Trådløs Temperaturmåler.

Transkript

1 Trådløs Temperaturmåler. 4. semester opgave. Engelsktitel. Wireless temperature station. Udarbejdet af: Klaus Jørgensen. It og Elektronikteknolog. Erhvervsakademiet Fyn Udarbejdet i perioden: 19/1-4 8/6-4 Vejledere: Viggo Lind.

2 Klaus Jørgensen 8/6-24 Forord.: Som produkt i dette projekt er det valgt at lave en temperaturmåler, som gerne skulle ende med at kunne sende den målte temperatur, som igen kan opfanges af en modtager. Grunden til at der blev valgt at lave en trådløs temperaturmåler, var at jeg syntes det kunne være sjovt at se om jeg kunne gør det bedre end, dem der er på markedet, og for at se om jeg kunne få noget til at virke i et år på en batterispænding. Samtidig med at dataen fra temperaturmåleren kan sendes trådløst. Der er brugt meget tid på data søgning, om hvordan man får et kredsløb til at bruge så lidt strøm som muligt, ved f.eks. at slukke for de dele som ikke skal bruges hele tiden. Jo længere ind i projektforløbet der blev nået, jo flere problemer opstod der med senderdelen, og der er til stor ærgrelse ikke nået at blive lavet en modtager, men senderdelen fik en levetid, på lidt over et år til sidst i projektet. Det har været meget sjovt at lave et så stort projekt alene, der har dog været nogle tidspunkter i projektforløbet, hvor det godt kunne mærke at man var alene om projektet. Til slut en stor tak til min vejleder Viggo Lind. Resume.: Projektet omhandler konstruktionen af en trådløs temperaturmåler, som skal kunne sende data i ASK modulation, den data der skal sendes kommer fra en temperaturmåler som har en nøjagtighed på ±1,2 ºC. Der sendes data 1 gang ca. hvert 5 minut, for at kunne få hele kredsløbet til at kunne leve i lidt mere end et år på 2 AA batterier. Dette sker ved hjælp af et standby kredsløb, som giver en puls ud ca. hvert 5 minut, som tænder for resten af kredsløbet i 1 sek. Som temperaturføler bruges der en 1N4148 diode. Fra temperaturføleren kommer der en lille spænding, som skal laves om til en firkant frekvens for at sendere kredsen har et signal den kan sende i ASK form. Denne firkantpuls laves med to oprationsforstærker, signalet der fra det kredsløb sendes med 433MHz. Side 2/57

3 Klaus Jørgensen 8/6-24 Indholdsfortegnelse.: Indholdsfortegnelse.:... 3 Indledning.:... 5 Generelt om temperaturmålere.:... 6 Problemformulering.:... 7 Kravspecifikation.:... 7 Prioriteringsrækkefølge.:... 7 Løsningsmodel.:... 8 Blokdiagram.:... 8 Blok beskrivelse.:... 8 Senderdel.:... 8 Modtagerdel.:... 8 Tidsplaner.:... 9 Forventet tidsplan.:... 9 Faktiske tidsplan.:... 9 Tilladte sendeområde for data-signaler.:... 1 Standby kredsløb.: Bregninge.: Del konklusion.: Kredsløb med kort ON tid.: Test.: Del konklusion.: Kredsløb med kort OFF tid.: Test.: Del konklusion.: Ny OFF tid på timer kredsløb.: Test af ICM7555CN kredsen.: Del konklusion.: Beregning af R dynamisk i en 1N4148 diode.: Test af 1N4148 diode.:... 2 Temperatur måler med 1N4148 diode Del konklusion.: Offset fejl.: Offset fejl i drift.: Del konklusion.: CMRR.: Del konklusion.: Ind justering af temperaturmåleren.: Test af temperaturmåler.: Del konklusion.: Spænding til Frekvens.: Spænding til Frekvens beregninger 1.:... 3 Del konklusion.: Side 3/57

4 Klaus Jørgensen 8/6-24 Spænding til Frekvens beregninger 2.: Test af Spænding til Frekvens.: Del konklusion.: Test med TLV2782IP.: Del konklusion.: Test med Schottky diode.: Del konklusion.: Sender 433MHz.: Test 1 af senderkreds.: Del konklusion.:... 4 Test 2 af senderkreds.: Del konklusion.: Samlede test af senderkredsløb.: Test 1.: Del konklusion.: Nyt standby kredsløb.: Del konklusion.: Test 2.: Test af kredsløb i temperaturområdet -2 ºC til 6 ºC.: Test 1.: Test 2.: Del konklusion Test 3.: Del konklusion.: Test af temperaturmåler i klimaskab.: Del konklusion.: Test af købt sender kredsløb.: Levetid på batterier.:... 5 AAA batteri.:... 5 Del konklusion.: AA batteri.: Del konklusion.: Ny tid til Timer.: Modtageren 433MHz.: Konklusion.: Komponentliste og Total diagram (A3).: Litteratur-henvisninger.: Bilag.: Side 4/57

5 Klaus Jørgensen 8/6-24 Indledning.: Titel. Trådløs Temperaturmåler. Delmål 1.: Senderdelen skal bruge så lidt strøm som muligt, så batteriet kan holde i lang tid. For at kunne gøre det, skal der bruges et delay. Delayet skal tænde og slukke for senderdelen ca. 1 gang i minuttet, så der kan blive sendt data. Temperaturmåleren i senderdelen skal have en nøjagtighed på ±1ºC. Delmål 2.: Modtagerdelen kan bruge en DC omformer sat til 23AC, så der stilles ikke de store krav til strømforbruget i første omgang. Modtagerdelen skulle kunne modtage signalet fra senderen og det signal der modtages, skal laves om til en spænding, som kan måles med et multimeter. Delmål 3.: Displayet på modtagersiden kan evt. være et 4x16, eller 4x2 display med en pic kreds, eller laves med 7. segmenter, alt efter hvor meget tid der er. Der kan f.eks. derefter udvides med udtag til PC. Side 5/57

