Chciałbym przedstawić jeden z możliwych sposobów wykonania prostego zadajnika sygnału 4-20 mA.
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 , . Płytka którą zaprojektowałem zawierała błędy co można zobaczyć na załączonych zdjęciach i jej projekt nie znajduje się w załącznikach.
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 (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 .
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 , . Płytka którą zaprojektowałem zawierała błędy co można zobaczyć na załączonych zdjęciach i jej projekt nie znajduje się w załącznikach.
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 (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
Szukałeś jakiś gotowych układów analogowych do tego zadania? ewentualnie konwerterów PWM/ prąd pętli?
.
Ale to da się wystabilizować - stety/niestety wzmocnienie MOSFETa jest duże a wprowadza często też obciążenie pojemnościowe wyjścia wzmacniacza operacyjnego. To, to że panom z Burr-Brown się nie chciało, może wynikać z faktu, że trudno dać spore kondensatory w układzie scalonym. Ale taki R1 dali, i jak sądzę, mieli powód aby tak zrobić.