14 - बिट 4 - 20mA लूप - संचालित थर्मोकपल तापमान माप प्रणाली सर्किट

सर्किट कार्य और लाभ

चित्र 1 में दिखाया गया सर्किट एक पूर्ण लूप-संचालित थर्मोकपल तापमान माप प्रणाली है जो 4 mA से 20 mA आउटपुट करंट को नियंत्रित करने के लिए एक सटीक एनालॉग माइक्रोकंट्रोलर PWM फ़ंक्शन का उपयोग करता है।

चित्र 1. ADuCM360 एक 4 mA से 20 mA लूप-आधारित तापमान निगरानी सर्किट (योजनाबद्ध आरेख: सभी कनेक्शन और डिकॉउलिंग नहीं दिखाया गया है) को नियंत्रित करता है

यह सर्किट ADUCM360 परिशुद्धता एनालॉग माइक्रोकंट्रोलर्स पर अधिकांश सर्किट फ़ंक्शंस को एकीकृत करता है, जिसमें दोहरी 24-बिट Δ-Σ ADC, ARM Cortex ™ -M3 प्रोसेसर कोर और 4-चैनल वोल्टेज नियंत्रण लूप 28 V MA तक शामिल है 20 mA लूप PWM / DAC विशेषताएँ, कम लागत वाला तापमान निगरानी समाधान प्रदान करती हैं।

ADuCM360 एक टी-प्रकार थर्मोकपल और एक 100 atinum प्लैटिनम प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (RTD) से जुड़ा है। आरटीडी का उपयोग ठंड जंक्शन क्षतिपूर्ति के लिए किया जाता है। कम-शक्ति कोर्टेक्स-एम 3 कोर एडीसी रीडिंग को तापमान मानों में परिवर्तित करता है। समर्थित टी-टाइप थर्मोकपल तापमान रेंज -200 ° C से C 350 ° C है, और यह तापमान रेंज 4mA से 20mA के आउटपुट करंट रेंज से मेल खाती है।

यह सर्किट सर्किट नोट CN-0300 में वर्णित सर्किट के समान है, लेकिन इस सर्किट में उच्च रिज़ॉल्यूशन PWM के साथ 4mA से 20mA पाश ड्राइविंग का लाभ है। PWM- आधारित आउटपुट 14-बिट रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है। आरटीडी माप के लिए तापमान संवेदक-से-एडीसी इंटरफ़ेस और रैखिककरण तकनीक के बारे में अधिक जानकारी के लिए, सर्किट नोट CN-0300 और एप्लिकेशन नोट AN-0970 देखें।

सर्किट विवरण

सर्किट एक रैखिक नियामक, ADP1720 द्वारा संचालित है, जो ADuCM360, op amp OP193, और वैकल्पिक संदर्भ ADR3412 को बिजली की आपूर्ति करने के लिए 3.3 V लूप आपूर्ति को नियंत्रित करता है।

तापमान की निगरानी

सर्किट का यह हिस्सा CN-0300 में वर्णित तापमान मॉनिटर सर्किट के समान है, ADuCM360 की निम्नलिखित विशेषताओं का उपयोग करते हुए:

24-बिट सिग्मा-डेल्टा एडीसी में एक अंतर्निहित पीजीए है जो सॉफ्टवेयर में थर्मोकपल और आरटीडी के लिए 32 का लाभ निर्धारित करता है। ADC1 थर्मोकपल और आरटीडी वोल्टेज नमूनों के बीच लगातार स्विच करता है।

निर्देशयोग्य उत्तेजना वर्तमान स्रोत आरटीडी के माध्यम से एक नियंत्रित वर्तमान ड्राइव करता है। दोहरे चैनल वर्तमान स्रोत को 0μA से 2mA के एक चरण के साथ कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। यह उदाहरण RTD स्व-हीटिंग प्रभाव के कारण होने वाली त्रुटियों को कम करने के लिए 200μA सेटिंग का उपयोग करता है।

ADCCM360 में ADCs में अंतर्निहित 1.2 V संदर्भ है। आंतरिक वोल्टेज संदर्भ में उच्च सटीकता है और थर्मोकपल वोल्टेज को मापने के लिए उपयुक्त है।

ADCC360 में ADC के लिए एक बाहरी संदर्भ। RTD प्रतिरोधों को मापते समय, हम बाहरी VREF + और VREF- पिन के लिए बाहरी संदर्भ रोकनेवाला (RREF) को जोड़ने के लिए एक रतिमितीय सेटिंग का उपयोग करते हैं। चूंकि इस सर्किट में संदर्भ वोल्टेज स्रोत उच्च प्रतिबाधा है, इसलिए ऑन-चिप संदर्भ वोल्टेज इनपुट बफर को सक्षम करना आवश्यक है। ऑन-चिप संदर्भ बफर का मतलब है कि इनपुट रिसाव प्रभावों को कम करने के लिए किसी बाहरी बफ़र्स की आवश्यकता नहीं है।

