| |

بحث چهارم - سنسورها - نسخه قابل چاپ

بحث چهارم - سنسورها
نویسنده: مسئول فنی در
۲۹ بهمن ۱۳۹۲
[ آخرین به روزرسانی در ۰۵ ارديبهشت ۱۳۹۳ ]

وقتی به اطراف خود نگاه کنیم، سیگنال ها و کمیت های متعددی می بینیم. برای مثال صدا، نور، دما، فشار، آلودگی هوا، رنگ، وزن ، خمش،  کشش، سرعت وسایل، مسافت، موقعیت اجسام، تب، فشار خون، سیگنال قلب، سیگنال مغز، ترک خوردگی یک جسم و ...  کمیت هایی هستند، که  نیاز به اندازه گیری و پردازش آن ها داریم. امروزه می توان تمام این کمیت ها را به سیگنال الکتریکی  تبدیل کرد. وظیفه تبدیل این کمیت ها به سیگنال ها ( یا کمیت دیگر مورد نظر ما ) به عهده سنسورها می باشد. از طرف دیگر این کمیت ها پیوسته (آنالوگ) هستند و در صورتی که بخواهیم با میکروپروسسور مشاهده و یا پردازش شوند، باید به دیجیتال تبدیل شوند. لذا در ادامه یادگیری دو بحث سنسورها و مبدل آنالوگ به دیجیتال را دنبال می کنیم.
بحث سنسورها یک بحث گسترده و متنوع است و برای تبدیل هر کمیت به سیگنال ممکن است، یک یا چند سنسور وجود داشته باشد. ما به بررسی چند سنسور در زمینه اندازه گیری موقعیت و دما می پردازیم. آشنایی با این چند سنسور شما را قادر می سازد، تا زمینه مطالعه و آشنایی با سنسورهای دیگر را پیدا کنید.

سنسورهای موقعیت :

موقعیت زاویه ای:
یکی از کمیت های مهم اندازه گیری موقعیت زاویه ای یک محور مانند محور یک موتور یا آنتن است، که کاربرد زیادی دارد. برای این کار سنسورهای مختلفی وجود دارد، که به بررسی ان ها می پردازیم.

الف – پتانسیومتر به عنوان سنسور:
مطابق شکل زیر از یک پتانسیومتر خطی برای اندازه گیری موقعیت زاویه ای می توان استفاده کرد.  پتانسیومتر را با محوری که می خواهیم موقعیت آن را بدست آوریم کوپل می کنیم. حال اگر به دو سر ابتدا و انتهای پتانسیومتر یک ولتاژ ثابت V بدهیم. ولتاژ سر وسط متناسب با موقعیت  دسته ( شافت) پتانسیومتر خواهد بود. در ابتدا ولتاژ صفر است و هر چه به سر انتهایی  نزدیک شویم، ولتاژ به مقدار V نزدیکتر خواهد شد.
حال اگر ولتاژ سر وسط را به کمک A2D میکروکنترلر به دیجیتال تبدیل کنیم، می توان موقعیت محور را بر حسب درجه به دست آورد.

ب – دیسک سوراخدار/ دیسک انعکاسی / دیسک مغناطیسی

در این حالت یک دیسک مطابق شکل زیر با محور خروجی کوپل می کنیم. اگر هدف اندازه گیری سرعت محور باشد مانند اندازه گیری سرعت موتور یا اندازه گیری سرعت باد کافی است از یک سنسور استفاده کنیم. این سنسور می تواند یک سنسور نوری / مادون قرمز / مادون قرمز انعکاسی/مغناطیسی/ خازنی/اثر هال باشد. اینکه شما از کدام سنسور استفاده کنید، بستگی به محیط کاری، فضای موجود و هزینه دارد.

