Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Metalwork
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED

Tatalek 28 Aug 2021 12:30 1536 8
  • Chciałbym przedstawić jeden z możliwych sposobów wykonania prostego zadajnika sygnału 4-20 mA.
    Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED
    Zbudowałem zadajnik ponieważ chciałem sprawdzić czy możliwe jest wykonanie zadajnika 4-20mA który będzie pobierał zasilanie z pętli prądowej i będzie posiadał wyświetlacz który świeci (nie będzie wyświetlaczem LCD z podświetleniem) oraz będzie mały (zmieści się kieszeni). Przy okazji zamierzałem sprawdzić jak w takiej aplikacji sprawdzi się układ pomiaru prądu na wysokim potencjale tzw. Wilson current mirror. Miałem również nadzieję że cena zadajnika będzie konkurencyjna w stosunku innych tanich zadajników sygnału dostępnych na rynku. Schemat układu i program znajdują się w załącznikach schemat_4-...ktroda.pdf Download (104.99 kB) , ZADAJ_4-20...ktroda.zip Download (57.09 kB) . Płytka którą zaprojektowałem zawierała błędy co można zobaczyć na załączonych zdjęciach i jej projekt nie znajduje się w załącznikach.
    Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED
    Do wyświetlenia prądu wybrałem wyświetlacz oled arduino z interfejsem I2C 128x32 piksele.
    Grubość cyfry 1 pixel , wyświetlane są tylko 3 cyfry co daje rozdzielczość 0,1 mA. Cena elementów bez płytki drukowanej wyniosła około 54 zł .W tej cenie wszystkie elementy zakupiono od krajowych dostawców , do ceny nie wliczałem ewentualnych kosztów wysyłki . Prąd można zadawać w zakresie 3 -22 mA ze skokiem 0,1 mA. Dokładność nie zachwyca to ±0,1 mA . W mojej ocenie wystarcza do sprawdzenia i uruchomieniach układów w których w występują czujniki z zakresem 4-20 mA. Zadajnik działa w zakresie 8 -32V. Moją intencją nie była budowa kalibratora prądu a prostego w użyciu testera.
    Zadawanie prądu odbywa się na dwa sposoby . Pierwszy przez wciśnięcie przycisku w enkoderze i wzrost prądu ze skokiem 1mA aż do 22 mA i powrót do 4mA lub pokrętłem w prawo i lewo zwiększanie i zmniejszanie o 0,1 mA w zakresie 3- 22 mA.
    Podczas uruchomienia układu spotkała mnie niespodzianka . Przy pierwszym włączeniu zadajnika przebieg prądu był prostokątny i wartość średnia oscylowała wokół wartości zadanej .
    Poradziłem sobie w następujący sposób :
    wymieniłem tranzystor Q10- MOSFET na bipolarny DB139 , między elektrody kolektor emiter dodałem kondensator C1 22 uF , dodałem kondensator C11 w sprzężeniu zwrotnym wzmacniacza operacyjnego U1. Poza tym jeszcze przed uruchomianiem podczas rysowania schematu zamieniłem (Vss z Vdd )do przetwornika DAC i szukałem zwarcia na płytce co zabrało trochę czasu zanim coś tak oczywistego znalazłem , zapomniałem podłączyć nóżkę nr 8 mikro-kontrolera do masy , było pod górkę stąd tyle dodatkowych drucików na płytce. Pomimo błędów na płytce udało się zmontować układ , zweryfikować działanie i sprawdzić czy jest możliwe wyświetlanie danych na wyświetlaczu przy poborze prądu poniżej 4 mA.
    Układ pomiaru prądu na wysokim potencjale „Wilson current mirror” nie sprawiał kłopotów i wiernie konwertuje prąd na napięcie i jest to w mojej ocenie dobre tanie rozwiązanie które z pewnością użyję w przyszłości.
    Układ docelowo miał być umieszczony w obudowie wydrukowanej na drukarce 3D – widok na zdjęciu (z poprawkami się nie mieści potrzebna będzie uaktualniona płytka ). Przygotowałem alternatywny schemat zadajnika sym-4-20-a...natywa.pdf Download (92.32 kB) (nie zweryfikowany) w którym pomiar prądu wykonano na bazie noty katalogowej układu XTR 116, zadajnik zawiera mniej elementów, chociaż nie wpływa to znacząco na cenę. Poniżej proponowany schemat zadajnika. Celowo unikałem zastosowania układu XTR 116 ze względu na cenę około 20 zł od lokalnych dostawców.
    Program zapisany w C w środowisku MBLAB X IDE v5.50 skompilowany kompilatorem XC v 1.7. Działa w prosty sposób. Mikrokontroler wysyła dane do wyświetlacza i przetwornika DAC a potem usypia .Wybudzany jest przez przerwanie które generuje przycisk i enkoder.
    Podsumowując udało mi się zbudować zadajnik ze świecącym wyświetlaczem który wymaga dopracowania obudowy i być może zmiany na wersję przedstawioną w alternatywnym schemacie. Zweryfikowałem działanie układu Wilson current mirror którego działanie mile mnie zaskoczyło tak że nie zawaham się go użyć w przyszłości. Cena układu nie może konkurować z zadajnikami dostępnymi na Ali express jednak jest atrakcyjna w stosunku do oferowanych przez lokalnych dostawców , tym bardziej że w ich ofercie nie znalazłem zadajników zasilanych z pętli prądowej ze świecącym wyświetlaczem. Jeśli nie zabraknie mi zapału zbuduje zadajnik z alternatywnym sposobem pomiaru prądu i o wynikach poinformuje na forum. Na zakończenie filmik .