6 Klaus Jørgensen 8/6-24 Generelt om temperaturmålere.: For at kunne fastsætte kravene til dette projekt, er der søgt på en masse trådløse temperaturmålere hos forskellige producenter, for at finde ud af følgende: Hvor langt der sendes data, hvilken frekvens der sendes data på. Hvor ofte der sendes data fra måleenheden til basen. Hvor mange cifre temperaturen opgives med. Hvor stor afvigelse der er i temperaturen. Der er også blevet købt en temperaturmåler fig. 1 for at lave nogle forskellige målinger på den, for bl.a. at finde ud af hvor meget strøm senderdelen fig. 2 bruger i standby og når den sender data. Specifikationerne for den temperaturmåler der er købt kan ses i bilag. 12. Der er stor forskel på hvor langt der sendes data fra producent til producent. Det svinger imellem 25 meter og 1 meter. Alle de producenter der er kigget på, sender dog på den samme frekvens, nemlig MHz. Der er også forskel på hvor ofte der bliver sendt data fra producent til producent. Det svinger fra ca. 1 minut til 1 minutter, opgivelsen af temperaturen er for det meste opgivet med et cifre efter kommaet, afvigelsen er stort set også den samme hos alle producenter nemlig ±1ºC. Alle disse oplysninger er fundet i datablade fra producenterne. (Se litteraturliste side 56 hvor der er link til de forskellige producenter). Ud fra det data der er blevet fundet om trådløse temperaturmåler hos de forskellige producenter, kan der fastsættes nogle krav som det færdige produkt skal overholde. fig. 2 fig. 1 Side 6/57

7 Klaus Jørgensen 8/6-24 Problemformulering.: Kravspecifikation.: Længden af data overførsel er sat til ca. 25 meter. Sende frekvensen i dette projekt er valgt til den samme frekvens som de fleste producenter bruger nemlig MHz. Der fås færdige senderkredse til netop denne frekvens. Overførslen af data fra måleenheden til basen skal ske ca. 1 gang i minuttet og have en varighed fra 1m sek. til 1 sek. Temperaturen skal opgives med et ciffer efter kommaet. Temperaturen må afvige med ±1ºC. Senderdelen skal have et så lille strømforbrug fra batteriet som muligt. Prioriteringsrækkefølge.: 1. Senderdelen. 2. Så lille strømforbrug i senderdelen som muligt. 3. Modtagerdelen. 4. Konvertering af det modtagne signal til en spænding der kan måles med et voltmeter. 5. Udlæsning på display. Side 7/57

8 Klaus Jørgensen 8/6-24 Løsningsmodel.: Blokdiagram.: Power (batteri) Power. DC. Display. (7. segment) Standby kredsløb Interface. Temperatur - måler Interface. HF. Sender. (433MHz) HF. Modtager. (433MHz) Temperatur måler. fig. 3 Blok beskrivelse.: Senderdel.: Standby kredsløb.: Der skal laves et standby kredsløb som skal lukke ned for hele senderdelen når der ikke skal sendes data. Grunden til dette, er for at spare på strømmen som skal komme fra et batteri. Standby kredsløbet skal være OFF i ca. 1 minut og ON i ca. 1 sek. når der skal sendes data. Power batteri.: Senderdelen skal kunne leve i min. 1 år på batteri spænding. Batteriet der skal bruges skal være 2 x 1.5V eller 1 x 9V batteri alt efter hvor høj spænding der skal bruges. Temperaturmåler.: Som temperaturmåler er der valgt at bruge en 1N4148 diode og den skulle kunne måle fra -2 C til 6 C, den skal have en nøjagtighed på ±1ºC. Interface.: Skal lave det signal der kommer fra temperaturmåleren om til et signal som senderkredsen kan bruge. HF-sender.: Som HF-sender er der valgt at bruge en færdig kreds. Modtagerdel.: Power DC.: Forsyningen til modtagerdelen skal være en AC til DC omformer Modtagerdelen skal bruge 3V 12V efter behov og modtagerdelen skal være tændt hele tiden, for at undgå synkronisering af sender og modtagers ON og OFF tider med hinanden. HF-modtager.: Det er valgt at bruge en færdig kreds til modtagerdelen. Temperaturmåler.: Som måleenhed i modtagerdelen er der valgt at bruge en LM35 kreds som skal kunne måle fra -1 C til 7 C den må lige som i senderdelen have en nøjagtighed på ±1ºC. Interface.: Skal lave signalet fra HF-modtageren og fra temperaturmåleren om til nogle signaler som displayet kan bruge. Display.: Som display kan der bruges 7-segmenter eller et 4x16 eller 4x2 display. Side 8/57

9 Klaus Jørgensen 8/6-24 Tidsplaner.: Forventet tidsplan.: fig. 4 Faktiske tidsplan.: fig. 5 Side 9/57

10 Klaus Jørgensen 8/6-24 Tilladte sendeområde for data-signaler.: Før sender- og modtagerdelen til temperaturmåleren kan laves, er der nogle ting der skal undersøges, så som hvilke frekvenser der må sendes på, da der er en masse ting som bruger trådløs kommunikation i dag, og det er heller ikke lige meget hvor lang et signal skal sendes. For at finde ud af disse ting blev IT og Telestyrelsens hjemmeside brugt hvor diverse frekvensplaner blev fundet. (se uddrag af frekvenstabel i bilag. 13) Ud fra den frekvensplan der blev fundet, blev det bestemt at frekvensen der skulle sendes på skulle ligge mellem. 432MHz - 438MHz. Da dette frekvensområde er til amatørbrug og til lav effekts sendesystemer, så som temperaturmåleren i dette projekt må siges at være og da der skal sendes data over ca. 25 meter. Dette frekvensområde bruges bl.a. til centrallås i biler, trådløse hovedtelefoner og det bruges også til trådløse vejrstationer. De sender- og modtager kredse der skal bruges i dette projekt til at sende data med, kan sende og modtage på frekvenser fra 4MHz til 44MHz. Link.: IT- og Telestyrelsens hjemmeside. Frekvensplan - forord samt bilag (18. marts 24) %2forord%2samt%2bilag.pdf Frekvenstabel 24 (18. marts 24) Side 1/57

11 Klaus Jørgensen 8/6-24 Standby kredsløb.: Der blev fundet nogle diagrammer over timerkredsløb på nettet med en LM555 se bilag. 14. Ud af disse diagrammer er det kredsløbet på fig. 6 der bruges, der er dog regnet lidt om på det for at få det til at passe efter de krav der er sat. Kravet til timer kredsløbet er at det skal tænde for kredsløbet i ca. 1. sek. Pr. minut. LM555 kredsen kan dog ikke bruges, da den bruger alt for meget strøm, typisk 3mA i hvilestrøm, som det også ses i bilag. 15. Derfor blev der fundert en ICM7555IN som er en CMOS kreds, som har et temperaturområde mellem -4 ºC og +85 ºC og bruger kun 5µA ved 5V typisk i hvilestrøm og kan levere 1mA på udgangen se bilag. 16, i testen bruges der en ICM7555CN som har et temperaturområde mellem ºC og +7 ºC, men ellers er det de samme data som ICM7555IN har og de har samme funktioner og ben forbindelser som en LM555 timer. R1 R2 C fig. 6 ON _ Tid =,693* R1* C OFF _ Tid =,693* R2* C Formler herover er dog kun tilnærmelser da der er en diode med i spillet, som har et spændingsfald på,7v og en elektrolyt som har en nøjagtighed på ±1 %. Derfor er det kun ca. værdiger der fås, men det er godt nok til dette kredsløb. Side 11/57