در این روش با چرخش دیسک اشعه فرستنده ا
ز طریق سوراخ ها به گیرنده می رسد و در بین سوراخ ها این سیگنال به گیرنده نمی رسد، پس مطابق شکل در خروجی یک قطار پالس داریم. تعداد پالس ها در یک بازه زمانی بستگی به تعداد سوراخ ها و سرعت محور دیسک دارد. پس براحتی با شمارش تعداد پالس ها در ثانیه یا دقیقه و یا هر بازه زمانی مناسب دیگر می توان، سرعت محور را به دست آورد. توجه داشته باشید هرچه تعداد سوراخ ها بیشتر باشد، سرعت موتور را در بازه های زمانی کمتر می توان به دست آورد.چرا؟
تعداد سوراخ ها و بازه های زمانی شمارش پالس ها بستگی به پروژه شما دارد. برای مثال اگر بخواهید از این سنسور برای اندازه گیری سرعت ماشین استفاده کنید، باید سرعت ماشین را حداقل دو یا سه بار در ثانیه برای راننده بروز کنید.
سوال هفته : الف - به نظر شما اگر بخواهید سرعت ماشین را هر 300 میلی ثانیه به راننده نشان دهید و دقت اندازه گیری سرعت حداقل یک کیلومتر در ساعت باشد، دیسک شما باید چند سوراخ داشته باشد. فرض کنید که دیسک را روی محوری از ماشین نصب کرده اید که به ازای هر دور چرخیدن لاستیک ماشین 200 دور می زند. قطر چرخ ماشین را 70 سانتیمتر بگیرید. ب- در صورتیکه حداکثر سرعت ماشین 220 کیلومتر باشد، شمارنده پالس شما باید چند بیتی باشد.
همانطور که قبلاً گفته شد، شما می توانید برای شمارش پالس ها از سنسورهای دیگر استفاده کنید. در شکل های زیر استفاده از سنسورهای دیگر در پروژه آمده است، که ایده های خوبی به شما می دهد.

اما اگر محور حرکت شما در دو جهت ( چپگرد-راستگرد) حرکت کند و شما بخواهید موقعیت محور را به دست آورید، با یک  سنسور نمی توان این کار را انجام داد. برای این منظور مطابق شکل زیر از دو سنسور که با یکدیگر اختلاف فاز دارند،  باید استفاده کرد، از یک سنسور برای شمارش پالس و مقدار حرکت دیسک استفاده می شود و دو سنسور به کمک یکدیگر جهت حرکت دیسک را به ما می دهد.  

 برای تشخیص جهت حرکت دیسک، شکل پالس خروجی دو سنسور در حرکت چپگرد و راستگرد در شکل زیر آمده است. همانطور که در شکل مشخص شده است، در حالت چپگرد در لبه بالارونده خروجی B مقدار  خروجی A برابر 1 است و در حالت راستگرد در لبه بالارونده خروجی B مقدار  خروجی A برابر 0 است. از همین تفاوت برای تعیین جهت حرکت استفاده می کنند. برای تعیین موقعیت چنانچه چپگرد باشد، با آمدن هر پالس به شمارنده اضافه کنید و اگر راستگرد باشد از مقدار شمارنده کم کنید.
فرستنده و گیرنده سوم برای تشخیص نقطه مرجع دیسک استفاده می شود. چون شما در روش پالسی ابتدا باید نقطه مرجع را پیدا کنید.  
   

ج – دیسک سوراخدار/ دیسک انعکاسی / دیسک مغناطیسی  استاتیک ( مطلق )

در این روش وضعیت فعلی دیسک، با چند سنسور خوانده می شود و مانند روش پالسی نیاز به دانستن موقعیت قبلی نیست. از دیسک استاتیک در مواردی استفاده می شود، که قابلیت اطمینان سیستم اهمیت بیشتری دارد. چون در روش پالسی اگر به هر دلیل خطایی در موقعیت دیسک بوجود آید، این خطا تا رسیدن مجدد به نقطه مرجع وجود خواهد داشت.
عملکرد دیسک استاتیک در شکل زیر آمده است. در این روش دقت اندازه گیری به تعداد سنسورهای فرستنده/گیرنده  بستگی دارد. برای مثال در شکل زیر که 8 فرستنده/گیرنده داریم، 8 حلقه برای کدگذاری می توان داشت. بر این اساس دیسک را می توان به  256= 28  قسمت می توان تقسیم کرد، پس دقت اندازه گیری ما   4/1= 256/360   درجه می شود.دیسک مطلق
در شکل زیر دیسک به صورت باینری کدگذاری شده است، بهتر است از روش گری استفاده کنید. همانطور که می دانید، در کد گری از هر وضعیت به وضعیت بعدی فقط یک تغییر حالت داریم، لذا در زمان گذر از یک وضعیت به وضعیت بعدی، کدهای ناخواسته ایجاد نمی شود. 