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Tatalek
    Level 11  
    Offline 
    Tatalek wrote 18 posts with rating 191, helped 0 times. Live in city Gdansk. Been with us since 2008 year.
  • Metalwork
  • #2
    Karol966
    Level 30  
    Bardzo mi się podoba Twój zadajnik, szkoda że nie dla AVR ale to bez znaczenia. Jak na szybko potrzebowałem jakiś prąd pętli to i tak brałem rezystor + potencjometr i wystarczał aczkolwiek tu masz do tego jeszcze wyświetlacz ;) Szukałeś jakiś gotowych układów analogowych do tego zadania? ewentualnie konwerterów PWM/ prąd pętli?
  • Metalwork
  • #3
    Tatalek
    Level 11  
    Przejrzałem Elektrodę i znalazłem tam dwa artykuły
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3543823.html#17717702
    oraz https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=16808638#16808638
    Nie szukałem specjalizowanych układów ponieważ w mojej ocenie są dość drogie
    Najtańsze które znalazłem i ułatwiają zbudować zadajnik to XTR 115 , 116 i 117
  • #4
    CosteC
    Level 33  
    Bardzo ciekawa konstrukcja, dosyć klasyczna, jak na dzisiejsze czasy, no i nie przesadzona.
    MCP4726 jest rozsądnym wyborem, chociaż nieco mnie drażni jego niedokładność (offset = 31 LSB i błąd wzmocnienia rzędu 2%), ale w tej aplikacji raczej nie stanowi to problemu.
    Źródło Wilsona kradnie 0.1 mA z szyny, może to też jest przyczynia się do twojego błędu +/-0.1 mA? Tak czy inaczej to nie wstyd, bo utrzymujesz rozdzielczość zadawania prądu rzędu 8bit (22-3)/0.1=190 kroków, a deklarujesz błąd na poziomie jednego kroku - to jest bardzo fajny wynik jak na niekalibrowany układ (nie wspominałeś o kalibracji) zrobiony ze zwykłych elementów - i dowodzi raczej szczęścia, bo jeśli rezystor 50R jest 1% to pomiar prądu i jego zadawanie już jest obarczone takim błędem, a MCP też doda swoje.

    Czemu kaskada 4 luster Wilsona, jeszcze na 2 gatunkach tranzystorów?
  • #5
    Tatalek
    Level 11  
    CosteC wrote:
    Czemu kaskada 4 luster Wilsona, jeszcze na 2 gatunkach tranzystorów?