12 Klaus Jørgensen 8/6-24 Bregninge.: ON tid som ønskes : ca. 1 sek. OFF tid som ønskes : ca. 59 sek. Der bruges en kondensator på 1µF i stedet for en kondensator på 22µF da en kondensator på1µf er fysisk mindre og derfor vil passe bedrer ind i det færdige produkt. ON,693* C 1,693*1µ Tid ONTid =,693* R1* C R1 = = = 14,43kΩ 15kΩ E12 NY _ ONTid =,693* R1* C =,693*15k *1µ = 1sek. OFF 59,693*1µ Tid OFFTid =,693* R2* C R2 = = = 851k 82k ΩE 12 1MΩ E12,693* C OFF =,693* R2* C =,693*1M *1µ 69sek. Tid _ 1MΩ = OFF =,693* R2* C =,693*82k *1µ 57sek. Tid _ 82kΩ = Del konklusion.: R2 på fig. 7 blev valgt til 1MΩ i stedet for en 82KΩ, da det er bedre med en længere OFF tid frem for en kortere OFF tid. Det er dog kun 12 sek. forskel der er tale om, men det bliver også en del flere gange at kredsløbet skal tændes, for at sende data og det koster strøm fra batteriet, som dermed får en kortere levetid. Men da der bruges en elektrolyt som har en nøjagtighed på ±1 %, er tiderne der er angivet i sekunder kun et ca. tal. Dette har dog ikke så meget at sige da der bare ønskes data sendt ca. en gang i minuttet. Kredsløb med kort ON tid.: Kredsløbet der ses på fig. 6 er blevet forbedret en smule i forhold til fig. 7 ved at der er sat 3 kondensatorer mere ind i kredsløbet (C2, C3, C4) de fjerner det støj der måtte være og gør kredsløbet meget mere stabilt. 9Vdc V1 C4 1n D1 D1N4148 R2 1M R1 15k C1 1µF C3 1n fig U1 V+ DISCH ICM7555CN THOLD TRIG RESET 5 CONTV OUT 3 C2 1n Out OFF ON OFF ON OFF Side 12/57

13 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test.: Til testen blev der blevet lavet et lille testprint på verobord som ses på fig. 8 Målingerne er fortaget med en 1:1 probe. fig. 8 I testen med 9V er ON tiden ca. 1.2 sek. fig. 9 Men det viste sig at kredsløbet brugte alt for meget strøm i OFF tilstand. OFF tilstand målt : 717µA. ON tilstand målt : 3µA. fig. 9 Der blev skruet ned for forsyningsspændingen for at se hvor lidt spænding ICM7555CN kredsen kunne virke ved, i databladet bilag 16. står der at ICM7555CN kredsen kan virke ned til 3V forsyningsspænding, Det viste sig at den ikke er særlig stabil når spændingen kommer under 3V som det ses på fig. 1 som er målt ved 2.5V. fig. 1 ICM7555CN kredsen blev også testet med en forsyningsspænding på 3V se fig. 11 men den trækker stadigvæk for meget strøm. ON tiden er på ca. 1.6 sek. OFF tilstand målt : 264µA. ON tilstand målt : 11µA. fig. 11 Side 13/57

14 Klaus Jørgensen 8/6-24 Del konklusion.: Kredsløbet som ses på fig. 7 side 12 blev testet og det viste sig at det trækker alt for meget strøm, da det har et strømforbrug gennem R1, da der ligger V på ben 7 af U1 når den var i OFF position. Strømmen faldt drastisk i ON position, derfor blev kredsløbet der ses på fig. 12 testet i stedet for. Da ON tiden i dette kredsløb var den længste og det viste sig at det virkede omvendt af kredsløbet på fig. 7 side 12 Kredsløb med kort OFF tid.: R3 sættes til den samme værdig som R1, og der bruges de samme værdiger som i fig. 7 side 12 da tidsforskellene stadigvæk ønskes til de samme. Nu er OFF tiden bare 1 sek. og ON tiden 64 sek. 3Vdc V1 R3 15k D1 D1N4148 C4 1n R2 1M R1 15k C1 1µF U1 V+ ICM7555CN THOLD TRIG RESET 7 DISCH 5 CONTV OUT 3 C2 1n C3 1n Out ON OFF ON OFF ON fig. 12 Test.: Til test af kredsløbet som ses på fig. 12 blev der også lavet et lille testprint på verobord fig. 13 fig. 13 Side 14/57

15 Klaus Jørgensen 8/6-24 Målingerne blev fortaget med en 1:1 probe. I testen med 9V forsyning, viste det sig at kredsløbet brugte for meget strøm, Og OFF tiden er ca. 1,3 sek. fig. 14 9V forsyning. ON tilstand målt 123µA. OFF tilstand målt 717µA. fig. 14 Der blev skruet ned for forsyningsspændingen, for at se hvor langt ned i spænding timer kredsløbet kunne virke til, i databladet bilag. 16 står der at ICM7555CN kredsen kan virke ned til 3V forsyningsspænding. Det viste sig at den kunne virke stabilt helt ned til kun 1V i forsyningsspænding, når pulsen skal være negativ, men OFF tiden blev meget lang ca. 9 sek. fig. 15 1V forsyning. ON tilstand målt 8,8µA. OFF tilstand målt 71,5µA. fig. 15 I testen med 3V forsyning var OFF tiden ca. 2 sek. hvilket er lidt for lang tid, men strømmen er meget god. 3V forsyning. ON tilstand målt 63µA. OFF tilstand målt 26µA. fig. 16 Del konklusion.: Det blev bestemt at bruge 3V som forsyningsspænding, da det er den samme spænding som fås ved 2 x 1,5V AA batterier, og fordi at der bruger timer kredsløbet ikke så meget strøm. Ved 3V er det også muligt at få en operationsforstærker til at virke til temperatur måleren. Side 15/57