یک ایده دیگر برای دیسک استاتیک ( مطلق ):
شکل زیر یک نمونه از نحوه چیدن فرستنده/گیرنده و کد گذاری را نشان می دهد. در این روش به کمک سه سنسور 8 وضعیت دیسک قابل تشخیص است. همانطور که در شکل می بینید، یک حلقه برای کدگذاری داریم و سه سنسور وضعیت سه قسمت مجاور حلقه را دریافت و بر اساس آن موقعیت دیسک را به ما می دهند.
نکته: توجه داشته باشید که سنسورهای تشخیص موقعیت دیسک لازم نیست، فرستنده/گیرنده مادون قرمز باشند، با آشکارسازهای مفناطیسی ( مانند دیسک های کامپیوتر) می توان انکدرهای استاتیک بیش از 14 بیتی در ابعاد بسیار کوچک ساخت.

سنسورهای اندازه گیری طول ( فاصله ) :
1-   پتانسیومترهای کشویی :
پتانسیومترهای کشویی عملکرد الکتریکی آن مانند پتانسیومترهای گرد است، اما برای تغییر مقاومت آن ها باید، دسته آن را به صورت طولی حرکت داد. شکل ظاهری و کاربرد آن در کمک فنر در زیر آمده است.پتانسیومتر کشویی
کمک فنر پتانسیومتر
2-      LVDT (Linear Variable Differential Transformer) ترانسفورماتور تفاضلی با تغییرات خطیعملکرد ترانسفورماتور

شما تا کنون  ترانسفورماتورهای کاهنده برق را دیده و از آن استفاده کرده اید و احتمالاً با عملکرد آن آشنا هستید. این ترانس ها برای کاهش ولتاژ برق شهر به ولتاژهای پایین تر استفاده می شوند. هر ترانس دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه است (شکل پایین) . برای کاهش برق باید تعداد دور ثانویه از تعداد دور اولیه کمتر باشد. وقتی شما سیم پیچ اولیه را با برق ac تحریک کنید، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. برای القای این میدان مغناطیسی به سیم پیچ دوم و هدایت شار مغناطیسی تولید شده از داخل سیم پیچ ثانویه از هسته های فریت و یا ورق های آهنی استفاده می کنند. از آنجا که ما می خواهیم، شار مغناطیسی القا شده در ثانویه ثابت باشد، هسته را ثابت می کنیم. حال اگر یک نفر هسته را تغییر دهد، بگونه ای که میزان شار عبوری از سیم پیچ دوم کم شود، چه اتفاقی می افتد. واضح است که ولتاژ القا شده در ثانویه کاهش می یابد، در LVDT از همین خاصیت استفاده شده است.

شکل زیر عملکرد یک LVDT را نشان می دهد. در اینجا یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه داریم. در شکل زیر سیم پیچ های ثانویه 1 و 2 را با هم سری و خروجی نهایی تفاضل V1-V2 را به ما می دهد. ( به نحوه سری شدن دو سیم پیچ ثانویه دقت کنید.) حال اگر هسته میان سنسور ترنسدیوسر LVDTسیم پیچ ها را حرکت دهیم، میزان شار القا شده به سیم پیچ های 1 و 2 فرق خواهد کرد. اگر به سمت راست حرکت کنیم، هسته از میان سیم پیچ 1 خارج و بیشتر در میان سیم پیچ 2 قرار می گیرد. پس ولتاژ V1 از V2 کمتر می شود و اگر به چپ حرکت کنیم، برعکس این اتفاق می افتد. حال با اندازه گیری V1-V2 می توان موقعیت هسته و یا میزان حرکت طولی را بدست آورد. توجه داشته باشید که خروجی V1-V2 یک ولتاژ سینوسی است و شما باید حداکثر دامنه و فاز را بدست آورید. در صورتیکه از AVR در پروژه خود استفاده می کنید، می توانید مقادیر V1 و V2 را جداگانه بدست آورید و براساس آن ها فاصله را اندازه گیری کنید و نیاز به دانستن اختلاف فاز نیست.


