Arduino Mega ADK for Android выполнен на основе ATmega2560. Содержит USB-хост для соединения с телефонами на базе ОС Android (м/с MAX3421e) и конвертер USB-UART на базе ATmega8U2.
1.2 Датчики и исполнительные устройства
1.2.1. Термодатчик
Термодатчики служат для определения температур в необходимой зоне.
Существуют несколько типов термодатчиков:[5]
Терморезистивные термодатчики
Полупроводниковые термодатчики
Термоэлектрические термодатчики
Пирометры
Аккустические термодатчики
Пьезэлектрические термодатчики
Терморезистивные термодатчики
Используют принцип изменения электрического сопротивления, при изменении температуры. Основным элементом в таких термодатчиках служит терморезистор, который изменяет свое сопротивление при изменении температуры среды, в которой он расположен.[6]
Такие датчики просты в применении, высокочувствительны и стабильны в работе. Диапазоны измерений различны.
Терморезестивные датчики подразделяются на:[8]
Резистивные детекторы температуры
Кремневые резистивные термодатчики
Термисторы
Резистивные детекторы температуры (РТД).
Резистивные детекторы температуры состоят из металла. При изменении температуры, металл меняет свое сопротивление. При росте температуры увеличивается амплитуда колебаний кристаллической решетки, а значит, электронам сложнее пройти сквозь нее, что ведет к повышению сопротивления. И наоборот, при уменьшении температуры, сопротивление падает.[7]
В теории, любой метал может быть использован для РТД, но для достижения более точных данных, металл должен обладать следующими характеристиками:
Иметь устойчивость к коррозии
Иметь линейную характеристику зависимости сопротивления от температуры
Иметь высокую точку плавления
Быть высокопрочным
Рис 2. Изменение сопротивление металла от температуры в РТД
Чаще всего в таких датчиках используется платина, которая обладает высокой прочностью, или же вольфрам, который используется для датчиков с возможностью измерения температуры выше 600° С.
Однако такие датчики имеют очень высокую стоимость.
Кремниевые резистивные термодатчики (КРТ).
Исходя из названия, основаны на кристаллах кремния, с одной стороны покрытого металлом, а с другой стороны у него контактная площадка. Они так же работают на разности сопротивления. При достижении высоких температур они становятся чувствительными к направлению тока. Дли избавления от этого соединяют два датчика, у которых чувствительные элементы включаются последовательно. Эти датчики в основном используются в автопромышленности. Чувствительность таких датчиков порядка 0,7%/° С. [9]
Рис 3. Изменение сопротивления кремниевого датчика от температуры
Термисторы – это детекторы в форме капли, стержня, цилиндра, прямоугольной пластины или толстой пленки. Изготавливаются такие датчики из металл-оксидных соединений. Измеряют они температуру по абсолютной шкале. Их подразделяют на термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (ТОТК) и термисторы с положительным температурным коэффициентом (ТПТК). У ТОТК при повышении температуры падает сопротивление. Недостатком таких термодатчиков является то, что для получения правдивых результатов требуется калибровка. В процессе калибровки измеряют сопротивление датчика в среде с достоверно известной температурой. Так же на результат измерения с помощью термистора влияет его самостоятельный нагрев, а значит постоянное включение таких датчиков приводит к ложным результатам.[8]
Полупроводниковые термодатчики.
Имеют диапазоны измерения от -55°С до +150°С. Принцип работы такого датчика – зависимость падения напряжения при изменении температуры на p-n переходах. Зависимость практически линейная. Чувствительным элементом служит диод или транзистор, который включают по схеме диода. Через чувствительный элемент должен идти стабильный ток, на выходе происходит падение напряжения.
При повышении температуры датчик регистрирует уменьшение температуры. Это происходит благодаря тому, что они имеют так называемый ТКН, или температурный коэфициент напряжения. Он примерно равен -2mV/°С. [8]
Такие датчики можно использовать в качестве термостата, что означает, что можно запрограммировать их на включение устройств. При понижении температуры ниже, или же выше запрограммированной, включается устройство.
При необходимости измерять температуру большую, нежели способен почувствовать полупроводниковый датчик требуется использование других датчиков, например термопары.
Существуют аналоговые и цифровые полупроводниковые термодатчики.
Аналоговые полупроводниковые термодатчики используют падение напряжения на p-n переходе. В таких датчиках используются два чувствительных элемента. Выходным сигналом является разность падения напряжений на них.