16 Klaus Jørgensen 8/6-24 Ny OFF tid på timer kredsløb.: Da det var bestemt at kredsløbet skulle bruge 3V i forsyning, skulle den tid hvor ICM7555CN kredsen er OFF omregnes, da tiden er ca. 2 sek. fig. 16 på side 15. Den ønskede tid skulle være ca. 1 sek. Ud fra formlen der ses herunder, kan det ses at hvis R1 gøres mindre vil OFF tiden blive mindre. For at teste det i praksis blev R1 og R3 fig. 12 side 14 gjort mindre, ved at sætte dem i parallel med en 15kΩ modstand hver, for R1 og R3 skal være lige store. OFF Tid =,693* R1* C =,693*15k *1µ = 1sek. OFF Tid =,693* R1* C =,693* ( 15k //15k)*1µ =, 52sek Som det ses på fig. 17 er OFF tiden på ca. 1 sek. ud fra det kan det konkluderes at formlen til at beregne OFF tiden med ikke passer helt når der kun bruges 3V i forsyning. R1 og R3 som består af to 15kΩ i parallel hver, blev skiftet ud med en 6,8kΩ modstand se fig. 19 R1 = 15k //15k = 7,5k 6,8kΩ E12 OFF Tid =,693* R1* C =,693*6,8 k*1µ =, 47sek fig. 17 Den lidt korter sende tid vil øge levetiden på batterierne. Strøm forbruget i kredsløbet faldt en smule ca. 2µA efter at de to på 6,8kΩ modstande monteret se fig. 19. På fig. 18 er forsyningsspændingen ændret til 2V for at se hvor stor en ændring der ville ske i pulsen, og som det ses ændrede den sig ikke meget, ca. 1m 2m sek. fig. 18 C6 1n R1 6.8k R8 6.8k R9 1M VCC 3V U3 V+ DISCH ICM7555CN THOLD TRIG RESET 5 3 CONTV OUT C8 1n 6-12sek. 1sek. 1sek. puls fra timer 3V V D2 D1N4148 C7 1n C5 1µ fig. 19 Side 16/57

17 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test af ICM7555CN kredsen.: Timer kredsløbet som ses på fig. 2 er blevet testet for at se hvor meget strøm det bruger i ON og i OFF tilstand, det er gjort med 2 ICM7555CN kredse for at se hvor stor afvigelse der er på kredsene ved 3V forsyning. C6 1n R1 6.8k R8 6.8k R9 1M VCC 3V U3 V+ ICM7555CN THOLD TRIG RESET DISCH 5 3 CONTV OUT C8 1n 6-12sek. 1sek. 1sek. puls fra timer 3V V D2 D1N4148 C7 1n C5 1µ fig. 2 Testopstilling der ses på fig. 21 blev brugt til at teste timerkredsløbet med. Der blev taget 2 målinger på hver IC kreds en når, out er lav og en når, out er høj. DC power. 3V. Oscilloskop. A Timer kredsløb. 3V ICM755CN Out fig. 21 DC power : GW instek model. GPC-33DQ. Amperemeter : HP 3441A multimeter. Oscilloskop : Tektronix model. TDS 36. Side 17/57

18 Klaus Jørgensen 8/6-24 Målingerne af strømmen fra testen på timerkredsløbet blev sat ind i en tabel som ses her under Ud fra målingerne er der lavet to målegrafer, en når output er lav (ON) fig. 22 og en af gennemsnits strømmen når output er høj (OFF) fig. 23 µa. ON µa. 6 IC. fig. 22 OFF Ge nne m s nit IC. fig. 23 Test af strømforbrug med ICM7555CN VCC 3V IC. OFF. OFF. ON. µa Middel µa µa 1 63,2-62,4 62, ,6-62,1 62,85 261,8 3 6, - 58,9 59,45 258,6 4 61,2-6,1 6,65 259,9 5 61,6-6,6 61,1 26,3 6 59,5-58,4 58, ,3-61,3 61,8 261,1 8 62,8-61,4 62, ,2-6,8 61,5 26,4 1 61,5-59,9 6,7 259, ,4-62,5 62,95 262, ,7-58,7 59,2 258, ,6-6, ,2 14 6,6-59,3 59,95 259, ,9-59,7 61,3 261, , - 6,8 61,4 26, ,1-59,9 6,5 259, ,4-6,3 61,35 261, ,9-6,7 61,8 261,5 2 62,3-61,1 61,7 26,7 Del konklusion.: De to grafer er stort set identiske bortset fra strømmen. Ud fra graferne kan man se at ICM7555CN kredsen bruger ca. 2µA mere når output af kredsen er lav (ON), lige meget hvilken kreds der bruges. Der er en lille variation i strømforbruget som IC kredsene bruger, men det er dog ikke meget og den variation der er, er den samme i ON og OFF tilstand. I _ OFF = I I = 63µ 59µ 4µA max min = I _ ON = I I = 262µ 258µ 4µA max min = De 4µA der er i variation i strømforbruget i både ON og OFF tilstand er ikke meget og er derfor acceptabelt. Side 18/57

19 Klaus Jørgensen 8/6-24 Beregning af R dynamisk i en 1N4148 diode.: Der ønskes at bruge en 1N4148 diode som føler til temperaturmåleren, derfor er der lavet nogle test med en 1N4148 diode bl.a. for at finde diodens dynamiske modstand som kaldes R dyn. Der blev lavet en måleopstilling som ses på fig. 24. Strømmen igennem 1N4148 dioden er valgt til 1µA i den færdige temperaturmåler. I testeopstillingen ændres strømmen igennem 1N4148 dioden fra 5µA til 15µA med 5µA i interval og spændingen over dioden måles og sættes ind i en tabel sammen med den strøm som løber igennem dioden ved den spænding. Instrumenter der er brugt i måleopstilling.: DC : GW instek model. GPC-33DQ. Amperemeter : HP 3441A multimeter. Voltmeter : Fluke 45 multimeter. DC Power- Supply A 1N414 1k R dynami V fig. 24 Målingerne er fortaget ved ca. 25 C 1N4148 Rdynamisk µa m mv fig. 25 Beregning af R dyn. U = U U 58m 472m 36mV max min = I = I I 14µ 6µ 8µA max min = U 36m R dyn = = 45Ω I 8µ Målinger på 1N4148 U diode i mv I diode i µa , , , , , , , , , , , , ,5 12 5, , , , , ,8 15 Side 19/57

20 Klaus Jørgensen 8/6-24 R dynamisk som er beregnet til 45Ω, kan bruges til at se hvor meget strømmen igennem dioden må ændre sig, når der er stillet et krav om at temperaturmåleren skal have en nøjagtighed på ±1ºC. 1ºC svare til en spænding på 2,1mV. U C 2,1m I 1 o = = = 4, 67µA Rdyn 45 ± Ud af beregningen kan det ses at strømmen må ændre sig ±4,67µA fra de 1µA som der skal løbe gennem dioden for den er helt nøjagtig. Test af 1N4148 diode.: Der er også blevet fortaget test på 25 forskellige 1N4148 dioder, for at se hvor stor forskel der er på dioderne. Til dette forsøg blev test opstillingen der ses på fig. 24 side 19, brugt og med de samme måleinstrumenter. Der blev lavet en måling efter 1 sek. fig. 26 og efter 1 sek. fig. 27 for at se om det ændrede noget i målingerne. mv mv Efter 1 sek diode Nr. fig. 26 Efter 1 sek. 1 2 diode Nr. fig. 27 Test af forskellen på 1N4148 dioder ved 1µA Nr. U diode i mv 1 sek. 1 sek , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,2 479 Side 2/57