سنسورهای اولتراسونیک :

برای فواصل بیش از 2-3 سانتیمتر و کمتر از 300 سانتیمتر می توان از سنسورهای اولتراسونیک ( فرا صوت ) استفاده کرد. عملکرد این سنسور در شکل زیر آمده است. در این سیستم از دو سنسور فرستنده و گیرنده استفاده می شود. همانطور که در شکل می بینید، سنسور فرستنده امواج فراصوت را ارسال و پس از برخورد به مانع، امواج منعکس شده (اکو) توسط سنسور گیرنده دریافت می شود. از آنجا که سرعت صوت 340m/s است، با داشتن زمان طی شده می توان فاصله را بدست آورد. d=(v*t)/2اولتراسونیک

قبل از طراحی مدارهای فرستنده و گیرنده لازم است، با مشخصات سنسورهای اولتراسونیک بیشتر آشنا شویم.
مشخصه فرکانسی : در شکل زیر مشخصه فرکانسی یک نمونه سنسور اولتراسونیک آمده است. همانطور که در شکل زیر می بینید، میزان فشار صدا (Sound Pressure Level=SPL) در فرستنده و حساسیت گیرنده در فرکانس 40Khz حداکثر است و در فرکانس های کمتر و یا بیشتر کاهش پیدا می کند، پس باید فرکانس را به درستی ایجاد کنید.پاسخ فرکانسی سنسور اولتراسونیک

زاویه پرتو : در شکل زیر نحوه پخش پرتو فراصوت را در جهت افقی و عمودی نشان داده است. همانطور که می بینید، هر چه از مرکز سنسور به کناره ها برویم، سیگنال تضعیف بیشتری می شود. در این سنسور نمونه پهنای پرتو عمودی از افقی کمتر است. دانستن این پرتو سنسور اولتراسونیکمشخصه به ما کمک می کند که اجسام را تا چه زاویه ای نسبت به مرکز سنسور می توانیم، تشخیص دهیم.
دامنه سیگنال ورودی فرستنده : هرچه دامنه سیگنال ورودی را بیشتر کنید، مطابق شکل زیرمیزان فشار صدای خروجی (SPL) بیشتر می شود. شما بر حسب برد مورد نظر و حساسیت گیرنده می توانید ولتاژ ورودی را تعیین کنید و بر اساس میزان سیگنال دریافتی، مدارهای تقویت کننده را طراحی کنید.قدرت صوت فرستنده اولتراسونیک

البته اگر به صورت حرفه ای می خواهید، با یک سنسور اولتراسونیک کار کنید، مشخصه های دیگر آن را نیز مطالعه کنید.