बायस वोल्टेज जनरेटर (VBIAS)। VBIAS फ़ंक्शन का उपयोग AVDD_REG / 2 (900 mV) थर्मोकपल सामान्य-मोड वोल्टेज को सेट करने के लिए किया जाता है। इसी तरह, यह थर्मोकपल सामान्य-मोड वोल्टेज को सेट करने के लिए बाहरी प्रतिरोधों की आवश्यकता को समाप्त करता है।

एआरएम कोर्टेक्स-एम 3 कोर। शक्तिशाली 32-बिट एआरएम कोर फ्लैश कोड मेमोरी के 126 केबी और एसआरएएम मेमोरी के 8 केबी को एकीकृत करता है, उपयोगकर्ता कोड को चलाने, कॉन्फ़िगर करने और नियंत्रित करने के लिए, और एडीसी का उपयोग करके थर्मोकपल और आरटीडी इनपुट को अंतिम तापमान मान में परिवर्तित करता है। यह 4 mA से 20 mA लूप ड्राइव करने के लिए PWM आउटपुट को भी नियंत्रित करता है। यह अतिरिक्त डीबगिंग उद्देश्यों के लिए UART / USB इंटरफ़ेस पर संचार को भी नियंत्रित कर सकता है।

संचार

16-बिट पीडब्लूएम आउटपुट बाहरी रूप से OP193 का उपयोग करके बफ़र किया जाता है और बाहरी NPN ट्रांजिस्टर BC548 को नियंत्रित किया जाता है। इस ट्रांजिस्टर के VBE वोल्टेज को नियंत्रित करके, 47.5 resist लोड रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान को वांछित मूल्य पर सेट किया जा सकता है। यह 4 m से 20 mA आउटपुट (-200 ° C से, 350 ° C, संदर्भ परीक्षण परिणाम) के लिए C 0.5 ° C सटीकता से बेहतर प्रदान करता है।

आंतरिक DAC OP193 के लिए 1.2 V संदर्भ प्रदान करता है। वैकल्पिक रूप से, 1.2 V परिशुद्धता संदर्भ ADR3412 का उपयोग तापमान सीमा पर उच्च सटीकता प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। बाहरी संदर्भ आंतरिक DAC (~ 50 μA) के रूप में लगभग समान बिजली की खपत करता है।" पॉवर मेजरमेंट टेस्ट" देखें; अनुभाग।

ऑन-चिप 16-बिट पीडब्लूएम (पल्स-चौड़ाई मॉडुलन) ADuCM360 के माध्यम से 4 mA से 20 mA लूप को नियंत्रित करता है। PWM कर्तव्य चक्र को 47.5 resist RLOOP रोकनेवाला पर वोल्टेज को नियंत्रित करने और लूप करंट सेट करने के लिए सॉफ्टवेयर द्वारा कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। ध्यान दें कि RLOOP का शीर्ष ADuCM360 ग्राउंड से जुड़ा है। RLOOP के नीचे लूप की जमीन को जोड़ता है। इस कारण से, ADuCM360, ADP1720, ADR3412, और OP193 के साथ-साथ फ़िल्टर्ड पीडब्लूएम आउटपुट द्वारा निर्धारित धारा प्रवाह, RLOOP के माध्यम से प्रवाहित होता है।

R1 और R2 के जंक्शन वोल्टेज को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

VR12 = (VRLOOP {{1}} VREF) x R2 / (R1) R2) - VRLOOP

लूप स्थापित होने के बाद:

VIN=वीआर 12

चूंकि R1=R2:

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

VRLOOP=VREF - 2VIN

जब पूर्ण पैमाने पर प्रवाह VIN=0, इस समय VRLOOP=VREF। इसलिए, पूर्ण पैमाने पर वर्तमान VREF / RLOOP, या A24 mA है। जब VIN=VREF / 2, कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है।

VIN पर OP193 एम्पलीफायर प्रतिबाधा बहुत अधिक है और PWM फ़िल्टर आउटपुट को लोड नहीं करता है। एम्पलीफायर का आउटपुट केवल थोड़ा बदलता है, लगभग 0.7 वी।

सीमा पर प्रदर्शन (0 mA से 4 mA और 20 mA से 24 mA) महत्वहीन है, इसलिए आपूर्ति रेल में परिचालन प्रवर्धक प्रदर्शन महत्वपूर्ण नहीं है।

R1 और R2 के पूर्ण मान महत्वहीन हैं। हालाँकि, R1 और R2 का मिलान महत्वपूर्ण है।

ADC1 का उपयोग तापमान माप के लिए किया जाता है, इसलिए यह सर्किट नोट ADUCM361 पर केवल एक ADC के साथ सीधे लागू होता है। EVAL-CN0319-EB1Z मूल्यांकन बोर्ड में AD12C360 पर ADC0 इनपुट चैनल का उपयोग करके VR12 लेबल वाला वोल्टेज माप विकल्प शामिल है। पीडब्लूएम नियंत्रण सॉफ्टवेयर फीडबैक के लिए एडीसी माप का उपयोग किया जा सकता है, जो 4 एमए से 20 एमए वर्तमान सेटिंग को समायोजित करता है।

