvedeným v dokumentaci snímače. Nejčastěji je normou 5 V.
Zem (GND) – černý drát. Musí být připojen k zemi mikrokontroléru.
Digitální signál (D) – zelená drát. Odečítají se z něj hodnoty senzoru: logická nula nebo jedna.
Způsob přenosu dat
Při použití digitálního signálu snímač v libovolném čase vysílá buď 0 V nebo napájecí napětí 5 V na signálový vodič. Aby bylo možné abstrahovat od konkrétních hodnot napětí, které nejsou důležité při zpracování digitálních signálů, existují koncepty logické nuly (LOW) a logické jedničky (HIGH). 0 V je logická nula, napájecí napětí je logická jednička.
Tento článek je o jednoduchých senzorech, které mají pouze dva stavy: černá/nečerná, levá/pravá atd. Jejich připojení a čtení je velmi snadné: snímače vysílají svůj signál nepřetržitě a hodnota na signálovém vodiči přímo odpovídá jejich naměřeným hodnotám.
Arduino Uno má 14 digitálních vstupů, z nichž každý lze použít k připojení takového senzoru.
Existují také senzory s digitálním signálem, které měří mnoho gradací určité fyzikální veličiny jako je vzdálenost nebo teplota. Ale pro přenos svých dat pomocí pouze dvou hodnot, každý takový senzor určuje protokol, která popisuje, jaké sekvence nul a jedniček, s jakým zpožděním, přenášejí přenášená data. Přijímací část, jako je Arduino, musí implementovat algoritmus, který bude číst data podle protokolu. Každý senzor má svůj protokol, je popsán v jeho dokumentaci. Arduino je velmi populární platforma, takže implementaci algoritmu dešifrování protokolu lze nejčastěji nalézt ve formě hotové knihovny napsané nadšenci nebo samotným výrobcem senzorů.
Připojení přes IO Shield
Vodiče na takových snímačích jsou na jednom konci krimpovány konektorem pro připojení k desce snímače a na druhém konci konektorem určeným pro zasunutí do kolíkových kontaktů na přijímací straně. IO Shield, rozšiřující deska pro Arduino, činí proces připojení senzoru k požadovaným kontaktům mikrokontroléru triviálním: má mimo jiné 14 trojic pinových kontaktů připojených k odpovídajícím digitálním vstupům 0-13 na Arduinu.
Pro připojení senzoru jednoduše zasuňte jeho konektor do jednoho ze tří.
Věnujte pozornost značkám u kontaktů a ujistěte se, že odpovídají účelu vodičů vycházejících z konektoru ke snímači. Pokud zasunete konektor obráceně, senzor jednoduše nebude fungovat: nedojde k žádnému poškození.
Programování
Čtení dat z dvoustavového digitálního senzoru je extrémně jednoduché. Protože digitální kontakty mohou být jak vstupy, tak výstupy, musíte nejprve nakonfigurovat kontakt, ke kterému je senzor připojen ve vstupním režimu. Toto stačí provést pouze jednou, takže funkce nastavení je tím správným místem. Ke konfiguraci režimu se používá standardní funkce pinMode. Takže pokud jste například připojili senzor k pinu 9, konfigurační kód by vypadal takto:
zrušit Nastavení() pinMode(9, VSTUP); >
Ke čtení stavu v libovolném okamžiku pak existuje standardní funkce digitalRead. Pokračujeme-li v příkladu, pro získání stavu senzoru do proměnné value stačí provést:
int hodnota = digitální čtení(9);
Vstupní napětí do 2 V se promítá na celočíselnou hodnotu 0, která odpovídá hodnotě konstanty LOW; napětí větší než 3 V se promítá na celočíselnou hodnotu 1, která odpovídá hodnotě konstanty HIGH. Napětí od 2 do 3V bude náhodně promítáno na 0 nebo 1, ale to není problém, protože digitální senzory by neměly produkovat takový signál.
Takže program, který čte digitální dvoustavový senzor připojený k pinu 9 jednou za sekundu a posílá jej do počítače, může vypadat takto:
#define SENSOR_PIN 9 zrušit Nastavení() pinMode(SENSOR_PIN, VSTUP); Seriál.začít(9600); > zrušit smyčka() zpoždění(1000); int vlna = digitální čtení(SENSOR_PIN); Seriál.println(vlna); >
Výhody a nevýhody dvoustavových digitálních snímačů
Výhodou senzorů s digitálním signálem a pouze dvěma stavy je extrémně snadné použití s Arduinem.
Kromě toho, protože existují pouze 2 možné hodnoty a případné odchylky v napětí signálu jsou mikrokontrolérem „zaokrouhleny“ na nejbližší stranu, lze takové senzory připojit pomocí poměrně dlouhých (mnoho metrů) vodičů bez obav ze zkreslení signálu vlivem vnějších elektromagnetických polí na vodič.
Nevýhoda je zřejmá – přítomnost pouze dvou stavů. Pokud je nutné měřit gradace jakékoli hodnoty, vyplatí se vzít podobný analogový snímač nebo snímač s digitálním signálem, který přenáší svá měření podle určitého protokolu.
Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International
Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.
zapojení-diagramy/senzory/digital-2-stavy-3-wires.txt · Poslední úprava: 2023/06/02 19:23 mik
Nástroje stránky
- Zobrazit zdrojový text
- Historie stránky
- Odkazy zde
- nahoře