مدار فرستنده : همانطور که دیدید، باید یک سیگنال با فرکانس 40Khz و  دامنه مناسب به فرستنده اعمال کنید. هر چه دامنه سیگنال را بیشتر کنیم، میزان شدت صدای خروجی بیشتر می شود. شما اگر از دانش قدیمی بهره داشته باشید، احتمالاً به فکر ساخت این سیگنال با IC555 می افتید. اما منطقی نیست، وقتی شما یک میکروکنترلر دارید از روش های قدیمی استفاده کنید، بهتر است به کمک تایمر میکروکنترلر سیگنال 40Khz را بسازید و با مدار مناسب آنرا تقویت کنید.
شکل زیر یک نمونه از مدارهای فرستنده اولتراسونیک در یادداشت های کاربردی شرکت TI است. در این مدار برای بالابردن ولتاژ سیگنال اعمالی به فرستنده اولتراسونیک دو ایده بکار رفته است. ابتدا توسط یک ترانزیستور ولتاژ خروجی میکروکنترلر به سطح 5v تا 12v تبدیل شده است. مقدار مقاومت را بر اساس نوع ترانزیستور به سادگی می توان تعیین کرد. ( در نقشه TI این مقاومت 10KΩ انتخاب شده است). در این مدار از IC4049 که یک NOT با تکنولوژی CMOS است، استفاده شده است. توجه داشته باشید که ولتاژ تغذیه این IC می تواند تا +15v باشد.مدار فرستنده سنسور اولتراسونیک
 ایده دوم استفاده از ایجاد دو خروجی معکوس و ایجاد پالس های مثبت و منفی در لبه سیگنال، به کمک خازن می باشد. شکل موج ها در شکل کاملاً گویا است. وقتی در یکسر فرستنده ولتاژ +V را داریم، در سر دیگر ولتاژ –V است و برعکس، پس ولتاژی که روی فرستنده می افتد، برابر 2V می شود.
البته شما می توانید، از هر مدار دیگری که یک سیگنال 40Khz با دامنه و جریان مناسب تامین می کند استفاده کنید. برای مثال می توانید، دو ترانزیستور را به صورت پوش پول ببندید و خروجی آن را به فرستنده اولتراسونیک بدهید.

گیرنده اولتراسونیک : سیگنالی که گیرنده اولتراسونیک به شما می دهد، بستگی به قدرت سیگنال ارسالی از فرستنده، فاصله طی شده و حساسیت گیرنده دارد. از آنجا که سیگنال دریافتی ضعیف است، باید تقویت، فیلتر و مقدار DC آن حذف شود. در شکل زیر سیگنال ارسالی و دریافتی و زمان طی شده نشان داده شده است. در مواردی که سنسور فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر قراردارند ( که غالباً به این شکل است)، سیگنال فرستنده توسط گیرنده به طور مستقیم نیز دریافت می شود، که باید آن را در نظر نگرفت.اکوی سنسور اولتراسونیک
مدارهای زیادی به عنوان گیرنده اولتراسونیک وجود دارد، که به بررسی یک نمونه  می پردازیم. در این مدار خروجی گیرنده به یک تقویت کننده با بهره 55 داده شده است ( Gain=R7/R5=100/1.8=55). مقاومت های R3 و R4  ولتاژ Vcc/2 را برای ورودی مثبت تقویت کننده فراهم می کنند. خازن C5 برای تضعیف فرکانسهای بالا می باشد.مدار گیرنده اولتراسونیک

سنسورهای دما :

سنسورهای درجه حرارت از تنوع زیادی برخوردار هستند و بر اساس محدوده دما، نوع خروجی، خطی بودن و پارامترهای دیگر دسته بندی می شوند.
1-      ترمیستور ( مقاومت حرارتی )  در دو نوع PTC  و NTC
2-        RTD(Resistance Temperature Detectors)مانند PT100   (سنسور مقاومتی از جنس پلاتین )
3-      ترموکوپل
4-      سنسور نیمه هادی با خروجی ولتاژ یا جریان
5-      سنسور  دیجیتال با خروجی PWM
6-      سنسور دیجیتال با خروجی I2C
7-      سنسور مادون قرمز
در ادامه به بررسی چند نمونه از آن می پردازیم:
1-      ترمیستورها : مقاومت های حساس به حرارت هستند، که با تغییر دما مقاومت آن ها تغییر می کند. در NTC(NegativeTemperature Coefficient) با افزایش دما، مقاومت ترمیستور کاهش پیدا می کند و در PTC(Positive Temperature Coefficient) با افزایش دما مقاومت ترمیستور افزایش پیدا می کند. یک روش برای اندازه گیری دما با ترمیستور در شکل زیر نشان داده شده است. در اینجا ترمیستور با مقاومت  R1 تشکیل یک مقسم ولتاژ می دهند و ولتاژ خروجی به مقاومت ترمیستور بستگی دارد. مقاومت R1 را به گونه ای انتخاب کنید، که در محدوده تغییرات ترمیستور ولتاژ خروجی تغییرات مورد نظر شما را داشته باشد. (  Vout=Vcc * Rt/(Rt+R1)   )