21 Klaus Jørgensen 8/6-24 Temperatur måler med 1N4148 diode. Der er valgt at bruge en 1N4148 diode som udendørs temperatur måler. En af grundende til at der blev valgt en 1N4148 er at den er billig, og har en lille termisk tids konstant. 1N4148 temperatur måleren skal måle i temperaturområdet -2 C til +6 C og dette område er valgt fordi at produktet primært er tiltænkt det danske klima. Det er valgt at bruge 1N4148 dioden ved 1µA fig. 28 for ikke at bruge for meget strøm fra batteriet. Se også bilag. 18 fig. 1-15ºC = 6mV 8ºC = 4mV Forskellen i grader. = 15 8 = 95 C grader Forskellen i volt. = 4m 6m = mv volt 2 volt 2m Volt / C = = = 2,1mV / C 95 grader fig. 28 Det antal volt pr. ºC der er fundet er en negativ spænding på -2,1mV. Dvs. at hvis temperaturen stiger 1 ºC vil spændingen over 1N4148 dioden falde 2,1mV. Her beregnes spændingen over dioden ved forskellige grader. Spænding ved -2 ºC 2 15 = 5 C V ( 5* volt / C) = 6m + ( 5*2,1m ) = 61,5m mv C = V 15 C Der afrundes til 61mV for at have et rundt tal at regne med. Spænding ved +6 ºC 8 6 = 2 C ( 2* V / C) = 4m + ( 2* 2,1m ) mv + 6 C = + 8 C _ volt + = 442 Spænding ved ºC 8 = 8 C ( 8* V / C) = 4m + ( 8* 2,1m ) mv C = + 8 C _ volt + = 568 Spændings variation over 1N4148 dioden. 1 1_ 2 1_ 6 = U D = U D C U D + C = 61m 442m 168mV Side 21/57

22 Klaus Jørgensen 8/6-24 Temperaturmåleren skal fungere med 3V i forsyning, da måleenheden skal fungere med to 1,5V batterier. Der er derfor sat store krav til oprationsforstærkeren som ikke må bruge for meget strøm når den skal lave sin måling. Der er blevet fundet en oprationsforstærker hos Microchip, MCP642 som indeholder to oprationsforstærkere som typisk kun bruger 6nA pr. stk. og som skal have en forsyningsspænding på 1,4V - 5,5V og kan gå fra rail to rail på output. For mere information se bilag. 2 D1 D1N4148 R5 U2 XC621P182PR VCC 3V 1 IN OUT 2 1.8V C3 C4 1n 1n GND 3 R1 3k R2 3k C19 1n 1.5V 2 3 R3 1.5M - + VCC 3V 8 4 V+ V- 1 OUT U1A MCP642I/P4TP C1 1n R4 1.8V 1k R6 1M R7 1M k 8 4 V+ V- C2 1n.9V = -2C.5V = +6C 7 OUT U1B MCP642I/P4TP VCC 3V C2 1n fig. 29 Det er valgt at når der er 6 C skal der være,5v på Uout (ben 7). Det er også valgt at 1 C skal svare til 5mV på Uout (ben 7). Ud fra de valg kan den spænding der vil være på ben 1 når der er -2 C findes. U Uout + ( C * Uout / C) =,5 + ( 6 ( 2) *5m), mv ben1 = + 6 C = 9 Nu kan den spænding der skal være på ben 3 findes. U U + U =,9 + 61m 1, V ben3 = ben1_ 2 C D1_ 2 C = 51 R2 og R3 udgør en spændingsdeler som skal lægge en fast spænding på ben 3 for at hæve spændingen på ben 2. Spændingsdelen får en fast spænding fra spændingers regulatoren på 1,8V Side 22/57

23 Klaus Jørgensen 8/6-24 For at bruge så lidt strøm og for ikke at lave for meget varme, er strømmen i spændingsdelen valgt til kun at være på 1µA. R U ( 1,8 1,51) R2 2 = = = 29k 3kΩ E 24 I R2 1µ U 1,51 R3 R3 = = = 1,51M 1, 5MΩ E12 I R3 1µ R3 1,5M Ny _ U ben3 = U * = 1,8* = 1, 5V R2 + R3 3k + 1,5 M kontrol I U 1,8 = = R 3k + 1,5M = 1 µa ( ) ( ) ( ) R1 kan nu bregnes da spændingen på ben 3 kendes, og strømmen som D1 skal bruge er sat til 1µA. U R1 ( 1,8 1,5 ) R1 = = = 3kΩ E 24 I 1µ D1 Der må ikke løbe nogen strøm igennem R4 ved -2 ºC, derfor skal spændingen på ben 5 hæves til den samme spænding som er på ben 1 ved -2 ºC som er,9v. De,9V skal laves med en spændingsdeler, som for forsyning fra spændingsregulatoren på 1,8V, det er valg at der må løbe 1µA i spændingsdelen som består af R6 og R7. U,9 R7 R7 = = = 9k 1MΩ E12 I R7 1µ U R7,9 Ny _ I R7 = = = 9nA R7 1M R U ( 1,8,9) R6 6 = = = 1MΩ E12 I R6 9n Forstærkningen skal laves mellem R4 og R5, R4 er valgt til 1kΩ U Out ( U Max U Min ) (,9,5) Au = = = = 2, 38gg U U U 61m 442m ( ) ( ) D1 2 C + 6 C R5 = AU * R4 = 2,38*1k = 238k 22kΩ + 47kΩ potmeter 237kΩ E 48 Del konklusion.: I den første test med temperaturmåleren blev der brugt en 237kΩ E24 modstand. Det viste sig at være en dårlig ide, da temperaturmåleren målte lidt forkert så der blev nødt til at være nogle justerings muligheder på grund af den offset fejl som beregnes på sider 24 og 25. Side 23/57

