در این پروژه با استفاده از آي سي AD7780 مقاومت سنسور PT100 را اندازه گیری و با دقت خوبی روی LCD نمایش میدهیم. آي سي AD7780 به اين نحو كار ميکند که ولتاژ دو پايه ورودي يعني AIN+ و AIN- به يك تقويت كننده تفاضلي دقيق (Instrumentation Amplifier) وارد میشود و در عدد 1 يا 128 ضرب ميگردد. مقدار بهره اين تقويت كننده توست پايه GAIN آي سي تعيين میگردد. اگه اين پايه را به VCC وصل كنيم بهره تقويت كننده 1 و اگه آن را به GND وصل كنيم بهره تقويت كننده 128 خواهد بود. در كاربردهايي مانند لودسل یا دما سنج كه ولتاژ خروجي بسيار كوچک است حتما بايد از بهره 128 براي تقويت ولتاژ استفاده كنيم. اما در جايي كه ولتاژ ما بالاست و نيازي به تقويت بيشتر نداريم بايد بهره را روی 1 تنظیم کنیم.

دقت مدار طراحی شده

برای محاسبه ی دقت باید توجه کرد که رنج کامل PT100 برابر مقدار 170 درجه است و اگر این رنج را با 17 بیت دقت بخوانیم دقت تفکیکی برابر0.0012 خواهیم داشت.لذا با توجه به این که مبدل AD7730 دارای دقت 24 بیت است و با مدار طراحی شده بر اساس آنالوگ دیوایس میبایست 17 الی 18 بیت دقت داشته باشیم پس در کل PT100 را با این مدار با دقت 0.001 میخوانیم. ولی از آنجایی که مدار و هوا دارای نویز و تغییرات شدید است دقت مدار در صدم دارای تغییرات است هر چند در مدار حاظر بدون گرفتن میانگین از وردی دارای تغییرات معقولی هستیم که با افزایش دما صدم و هزارم به حالت صعودی افزایش میابند که نشان از دقت درست دارد.

سنسور PT100

سنسور PT100 در دمای صفر درجه دارای مقاومت 100 اهم میباشد و در ازای هر درجه افزایش دما 0.385 اهم به مقاومتش افزوده میشود . سنسور PT100 دارای مقاومت متغیر حدود 0.385 اهم بر درجه سانتیگراد است. یعنی با هر در جه افزایش یا کاهش دما مقدار 0.385 اهم از مقاومتشان کم یا زیاد میشود برای اندازه گیری دما در این سنسور ها که به سنسور های مقاومتی خطی نیز معروف هستند باید یک جریان از سنسور عبور دهیم. طبق قانون اهم مقدار ولتاژ دو سر یک مقاومت برابر با مقدار مقاومت در مقدار جریان عبوری از ان است ، از انجا که مقدار مقاومت pt100 با کم و زیاد شدن دما تغییر میکند بنابراین ولتاژ دوسر سنسور نیز تغیرر میکند . سنسور pt100 در دمای اتاق حدود 114 اهم مقاومت از خود نشان میدهد که این دما حدود 30 درجه است و اگر بخواهیم فول رنج حساب کنیم از 20- تا 150 درجه که در کل 150 درجه خواهد بود چه مقاومتی خواهد داشت؟

170-30=140

140×0.385=53.9≅54

پس در 150 درجه مقاوتی حدود 54+104 که میشود 154 اهم خواهیم داشت و برای ایجاد بیشترین تفکیک باید ولتاژ رفرنس بر همین اساس انتخاب گردد یعنی مقاومتی حدود 154 در ورودی رفرنس با قرار گیرد و همان آمپر از این مقاومت عبور نماید. راه حل این است که با توجه به این که وردی ad7780 باید ماکزیمم 2.5 ولت باشد باید از مقاومت 218 چه مقدار جریانی عبور دهیم تا ماکزیمم 2.5 ولت داشته باشم .از طرفی ماکزیمم جریان قابل عبور از pt100 برابر 7 میلی آمپر است و مقدار بهینه برابر 1 میلی آمپر است.پس مقدار بیهنه را انتخاب میکنیم. با این حساب مازیمم ولتاژ روی pt100 باید 154 میلی ولت باشد. حال برای محاسبه ی خروجی از فرمول زیر استفاده میکنیم:

نکات طراحی pcb برای حذف نویز

تراشه AD7780 از دو منبع ولتاژ تغذیه می کند منبع ولتاژ آنالوگ و منبع ولتاژ دیجیتال هردوی این منابع باید به پنج ولت وصل شوند. منبع ولتاژ دیجیتال، نویز شدیدی به مدار وارد می کند و باید از منبع ولتاژ آنالوگ تفکیک شود!این کار را می توان به سادگی با فریت بید انجام داد. فریت بید ایده آل، قطعه ای است که در فرکانس های پایین ، مقاومت نزدیک به صفر دارد اما در فرکانس های بالا، مقاومت بینهایت دارد. در عمل ، در فرکانس های پایین مقاومت در حد صفر و در فرکانس هایی از مرتبه 100 مگاهرتز، مقاومتی در حدود 1 کیلو اهم دارد. حال ما باید سر راه هم منبع ولتاژ آنالوگ و هم منبع ولتاژ دیجیتال فریت بید بگذاریم تا نویز کمی داشته باشیم. بعد از تغذیه ی پنج ولت، باید سراغ زمین مدار برویم. زمین مدار، باید تا حد امکان پهن باشد تا نویز ها به سادگی از آن عبور کنند. در واقع، در اثر جریان های سوزنی ناشی از فعالیت تراشه، خطوط زمین مدار تبدیل به سلف می شوند که این خیلی بد است! برای برطرف کردن این اثر، باید خطوط در حد کافی پهن و ضخیم (یا متالیزه یا قلع اندود) گردند! خازن ها، اثر خیلی خوبی در کاهش نویز دارند!توصیه اکید می شود که برای استفاده در مدار، از خازن های SMD استفاده کنید.چون حالت جامد دارند و قیمت پایینی دارند.ضمنا کیفیت بسیار مطلوبی هم دارند! اگر هم به هر دلیل امکان استفاده از SMD ها نیست، از خازن های جنس تانتالیوم باید استفاده کرد. باید بین زمین و پنج ولت، چند خازن قرار داد طبق دیتاشیت تراشه، بهترین حالت ، استفاده از خازن های 10 نانو، 100 نانو ، 1 میکرو فاراد و 10 میکرو فاراد هست. اگر از تغذیه یو اس بی استفاده می کنیم، باید حواسمان به افت ولتاژ ناشی از یو اس بی باشه. اما در صورتی که از تراشه های رگلاتور خطی نظیر 7805 استفاده می کنیم ، نباید خازن 10 میکرو استفاده کرد.همچنین؛ اگر خطوط تغذیه طولانی شدند، به فواصل منظم باید خازن قرار داد تا نویز در طول خط ایجاد نگردد! کانکتور تغذیه هم تاثیر داره؛ کانکتور باید تا حد امکان محکم و بدون لرزش باشد!در غیر اینصورت نویز به مدار وارد می کند. خصوصاً کانکتور پین هدر نظامی بدترین کانکتور برای این کار هست. پیشنهاد بنده، استفاده از IDC و یا کانکتور پین هدر معمولی زاویه دار (Right) هست تا به محکمی به سوکت مادگی بچسبد!تا حد امکان هم نباید از آداپتور های سوییچینگ استفاده کرد. این کار باعث کاهش دقت مدار می گردد.