نکته مهم دیگر در انتخاب R1 گرم شدن ترمیستور به دلیل جریان عبوری از خودش است. (Self Heating)  توان تلفاتی توسط ترمیستور نباید دمای ترمیستور را بالا ببرد، و باعث خطا در اندازه گیری دمای محیط شود. اثر Self Heating  بستگی به شکل ساخت ترمیستور دارد. هر چه R1 بزرگتر انتخاب شود، جریان عبوری از ترمیستور کمتر می شود، ولی در مقابل ولتاژ خروجی کمتر خواهد شد.

نباید خروجی مقسم ولتاژ را مستقیماً به ورودی A2D میکروکنترلر وصل کرد. چون به دلیل امپدانس ورودی A2D ( در AVR  حدود 10KΩ است)، خروجی مقسم ولتاژ بار می شود، پس همانطور که در شکل می بینید، یک بافر آنالوگ برای جلوگیری از بارگذاری لازم است.
ترمیستور

2-      RTD  :  این سنسور نیز مقاومتی است و با تغییر دما مقاومت آن تغییر می کند، تفاوت های مهم ترمیستور و RTD در جنس، خطی بودن و حساسیت آن ها است. RTD از جنس فلز است، برای نمونه PT100 از جنس پلاتین است که مقاومت آن در 0°C   برابر 100 اهم است. مدار RTD مشابه ترمیستور می تواند باشد.
شکل زیر تغییرات مقاومت بر حسب تغییرات حرارت را برای ترمیستور و RTD نشان می دهد. همانطور که می بینید تغییرات ترمیستور زیاد و غیر خطی است، در حالیکه تغییرات RTD کم و خطی است.
compare termistor and RTD
3- ترموکوپل :  این سنسور از اتصال ( جوش) دو فلز غیر همنام در یک یا چند نقطه ساخته می شود. دما باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی در دو سر اتصال می شود. این پدیده در سال 1821 توسط توماس سیبک کشف شد. مقدار این پتانسیل به دمای نقطه اتصال و جنس دو فلز بستگی دارد. همانطور که در شکل زیر می بینید، فلزهای A و B تشکیل یک ترموکوپل داده اند. حال اگر بخواهیم ولتاژ دوسر فلز A و B را اندازه گیری کنیم انتظار داریم که دو اتصال این فلزها با فلز C نیز باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی شوند. در واقع همینطور است. ولتاژی که ولتمتر نشان می دهد، حاصل سه ولتاژ V1 و V2 و V3 است. با قراردادن اتصالات b و c در یک ولتاژ مرجع ( در شکل زیر آب و یخ ) ولتاژ های V2 و V3 ثابت خواهند بود و براحتی می توان رابطه دما با ولتاژ V1 را بدست آورد. فکر نکنید که شما باید همواره یک ظرف آب و یخ باید داشته باشید. اتصال های سرد اگر در محیط آزاد باشند، می توانید دمای محیط را با یک سنسور دیگر محاسبه و در دمای نهایی لحاظ کنید. اگر دمای نقطه داغ شما بالاست و تغییرات دمای محیط کم است، یک دمای متوسط برای محیط در نظر بگیرید.
termocouple

شما نمی توانید، خروجی ترموکوپل را مستقیماً توسط A2D اندازه گیری کنید. سیگنال خروجی ترموکوپل باید توسط یک تقویت کننده دقیق، تقویت شود. چون تغییرات ولتاژ خروجی کمتر از 70 میکروولت به ازای هر یک درجه سانتیگراد است، پس باید از یک تقویت کننده با ولتاژ افست بسیار پایین استفاده کرد.