24 Klaus Jørgensen 8/6-24 Offset fejl.: U os og I os er aflæst i bilag. 2 Rdyn 45 U1 A = U OS * I OS * Rdyn = 3m * p *45 = 3, 45mV R1 3k R5 237k U1 B = U OS * IOS * R5 = 3m* p*237k = 1, 11mV R4 1k U = ( U1A* AU1 ) + U1B = ( 3,45m*2,37) + 1,11m = 18, mv offset B 29 Offset fejl i drift.: MCP642 kredsen har en drifts fejl på ±1,5µV/ºC aflæst i bilag. 2 Indjusteringen af temperaturmåleren vil normalt blive fortaget ved 2 ºC indendørs da det er midten af det temperaturområde den skal virke i, og ud fra det kan det ses at der vil være 4 ºC til ydrepunkterne. R5 237k U1 B = 4* µv / C * IOS * R5 = 4*1,5 µ * p* R5 = 22µV R4 1k U = ( U1A* AU1 ) + U1B = ( 69µ *2,37) + 22µ = µv drift B 366 U drift pr ºC kan nu beregnes, hvor U drift for 4 ºC kendes. o U drift 4 C 366µ U drift = = = ± 9, 15µV 4 4 Nu hvor U drift i MCP642 kredsen er beregnet til 9,15µV/ºC på Uout som ikke er meget skal der ses på resten af kredsløbet og findes ud af hvor der mere kan komme en spændings variation fra. Det kan der komme fra 1,8V spændingsregulatoren, hvor resultatet derfra skal lægges sammen med de 9,15µV/ºC for at få den samlede spændings variation for hele temperaturmåleren. I databladet for XC621P182 bilag. 19 blev det fundet et på ±1 ppm (parts pr. million), dette tal skal omregnes så det kan bruges i dette regnestykke. Uout *1.. 1,8*1.. V / ºC = = = ± 18µV /º C = Uin 1 1 Derefter kan der beregnes hvor stor en driftsspænding spændingsregulatoren bidrager med på udgangen af temperaturmåleren. R3 Rdyn Rdyn R5 + R18 U drift = U in * * 1 * R2 R3 + R1 R1 = R4 + 1,5 M k 18µ * * 1 + * = ± 356µV 3k + 1,5 M 3k 3k 1k Side 24/57

25 Klaus Jørgensen 8/6-24 Nu hvor U drift for spændingsregulatoren er beregnet, skal de to resultater lægges sammen for at få hele den spænding som kredsløbet kan ændre sig i forhold til temperaturen. U = U opamp + U reg = 9,15µ + 356µ = µv drift drif drift 365 Ud fra det resultat kan det beregnes hvor mange % pr. ºC temperaturmåleren måler forkert i drift. U drift *1 365µ *1 % o = = = 7,3% pr C V 5m o pr C Del konklusion.: Det kan tydelig ses hvilken komponent der kommer med det største fejlbidrag i drift, ud fra beregningerne her over, hvis der skal laves nogle forbedringer i temperaturmåleren, så skal der bruges en anden spændingsregulator som har et meget laver drift bidrag end den der bruges nu, oprationsforstærkeren kan der ikke gøres meget ved da den kun har et bidrag på 9,15µV/ºC som ikke er meget, men spændingsregulatoren bidrager med 356µV/ºC hvilket er meget i forhold til oprationsforstærkeren. CMRR.: U CM er den spænding som der er på + benet af oprationsforstærkeren, U ECM er den forskel der kan være på + benet i for hold til - benet. CMRR er aflæst i datablad bilag. 2 der er valgt at bruge typ.-værdier. (CMRR min = 6dB) UCM 1,5 1,5 UECM1 A = = = = 15µV CMRR 8dB 1. Rdyn 45 UCM 1 A = 1 + * UECM = 1 + *15µ = 172, 5µV R1 3k UCM,9,9 UECM1 B = = = = 9µV CMRR 8dB 1. R5 237k UCM1 B = 1 + * UECM = 1 + *9µ = 33, 3µV R4 1k UECM = ( UCM AU ) + UCM = ( 172,5µ *2,37) + 33,3µ µv total 1 A * 1B 1B = 712 Del konklusion.: Ændringen på 712µV skal ses i forhold til en ændring fra 5mV til 9mV. Der er også lavet offset, drift og CMRR beregninger på en TLV2782 oprationsforstærker bilag. 1 for at finde ud af hvilken der er bedst, og det viste sig at MCP642 kredsen har et mindre drift bidrag. Side 25/57

26 Klaus Jørgensen 8/6-24 Ind justering af temperaturmåleren.: R1 og R22 skulle have været en modstand og det samme skulle R2 og R23 men på grund af at 3kΩ E24 og 3kΩ E24 ikke var på lager er der brugt de værdier der ses på fig. 3. De to justerings muligheder der er blevet tilføjet er R2 og R21 i prototypen er der brugt single-turns potmeter og i det færdige produkt skal der bruges multi-turns potmeter. R2 er til justering af forstærkningen, R21 er til justering af offset spændingen som efter beregningerne skal være på,9v. D1 D1N4148 R5 2 47k 3 1 U2 XC621P182PR VCC 3V 1 IN OUT 2 1.8V C3 C4 1n 1n GND 3 R1 1.5k R2 15k R22 1.5k R23 15k C19 1n 1.5V 2 3 R3 1.5M - + VCC 3V 8 4 V+ V- 1 OUT U1A MCP642I/P4TP C1 1n R21 47k R4 1.8V 1k R6 1M R7 1M 22k 8 4 V+ V- R2.9V = -2C.5V = +6C 6-7 OUT 5 U1B + MCP642I/P4TP VCC 3V C2 1n C2 1n C21 1p fig. 3 1N4148 dioden skiftes ud med en meget nøjagtig spændingsregulator af typen Digistant Typ 675. DC power. 3V. R2 R21 Temperaturmåler 1N4148 V Spændingsregulator fig. 31 DC power : GW instek model. GPC-33DQ. Voltmeter : HP 3441A multimeter. Spændingsregulator : Digistant Typ Spændingsregulator indstilles med de spændinger der vil ligge over 1N4148 dioden ved en hvis temperatur, og på udgangen af temperaturmåleren måles der med et voltmeter. Side 26/57

27 Klaus Jørgensen 8/6-24 Først indstilles spændingsregulatoren til 61mV, som er den spænding der vil ligge over dioden ved -2 ºC se side 21, hvor der skal være 9mV på udgangen, og en AU på gange i temperaturmåleren, når spændingsregulatoren er indstillet til 61mV, justeres offset potmeteret (R21) til der er præcis 9mV på udgangen af temperaturmåleren. Derefter indstilles spændingsregulatoren til 442mV som er den spænding der vil ligge over dioden ved 6 ºC se side 21, og forstærknings potmeteret justeres til der er præcis 5mV på udgangen af temperaturmåleren. På fig. 32 ses der en måletabel som blev brugt til at kontrollere at temperaturmåleren gav den rigtige spænding på udgangen. Temperatur. U diode. Uout. Formel. -2 ºC 61mV 9mV Side 21 ºC 568mV 8mV 61 m ( 2*2,1m ) = 568mV 2 ºC 526mV 7mV 568 m ( 2*2,1m ) = 526mV 4 ºC 484mV 6mV 526 m ( 2*2,1m ) = 484mV 6 ºC 442mV 5mV 484 m ( 2*2,1m ) = 442mV fig. 32 Efter at temperaturmåleren er blevet kalibreret med en spændingsregulator, sættes 1N4148 dioden i, og offset potmeteret (R21) skal højest sandsynligt indjusteres igen. Til dette skal der bruges en anden temperaturmåler som reference, her blev der brugt et RS digital termometer, som var det mest nøjagtige termometer der kunne findes på OTS. Justeringsopstillingen ses på fig. 33 R2 R21 DC power. Temperaturmåler 3V. V 1N414 Digital termometer. føler fig. 33 DC power : GW instek model. GPC-33DQ. Volt : HP 3441A multimeter. Digital termometer : RS Ind justeringen af temperaturmåleren med dioden som føler skete ved 23,8 ºC. For at finde ud af hvor stor en spænding der skal måles på voltmeteret ved denne temperatur blev følgende formel brugt. o Uout = Uout ( temperatur * V / C ) = 8m ( 23,8*5m) mv o C Uout = 681 Side 27/57