    Znalazłem prezentacje na temat luster Wilsona według której przy czterech lustrach jest
    mniejszy wpływ napięcia zasilającego na napięcie wyjściowe oraz charakterystyka I(Uwy)
    jest bardziej liniowa, poniżej zdjęcia dla dwóch i czertach luster.
    Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED
    Zadajnik sygnału 4-20 mA z wyświetlaczem OLED

    Dodano po 20 [minuty]:

    CosteC wrote:
    dowodzi raczej szczęścia, bo jeśli rezystor 50R jest 1% to pomiar prądu i jego zadawanie już jest obarczone takim błędem, a MCP też doda swoje.

    Szczęście rzeczywiście mi dopisało , nie zaznaczyłem tego na schemacie , rezystor 50R udało mi się kupić i zamontować z dokładnością 0,1 %

    Dodano po 2 [godziny] 35 [minuty]:

    CosteC wrote:
    to jest bardzo fajny wynik jak na niekalibrowany układ (nie wspominałeś o kalibracji)

    Jeśli chodzi o kalibrację to nastawa czyli „prąd” liczba od 30 do (3,0 mA ) do 220 (22,0 mA) jest wyświetlana na wyświetlaczu i mnożona przez stałą którą dobrałem eksperymentalnie ponieważ obliczona teoretycznie dawała większy błąd .
    W programie do kalibracji służy jedna linijka:
    current_set_point = prad*50840;
    Którą można modyfikować tak aby osiągnąć najlepszy rezultat. W moim przypadku to proste mnożenie dało najlepsze rezultaty .
  • #7
    Tatalek
    Level 11  
    W załącznikach Novel curr...cation.ppt Download (598 kB) pomiar pra...ncjale.pdf Download (199.75 kB)
    informacje na temat luster prądowych.
    Przy wyborze tranzystorów kierowałem się napięciem Uce tak by było większe od zasilającego
    dostępnością w lokalnym sklepie, rozmiarem i ceną 0,15 zł / szt.
    Nie analizowałem szczegółowo działania ani czemu aż tyle tranzystorów potrzeba.
    Zwyczajnie zbudowałem i sprawdziłem że to co piszą to raczej prawda.
    Pozostałe elementy to 1% .
    Mogę tylko dodać że na początku wlutowałem na płytce tylko elementy luster prądowych
    żeby sprawdzić jak to działa i byłem mile zaskoczony
  • #8
    CosteC
    Level 33  
    Dziękuję bardzo!
    Byłem sceptyczny co do tematu, ale dałeś entuzjastyczną recenzję i podparcie w postaci prezentacji i zasymulowałem taki układ.
    Warunki: Monitorowanie prąd 0..500 mA, na rezystorze 0.5R, zakres zasilania 10-26V
    Lustro na 2 tranzystorach ma rozrzut w zależności od napięcia zasilania 160 mV na wyjściu
    Lustro na 4 tranzystorach ma rozrzut 32 mV
    Lustro na 8 tranzystorach (jak u Ciebie) 4 mV.
    Stabilności termiczne dla zakresu -40'C..80'C, 24V, 0.25A wynoszą 160 mV, 20 mV 0.4 mV

    Tyle symulacja, która nie obejmuje rozrzutu tranzystorów - ale dalej to wygląda bardzo obiecująco. Chętnie pokombinuję jak uniknąć aż 8 tranzystorów. Wpływ napięcia zasilania na układ 4 tranzystorowy to 1.3% zakresu, nie jest to ideał ale i tak lepiej niż sądziłem.
  • #9
    PiotrPitucha
    Level 33  
    Witam
    Co do lustra prądowego to akurat jak widać na zdjęciach do układu automatyki nie będzie różnicy między 4 i 8 tranzystorami dla różnych napięć zasilających, bo jak widać na wykresach różnice mamy dla małych prądów poniżej 2mA a potrzebujemy pomiar w zakresie 4mA do 20mA.
    Uwaga czysto teoretyczna bo przy tych cenach i gabarytach elementów 4 czy 8 nie stanowi różnicy.
    Będę się musiał zabrać za coś podobnego :D .
    Piękna konstrukcja.