Рис. 4. Полупроводниковые термодатчики. Чувствительный элемент а) диод, б) транзистор
Аналоговые полупроводниковые термодатчики включаются по схеме диода. У них три выхода, однако третий используют при калибровке. На выходе у такого термодатчика появляется сигнал, который равен напряжению, пропорциональному температуре.
Датчик | Диапазоны температур | Точность измерений |
LM 35 | От - 55 ° С до + 150 ° С | ± 2 ° С |
LM 75 A | От - 55 ° С до + 150 ° С | ± 2 ° С |
LM 135 | От – 50 ° С до + 150 ° С | ± 1,5 ° С |
LM 335 | От - 40 ° С до + 100 ° С | ± 2 ° С |
TMP 37 | От – 40 ° С до + 125 ° С | ±2 °С |
TC 1047 | От – 40 ° С до + 125 ° С | ±2 °С |
Таблица 1. Диапазоны температур и точность измерения некоторых полупроводниковых термодатчиков[9]
Рис. 5 Полупроводниковый термодатчик LM 75 A
Термоэлектрические термодатчики.
Так же называют термопарами. Действуют с помощью термоэлектрического эффекта.
Термоэлектрический эффект, или эффект Пельтье, появляется, когда два разных материала пропускают через себя постоянный электрический ток. В этом случае один из них нагревается, а второй охлаждается.[8]
Рис. 6 Термоэлектрический элемент
Он состоит из двух полупроводников n и m, которые соединены в контур. По контуру проходит постоянный ток. Температура холодного спая уменьшается, а температура горячего увеличивается. Снижается температура, за счет того, что при воздействии электрического поля, электроны, двигающиеся по ветвям элемента переходят в состояние с энергией выше, чем в состоянии покоя. Повышается энергия благодаря кинетической энергии атомов ветвей в месте их соприкосновения, благодаря этому спай охлаждается. Однако когда происходит переход с понижением уровня энергия электронов передается атомам, что нагревает элемент. Это значит, что температура измеряется за счет разности температур элементов. Диапазон измерения таких термодатчиков от -200 °С до +220 °С. Диапазон сильно зависит от используемых материалов.
Пирометр
Пирометр – это бесконтактный датчик, который измеряет температуру благодаря тепловому излучению тел.
Аккустический термодатчик
В основном используют для измерения средней и высокой температуры. Работает он на принципе изменения скорости распространения звука.
1.2.2 Реле управления
Для управления питанием в розетке в схему требуется подключить реле, которое будет разрывать или соединять схему по требованию системы.
Электромагнитное реле – это некий электронный ключ, который либо размыкает, либо замыкает электрическую цепь.
При подаче электрического тока на контакты реле появляется магнитное поле, которое перемещает ферромагнитный якорь реле и замыкает, либо размыкает цепь.
Существуют несколько видов реле, которые реагируют на изменение величин. Это могут быть тепловые реле, которые замыкаются, либо размыкаются в случае изменения температуры, акустические реле, реагирующие на уровень звукового давления, реле времени, изменяющие свое состояние при прошествии неких заданных промежутков времени, фотореле, которые реагируют на изменение уровня освещенности и другие.
Рис 7. Принцип работы реле.
Электромагнитное реле являет собой некий парамагнитный сердечник, который обозначен как C, на который наматывается катушка L. С якорем Я связываются электрические контакты К. Когда на катушку подается напряжение появляется магнитное поле, которое меняет положение контактов, соответственно либо замыкая, либо размыкая электрическую схему.
Принцип действия электромагнитного реле – использование электромагнитных сил, которые возникаю в металлическом сердечнике, когда ток проходит по виткам его катушки. Над сердечником находится якорь в виде пластины с контактами, напротив которых находятся неподвижные контакты, с которыми замыкается цепь.
В начальном положении этот якорь находится под действием пружины, а когда подается напряжение, управляющий сигнал заставляет сердечник притягивать якорь, тем самым замыкая, либо размыкая контакты.
Контакты на реле бывают 3-х типов:
Реле с нормально открытыми контактами
Реле с нормально закрытыми контактами
Реле с перекидным контактом
Если реле замыкающего типа, это значит, что в случае отсутствия напряжения на реле контакты разомкнуты, а при появлении напряжения на нем, замыкаются
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
