ترموستات ديجيتالي قابل برنامه ريزي

جزئیات و دریافت

مقدمه:

تغییر سیستم‌های مکانیکی و برقی به سیستم‌های الکترونیکی روز به روز در حال افرایش است. در بیشتر تکنولوژی‌های عمده، سیستم‌های الکترونیکی جایگزین بخش‌های مکانیکی شده و از آن پیش افتاده‌اند .امروزه چاپ الکترونیکی شده است. تلویزیون، کامپیوتر و بسیاری از ابزارهای دیگر نیز که در زندگی روزمره از آن استفاده می‌کنیم همین گونه‌اند. سیستم‌های الکترونیکی مسلماً بر تکنولوژی فکری متکی هستند زیرا محاسبات ریاضی و نوشتن نرم‌افزار و برنامه‌ها کارکرد آنها را ممکن می‌گرداند.
یکی از برجسته‌ترین تغییرات، کوچک شدن وسایلی است که هادی برق هستند یا تکانه‌های برقی را منتقل می‌کنند. اختراع ترانزیستور تغییری شگرف را به دنبال داشت: توانایی تولید وسایل میکروالکترونیک با صدها کارکرد از جمله کنترل، تنظیم، هدایت و حافظه که میکروپرسسورهاومیکروکنترلرها به اجرا درمی‌آورند. در آغاز هر تراشه 4 کیلو بایت حافظه داشت که بعدها به 8، 16، 32، 64 کیلو بایت افزایش یافت و امروزه سازندگان میکروپروسسور تراشه‌هایی تولید می‌کنند که ظرفیت ذخیره‌سازی آنها چندین مگابایت یا حتی گیگا بایت است.

امروزه یک تراشه‌ی ریز سیلیکنی(میکروپروسسوریا میکرو کنترلر) حاوی مدارهای الکترونیکی دارای صدها هزار ترانزیستور و همه‌ی اتصالات لازم و بهای آن فقط چند دلار است. مداربندی روی این تراشه می‌تواند خود میکروکامپیوتری باشد با ظرفیت پردازش ورودی / خروجی و حافظه‌ی دستیابی تصادفی و... .

 نحوه عملكرد ترموستات

ترموستات طراحي شده قابليت برنامه ريزي در رنج هاي دمايي بين C°‌0 تا C°150 را دارد و مي توان از آن براي تعديل دمايي محيط استفاده نمود براي راه اندازي آن به ولتاژي بين 6 تا 9 ولت نياز است يك رنج دمايي خاصC° 32 C°(250 به عنوان پيش فرض در برنامه اين ترموستات در نظر گرفته شده است كه در ابتداي راه اندازي و همچنين به هنگام بروز خطا، خود به خود اين رنج عملياتي پيش فرض فعال مي‌شود باتوجه8 به شكل صفحه بعد مشاهده مي شود كه يك صفحه نمايش ،چهار كليد و سه LED در نظر گرفته شده است كه كاربر مي تواند با استفاده از اين كليد ها رنج هاي دمايي مورد نظر را انتخاب نمايد و LED ها براي نشان دادن وضعيت دما و همچنين خطاهاي احتمالي در حين كار با ترموستات تعبيه شده است.

وقتي ترموستات فعال مي شود رنج دمايي پيش فرض بر روي صفحه نمايش نشان داده مي شود و كاربر مي تواند با استفاده ار كليد START آن را فعال نموده و يا با استفاده از كليد DOWN, UP,CHANGE آن را تغيير دهد تغييرات مورد نظر براي رنج هاي دمايي را درحين كار ترموستات نيز با زدن كليد change مي توان اعمال نمود  بازدن كليد change رنج دمايي ابتدا به صورت خودكار بر روي MAX رفته و كاربر مي تواند با استفاده اركليد up آن را زياد و توسط كليد down آن را كم نمايد البته توجه داشته باشيد كه رنج دمايي كمتر از c °0 را نمي توان به آن اعمال نمود و پس از تنظيم max و زدن كليد start مي توان رنج min را انتخاب نمود. حال با زدن كليد start صفحه نمايش رنج دمايي مورد نظر شما را نمايش داده وشما مي توانيد آن را فعال نماييد پس از فعال شدن رنج مورد نظر اگر دماي محيط بين رنج min و max باشد LED زرد به منزله متعادل بودن دما روشن مي شود چنانچه دماي محيط بين minو max باشد . LED  قرمز به منزله نا متعادل بودن دما روشن مي شود و اگر دماي محيط از min كمتر شود LED سبز به منزله نامتعادل بودن دما روشن مي شود با اتصال اين ترموستات به وسايل جانبي مانند بخاري و كولر در محيط مي توان دمارا در شرايط متعادل نگهداري نمود.

نمايش خطاهاي احتمالي به هنگام انتخاب رنج هاي خاص:

- چنانچه در رنج دمايي انتخاب شده minو max برابر باشند، هر سه LED به صورت چشمك زن فعال شده و ترموستات به صورت خودكار رنج پيش فرض را انتخاب مي نمايد.