28 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test af temperaturmåler.: Da temperaturmåleren var blevet indstillet med spændingsregulator, og inden at temperaturføleren 1N4148 dioden blev monteret. Blev der lavet en graf fig. 34 der viser unøjagtigheden på udgangsspændingen i forhold til den spænding der skulle være på udgangen. I bilag. 2 ses en mere nøjagtig graf samt måletabel. Nøjagtighed på temperaturmåler Uout Uin Idell Uout Målt Uout fig. 34 DC power 3V Spændingsregulator Temperaturmåler Voltmeter Reference temperatur fig. 35 Del konklusion.: Konklusionen på denne test er at, temperaturmåleren er meget stabil ved 25 ºC den afviger kun med,6mv det værste sted, fra den spænding den skulle give ud. Side 28/57

29 Klaus Jørgensen 8/6-24 Spænding til Frekvens.: Spændingen der kommer fra temperaturmåleren, laves om til en frekvens, denne frekvens skal bruges til at tænde og slukke for udgangen på sendere kredsen, så der bliver sendt nogle pulser af 433,92MHz af sted til modtager kredsen se eksempel på fig. 36 1KHz 433,92MHz fig. 36 Der blev forsøgt at finde nogle færdige kredse til dette formål. Der blev samtidig fundet nogle kredse der kunne lave en spænding om til en frekvens, men ud af alle de kredse der blev fundet var der ikke nogen der kunne fungere med en forsyningsspænding på 3V. Det mindste der blev fundet var ned til 4V i forsyningsspænding og det er for meget da der kun er 2 x 1.5V batterier til at lave forsyningen med. Da der ikke kunne findes en færdig kreds, blev der fundet et Spænding til Frekvens kredsløb bestående af to oprationsforstærker se fig. 37. Kredsløbet der ses på fig.37 blev dimensioneret efter bedste evne ud fra den korte tekst fra bogen operational amplifiers af George Clayton og Steve Winder. D1 R4 R4 << R1 C e in R1 - R2 R3 U1 OUT + + U2 OUT - fig. 37 R3 f = * e R2* in ( V V )* C * R1 + out out Side 29/57

30 Klaus Jørgensen 8/6-24 Spænding til Frekvens beregninger 1.: Frekvensen er valgt til 1KHz fordi at det er den samme operationsforstærker der bruges som til temperaturmåleren (MCP642I/P) og den kan kun klare frekvenser op til typisk 14KHz. e in er den laveste spænding der kommer fra temperaturmåleren, som er,5v. Modstandene er valg til følgende. R1 = 47kΩ R2 = 1kΩ R3 = 1kΩ R4 skal være meget mindre end R1 og er valg til 1kΩ D1 = 1N4148 Ud fra disse valg kan C beregnes. R3 1k C1 = * ein = *,5 = 3,55n 3,3nF R2* V V * f * R1 1k * 3 *1k *47k ( ) ( ) + out out R3 1k ny _ f = * ein = *,5 = 1,75KHz R2* V V * C * R1 1K * 3 *3,3n *47k ( ) ( ) + out out Kredsløbet på fig. 38 blev bygget op på et vero-board for at teste det. D N5817 1N4148 R4 1k C1 R3 e in R1 47k n U1A MCP642 1 VCC R2 1k 5 6 1k VCC U1B MCP642 fig. 38 Side 3/57

31 Klaus Jørgensen 8/6-24 Del konklusion.: Det viste sig dog hurtigt under testen at det ikke virkede som det skulle. Kredsløbet sendt pulser ud med det samme, selv om e in var på V og det var meningen at kredsløbet først skulle sende pulser når der var,5v på e in eller derover. For at lave dette om skal ben 3 og 6 på operationsforstærkeren hæves til den mindste spænding der kan komme på e in som i dette kredsløb er,5v. For at løse dette problem laves der en spændingsdeler som får sin forsyning fra 1,8 volts spændingsregulatoren i temperaturmåleren. Det færdige spænding til frekvens kredsløb ses på fig. 39 Spænding til Frekvens beregninger 2.: I spændingsdeleren, er valgt til 1µA, da I Bias i en MCP642 er på 1pA pr. operationsforstærker. U I,5 1µ R6 R16 = = = 5k 56kΩ E12 U R16,5 I R16 = = =, 893µA R16 56k U I 1,8,5,893µA R R15 = 15 = = 1,456M 1, 5 M E12 R16 56k U R 16 = U * = 1,8* = 489, 3mV R15 + R16 1,5 M + 56k D3 R12 D1N4148 C9 47p 1k R14 1k 1.8V R11 47k V+ V- OUT 1 U4A MCP V 1.8V R13 1k V+ V- C11 4.7n 7 OUT U4B MCP642.5V R15 1.5M 4 C21 R16 4.7n 56k fig. 39 Side 31/57