بعضی شرکتها مانند AD ،  TI تقویت کننده های خاص ترموکوپل با جبران دمای نقطه مرجع ساخته اند. یک نمونه آن در شکل زیر آمده است.
AD594

4-  سنسورهای نیمه هادی: این سنسورها با دو نوع خروجی آنالوگ و دیجیتال در دسترس هستند. نمونه های آنالوگ ارزانتر از دیجیتال هستند، که در زیر به بررسی چند نمونه می پردازیم.

الف – سنسور LM35 با خروجی آنالوگ : LM35 دارای محدوده اندازه گیری 55- تا 150 درجه سانتیگراد است، که به ازای هر یک درجه افزایش دما خروجی آن 10 میلی ولت، افزایش پیدا می کند. امپدانس خروجی آن 0.1 اهم در زمانی که 1 میلی آمپر از آن بکشیم، است. پس می توان آن را مستقیماً به میکروکنترلر متصل کرد. در شکل زیر مدار آن برای دو محدوده اندازه گیری آمده است.
LM35

5 – سنسور نیمه هادی با خروجی PWM : در این سنسورها برای داشتن دما، نیاز به مبدل A2D ندارید . سنسور به گونه ای طراحی شده است که مقدار دما به اندازه Duty Cycle  بستگی دارد. با اندازه گیری Duty Cycle دما بدست می آید. یک نمونه از این سنسور SMT160 است.

 

در سنسور SMT160 رابطه دما با Duty Cycle به شکل زیر است:

D.C. = 0.320 + 0.00470 * T

T = (D.C.-0.320) * 212.766

در این رابطه T مقدار دما بر حسب سانتیگراد است. برای مثال داریم:

برای مثال مقدارD.C. در صفر درجه سانتیگراد 0.320 و در 130 درجه سانتیگراد 0.931 می شود. فرکانس پالس خروجی بین 1 تا 4 کیلوهرتز است. برای محاسبه D.C. کافیست زمان بالا و پایین بودن سیگنال را اندازه گیری کنیم و از آنجا مقدار D.C. را بدست آوریم : D.C. = TH / ( TH + TL
PWM Duty Cycle

6- سنسور دیجیتال دما با خروجی I2C : این سنسور پس از اندازه گیری دما و تبدیل آن به دیجیتال به کمک A2D داخلی خود، مقدار آن را به روش I2C برای میکروکنترلر می فرستد. از آنجا که میکروکنترلرها داری واسط سریال I2C هستند، براحتی دما را براحتی دریافت می کنند. برای آشنایی با واسط سریال I2C به بخش واسط سریال مراجعه نمایید. در واسط I2C داده به طور سریال با دو خط داده و کلاک ارسال و دریافت می شود. مطابق شکل زیر میکروکنترلر به عنوان فرمانده و سنسورهای دما به عنوان فرمانبر عمل می کنند. از آنجا که ارتباط بین قطعاتی که امکان I2C دارند، به روش باس است، هرکدام از فرمانبرها آدرس دارند. برای اینکه بتوان دمای چند نقطه را به یک میکروکنترلر منتقل کرد، هرکدام از سنسورهای دما باید آدرس خاص خودشان را داشته باشند. همانطور که در شکل زیر می بینید، سه بیت پایین آدرس قطعه توسط پایه های آی سی مشخص می شود.
LM75 I2C BUS Microcontrollerدر زیر سنسورهای دمای مختلف از نظر مشخصات مختلف با هم مقایسه شده اند:

Compare Temperature Sensors

نظرات کاربران
کاربر 1 :    
۱۴ فروردين ۱۳۹۳
۱۴ فروردين ۱۳۹۳
من در صنعت (کارخانه رب گوجه فرنگی) دیده ام که از سنسور LVDT جهت انداره گیری سطخ مخازن استفاده شده ولی سیم پیچ ثانویه آنها دارای 2 سر است ومانند شکل بالا 3سر نیست از طرفی کارکردن با خروجی 2 سر که آسانتر است در ضمن خروجی این سنسور یک ولتاژAC که بین 0تا4.3 ولت بود که ما ابتدا آنرا بهDC تبدیل کرده و بعد به ADC میفرستادیم حال سوال من اینه که مزیت خروجی 3سر نسبت به 2سر چیست؟ ممنون ...
۱۴ فروردين ۱۳۹۳
مسئول فنی :