प्रोग्रामिंग, डिबगिंग और परीक्षण

UART को होस्ट पीसी के साथ संचार इंटरफेस के रूप में उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग ऑन-चिप फ्लैश मेमोरी को प्रोग्राम करने के लिए किया जाता है। यह फ़िल्टर किए गए PWM आउटपुट को कैलिब्रेट करने के लिए डीबग पोर्ट के रूप में भी कार्य करता है।

डिवाइस को फ्लैश बूट मोड में बाध्य करने के लिए दो बाहरी स्विच का उपयोग किया जाता है। जबकि SD कम है और RESET बटन टॉगल किया जाता है, ADUCM360 सामान्य उपयोगकर्ता मोड के बजाय बूट मोड में प्रवेश करता है। बूट मोड में, आंतरिक फ्लैश मेमोरी को UART इंटरफ़ेस के माध्यम से फिर से जोड़ा जा सकता है।

कोड का विवरण

इस सर्किट के परीक्षण के लिए स्रोत कोड ADuCM360 और ADuCM361 उत्पाद पृष्ठों (ज़िप संग्रह) से डाउनलोड किया जा सकता है। स्रोत कोड नमूना कोड के साथ दिए गए पुस्तकालयों का उपयोग करता है।

चित्र 2 केइल μVision4 उपकरण के साथ देखे जाने पर परियोजना में उपयोग की जाने वाली स्रोत फ़ाइलों की सूची दिखाता है।

तापमान की निगरानी

ADC1 का उपयोग थर्मोकोल और आरटीडी पर तापमान माप के लिए किया जाता है। कोड का यह भाग सर्किट नोट CN-0300 से कॉपी किया गया है। विवरण के लिए सर्किट नोट देखें।

संचार भाग

4mA आउटपुट का न्यूनतम तापमान और 20mA आउटपुट का अधिकतम तापमान सुनिश्चित करने के लिए PWM फ़िल्टर आउटपुट को समायोजित करें। एक अंशांकन दिनचर्या प्रदान करता है जिसे आसानी से #define CalibratePWM पैरामीटर का उपयोग करके शामिल या हटाया जा सकता है।

PWM को कैलिब्रेट करने के लिए इंटरफ़ेस बोर्ड (USB-SWD / UART) को J1 और PC पर USB पोर्ट से जोड़ा जाना चाहिए। आप अंशांकन मेनू को देखने के लिए और चरण दर चरण अंशांकन प्रक्रिया को करने के लिए हाइपरटर्मिनल जैसे COM पोर्ट व्यू प्रोग्राम का उपयोग कर सकते हैं।

पीडब्लूएम को कैलिब्रेट करते समय, VLOOP + से कनेक्ट करें और VLOOP- एक सटीक एमीटर में आउटपुट करें। PWM अंशांकन प्रक्रिया का पहला भाग 20mA आउटपुट सेट करने के लिए DAC को समायोजित करता है, जबकि दूसरा भाग PWM को 20mA आउटपुट सेट करने के लिए समायोजित करता है। 4mA और 20mA आउटपुट सेट करने के लिए उपयोग किए जाने वाले PWM कोड फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत होते हैं।

बॉड दर 19200,8 डेटा बिट्स के लिए UART कॉन्फ़िगरेशन, कोई ध्रुवीयता नहीं, कोई प्रवाह नियंत्रण नहीं। यदि यह सर्किट सीधे पीसी से जुड़ा हुआ है, तो आप UART को भेजे गए प्रोग्राम के परिणाम देखने के लिए HyperTerminal या CoolTerm और अन्य संचार पोर्ट व्यू प्रोग्राम का उपयोग कर सकते हैं, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

अंशांकन प्रक्रिया के लिए आवश्यक वर्ण दर्ज करने के लिए, देखने के टर्मिनल में वांछित वर्ण टाइप करें और ADUCM360UART पोर्ट चरित्र प्राप्त करेगा।

चित्रा 3. जीजी उद्धरण; हाइपरटर्मिनल जीजी उद्धरण; PWM को कैलिब्रेट करते समय आउटपुट

अंशांकन के बाद, प्रदर्शन कोड UART घड़ी को बंद कर देता है, आगे की बचत शक्ति।

अंशांकन कारक को फ्लैश मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है, इसलिए हर बार बोर्ड को संचालित करने के लिए अंशांकन दिनचर्या को चलाने के लिए आवश्यक नहीं है, जब तक कि VLOOP स्तर को बदल नहीं दिया जाता है।

कोड फ्लो चार्ट चित्र 4 में दिखाया गया है।