- چنانچه ‌min بيشتر از max انتخاب شود هر سه LED به صورت چشمك زن فعال شده و ترموستات به صورت خودكار، رنج پيش فرض را انتخاب مي نمايد.

از مشكلات اين ترموستات وجود نداشتن اشميت تر مگير نرم افزاري در برنامه آن است.

 مبدل آنالوگ به ديجيتال(ANALOG TO DIGITAL COVERTOR)

متداول ترين انواع ADC ها به قرار زير است:

1-      مبدل ADC نوع شمارشي (COUNTING ANALOG TO DIGITAL CONVERTOR)  

2- مبدل ADC نوع تقريبهاي متوالي (SUCCESSIVE – APROXIMATION CONVERTOR)

3- مبدل ADC با مقايسه موازي(PARALLEI-CIMPARATOR ADC)

4- مبدل ADC دو شيبه (DUAL- SLOP OR RATIOMETRIC ADC)

مبدل نوع SUCCESSIVE- APPROXIMATION

مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي ميكروهاي AVR كه ADC دارند از اين نوع است به همين دليل قصد داريم در مورد اين نوع ADC مختصري توضيح دهيم.

بجاي شمارنده در اين طرح از يك ميكروكنترلر يا ميكروپروسسور استفاده مي شود.

با برنامه اي MSB يك شده و در يك DAC بزرگتر باشد MSB صفر شده و MSB بعدي 1 مي شود و مقايسه مي شود واگر كوچكتر باشد MSB 1 باقي مانده و MSB بعدي 1 مي شود واين عمل به همين ترتيب ادامه پيدا مي كند تا سيگنال آنالوگ خروجي DAC با سيگنال آنالوگ حاضر در پايه ADC برابر شود.

مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي ميكرو

خصوصيات مبدل آنالوگ به ديجيتال داخلي AVR به شرح زير است :

* وضوح 10بيتي

* صحت مطلق 2LSB

* زمان تبديل    65-260(CONWERSION TIME)

* وضوح 15KSPS در بالاترين حد

* كانالهاي مولتي پلكس شده

* مدهاي تبديل SINGLE .FREE

* ولتاژ ورودي از 0V تا VCC

از مشكلات اين ترموستات وجود نداشتن اشميت تر مگير نرم افزاري در برنامه آن است.

 * پرچم وقفه پايان تبديل ADC

* حذف كننده نويز(NOISE CACELER)

ADC بسته به ميكرو به چند كانال آنالوگ مالتي يلكس شده كه به هر يك از پايههاي پورت اجازه مي دهد كه به عنوان يك ورودي مبدل آنالوگ به ديجيتال عمل نمايد. مبدل داخلي ميكرو داراي وضوح 10 بيتي است و براي تبديل با اين وضوح،نياز به فركانس كلاكي بين 50KHZ بين 200KHZ دارد و اين كلاك را از تقسيم فركانس كريستال تامين مي كند. در صورت كه نياز به وضوح بالا ( كمتر از 10 بيت ) نيست مي توان كلاكي بالاتر از 200KHZ به آن اعمال كرد. ADC داراي يك SAMPLE AND HOLD است كه باعث مي شود ولتاژ ونرودي ADC در زمان تبديل در سطح ثابت نگه داشته شود تا عمليات تبديل با دقت بيشتري انجام شود.

ADCداراي دومنبع ولتاژ آنالوگ مجزا است.AVCC و AGND كه  AGVD بايستي به زمين يا ولتاژ زمين آنالوگ متصل شود و AVCC نبايد بيشتر از 0.3V  نسبت به VCC اختلاف داشته باشد ولتاژ مرجع (VOLTAGE REFERENCE) خارجي در صورت وجود بايد به پايه AREF وصل شود كه اين ولتاژ بايستي بين ولتاژ موجود بر روي پايه هاي AGND-AVCC باشد در غير اين صورت به VCC وصل مي شود ADC مقدار آنالوگ ورودي را باتقريب متوالي به مقدار ديجيتال 10 بيتي تبديل مي كند. كمترين مقدار نشان دهنده مقدار آنالوگ موجود در پايه AGVD و بالاترين مقدار، نشان دهنده ولتاژ پايه AREF منهاي يك LSB است.

به طور مثال اگر پايه به ولتاژ AREF=3.5V و AGND=0V وصل شده باشد مقدار ديجيتال شده 1023 نشان دهنده ولتاژ 3.5V و مقدار 0نشان دهنده ولتاژ 0.0V بر روي پايه مبدل ADC انتخاب شده است.ADC داراي دو مد تبديل SINGLE و FREE است مد SINGLE بايستي توسط كاربر پيكره بندي وكانال دلخواه براي نمونه برداري انتخاب شود درمد FREE و ADC بايك ثابت نمونه برداري رجيستر داده ADCرا UPDATEمي كند.