با فرض اینکه دو سیم پیچ ثانویه را در داخل به هم وصل نکرده باشند و شما فقط دو سر خروجی را ببینید. با یک سیم پیچ ثانویه هم می شود و با همان تئوری گفته شده عمل می کند. همانطور که گفته اید با خروجی دو سر ساده تر و نیاز به تشخیص فاز جهت حرکت در دو جهت نیست. متشکر و موفق باشید.



محمد :    
۳۱ ارديبهشت ۱۳۹۳
۳۱ ارديبهشت ۱۳۹۳
بسیار مفید و خلاصه بود. ممنون


کاربر :    
۰۵ اسفند ۱۳۹۳
۰۵ اسفند ۱۳۹۳
سلام استاد.استاد یک سر سنسور رطوبتو باید با مقاومت به زمین وصل کنیم.مقدار این مقاومت که یک کیلو میشه چطور بدست میاد؟ با توجه به اینکه مقاومت سنسور متغیره
۰۷ اسفند ۱۳۹۳
مسئول فنی :

برای بدست آوردن مقاومت سری با یک سنسور مقاومتی، باید موارد زیر را در نظر بگیرید: 1- محدوده تغییرات مقاومت سنسور به ازای تغییرات کمیت اصلی 2 - محدوده ولتاژ خروجی مورد نظر ( البته شما می توانید با آپ امپ دامنه سیگنال خروجی و محدوده آن را به محدوده مورد نظرتان ببرید. ) 3- امپدانس ورودی طبقه بعدی مثلا A2D  یا ...  4- جریان مجاز عبوری از سنسور

در باره غالب موارد فوق در بخش سنسورها و آماده سازی سیگنال صحبت شده است.



کاربر :    
۲۴ اسفند ۱۳۹۳
۲۴ اسفند ۱۳۹۳
متشکرم


دانشجو :    
۲۷ دي ۱۳۹۴
۲۷ دي ۱۳۹۴
با عرض سلام خدمت شما استاد گرامی .سوال هفته در قسمت دیسک سوراخدار به نظر میاد تعداد دور دیسک به ازای یک دور لاستیک ماشین 20 دور باشد نه 200 دور ؟ طبق محاسباتی که من انجام دادم با 200دور تعداد سوراخ ها رو یک عدد هم بگیریم میتوانیم سرعت رو در بازه زمانی 300 میلی ثانیه انجام دهیم .اما با 20 دور تعداد سوراخ ها باید بیشتر باشد .لطفا بررسی و نتیجه را اعلام کنید . با تشکر .
۳۰ دي ۱۳۹۴
مسئول فنی :

سلام، با 200 دور دقت بالا می رود. روال کلی حل مسئله فرق نمی کند.



شهرام :    
۲۳ بهمن ۱۳۹۴
۲۳ بهمن ۱۳۹۴
با سلام و خسته نباشید خدمت استاد عزیز، بنده در حال حاضر یک آماتور هستم در طراحی مدارات رباتیک از شما یک کمک می خوام نیاز به یک انکودر مطلق در ابعاد مینیاتوری دارم که بشه زاویه شافتی رو از زاویه ی 0 تا 180 درجه تشخیص بده و جهت چرخش رو هم تشخیص بده به نظر شما از پتانسیو متر می تو نم برای زاویه و از انکودر افزایشی برای تشخیص جهت استفاده کنم؟ لطفا راهنمایی کنید با تشکر
۲۷ بهمن ۱۳۹۴
مسئول فنی :

سلام پتانسیومتر موقعیت را به صورت مطلق به شما می دهد و به تنهایی برای تشخیص جهت و موقعیت کافی است. اگر دقت پتانسیومتر برایتان خوب است نیاز به انکدر افزایشی ندارید. اشکال پتانسیومتر در استهلاک و دقت آن است.



نظر بدهید

بازگشت به بالا