32 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test af Spænding til Frekvens.: Målingerne er fortaget med en 1 : 1 måleprobe. Kredsløbet der ses på fig. 39 på side 31 blev bygget på et verobord for at se om det virkede som det skulle. Det viste sig dog hurtigt at det gjorde det ikke, da der var en meget væsentlig ting der ikke var taget højde for og det var slew rate i en MCP642, som typisk kun er på 3V/ms se bilag. 2 og båndbereden på 14KHz med en sinuskurve, hvilket er meget dårligt som det også ses på fig. 4 som er det signal der kommer ud af kredsløbet med en forsyningsspænding på 3V. 1 1 f max = = = 222Hz Tp 4,5m MCP642 oprationsforstærkeren blev skiftet ud med en LM358 som er væsentlig hurtigere, men som kun lige kan fungere ved 3V se bilag 22. I testen med LM358 viste det sig da også at 3V var for lidt spænding. Spændingen blev derfor øget til 6V hvor kredsløbet derefter virkede, og signalet på udgangen af kredsløbet blev meget bedre fig. 41. Frekvensen ændrede sig i forhold til spændingen der er på indgangen af U4A ben 2. Men da kredsløbet skal kunne virke ved 3V kan LM358 kredsen ikke bruges. f 1 1 3, KHz Tp 28µ 57 max = = = Der blev skaffet en TLV2782IP operationsforstærker som sample fra Texas Instruments se bilag. 21. Kredsen har en slew rate på 4,8V/µs hvilket er rigtig godt, hvilket også ses på fig. 42. Kredsløbet med en TLV2782IP har et strøm forbrug på 1,3mA, og der kan fås en max frekvens på ca. 1KHz ud, med en spænding på 1,5V på indgangen. 1 1 f max = = = 1KHz Tp 1µ fig. 4 fig. 41 fig. 42 Del konklusion.: Ud fra de tests der er fortaget kan det ses at det er meget vigtigt at kredsen har en god slew rate, derfor bruges TLV2782IP kredsen til Spænding til Frekvens kredsløbet. Strøm forbruget er ikke så vigtigt da der bliver slukket for kredsen når der ikke skal sendes. Side 32/57

33 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test med TLV2782IP.: Nu hvor det er fundet ud af at TLV2782IP oprationsforstærkeren, er den bedste til at lave en fra spænding til frekvens med, skal den testes. Til testen blev kredsløbet der ses på fig. 39 side 31 brugt. Det blev valgt at teste kredsløbet med 8mV på indgangen som er den spænding der vil være, hvis temperaturmåleren måler ºC, Frekvensen ud af TLV2782IP oprationsforstærkeren skal være stabil, også selv om spændingen flader en smule, da kredsløbet får sin spænding fra en 3V batteriforsyning. målinger fortaget med en 1 : 1 probe. Med en spænding på 8mV på indgangen af kredsløbet, fås signalet på fig. 43 på udgangen, som er en firkantpuls på ca. 4,7KHz, og en pk pk spænding på 3V. fig. 43 For at teste om frekvensen ud af oprationsforstærkeren er stabil blev der skruet langsomt ned for spændingen til 2V. Resultatet ses på fig. 42. Dog er resultatet ikke er så godt, da frekvensen har ændret sig til ca. 7KHz. For at være sikker på at frekvensen er stabil skal oprationsforstærkeren have en fast spænding, og det kan fås fra spændingsregulatoren på 1,8V, oprationsforstærkeren kan virke i området 1,8V 3,6V se bilag. 21. fig. 44 Efter at oprationsforstærkeren fik en fast forsynings spænding på 1,8V fig. 45, blev frekvensen ud af kredsen, meget mere stabil, helt ned til 1,9V på batterispændingen. Frekvensen er på ca. 7,8KHz med 8mV på indgangen og 1,8V som forsyning på oprationsforstærkeren. fig. 45 Side 33/57

34 Klaus Jørgensen 8/6-24 Efter at kredsen har fået en ny forsyningsspænding er der nogle ting der skal regnes om, såsom C1 og frekvensen. frekvensen ønskes også ændret da de 1KHz blev dimensioneret efter en MCP642IP, ikke er en speciel høj frekvens. Nu hvor der bruges en TLV2782IP som har en båndbrede på 8MHz, kan frekvensen godt øges en del, så derfor valgt at ændres frekvensen til 1KHz. R14 1k C9 = * ein = *,5 = 591p 47pF R13* V V * f * R11 1k * 1,8 *1k *47k ( ) ( ) + out out R14 1k ny_ f = * ein = *,5 = 126KHz R13* V V * C9* R11 1k * 1,8 *47p*47k ( ) ( ) + out out Efter de nye beregninger er der fortaget to tests, en med 5mV (6 ºC) på indgangen og en med 9mV (-2 º), for at finde de to ydrer frekvenser som kredsløbet kommer til at kører med. På fig. 46 ses udgangs signalet når der er 5mV (6 ºC) på indgangen, og der fås en frekvens på ca. 2KHz og en V pp på 1,8V. Dette signal er ikke så stabilt som det var ønsket. fig. 46 På fig. 47 ses udgangs signalet når der er 9mV (-2 ºC) på indgangen og der fås en frekvens på ca. 49KHz og en V pp på 1,8V dette signal er til gengæld meget stabilt. Ud fra disse oplysninger kan det findes ud af hvor mange Hz frekvensen ændre sig pr. ºC ( ) Hz KHzmax KHzmin 49K 47K o = = = 587, 5Hz o o C C C 6 2 ( ) max min ( ) ( ( )) fig. 47 Del konklusion.: Ud fra testen på spænding til frekvens kredsløbet, efter at der er fundet en ny forsyning og en ny værdig på C9, er signalet ud af kredsløbet blevet meget stabilt. Frekvensområdet der kan komme ud af kredsløbet går fra ca. 2KHz til ca. 49KHz, med en spænding på indgangen som går fra 5mV til 9mV. Der er en variation i frekvensen på 587,5Hz pr. ºC på udgangen, som må siges at være meget pænt. Side 34/57

35 Klaus Jørgensen 8/6-24 D3 R12 D1N4148 C9 47p 1k 1.8V R14 1k,5 -,9V R11 47k V+ V- OUT 1 U4A TLV2782IP 1.8V 1.8V R13 1k V+ V- C11 4.7n 7 OUT U4B TLV2782IP.5V R15 1.5M 4 C21 4.7n fig. 48 R16 56k Der er også lavet en frekvens karterestik fig. 49 på kredsløbet der ses på fig. 48 over frekvensen, der kommer ud af spænding til frekvens kredsløbet i forhold til den spænding der er på indgangen af kredsløbet, spændingen på indgangen går fra 5mV til 9mV, målingerne er fortaget med step på 1mV, for at se måle tabel og en graf med flere inddelinger se bilag KHz. 2 1,5,55,6,65,7,75,8,85,9 V. fig. 49 Test med Schottky diode.: Nu hvor spænding til frekvens kredsløbet kører stabilt, blev D3 fig. 48 skiftet ud med en schottky diode 1N5817, for at se om signalet ud af kredsløbet ville blive mere linieret i forhold til den spænding der kommer ind i kredsløbet, end med en 1N4148 diode, hvor kurve ses på fig. 49, Skiftet til en schottky diode fik frekvensen på udgangen af kredsløbet til at stige til en frekvens mellem 787KHz med 5mV på indgangen fig. 5 til 819KHz med 9mV på indgangen. fig. 5 Side 35/57

36 Klaus Jørgensen 8/6-24 og signalet bliver til en savtands puls i stedet for en firkant puls på udgangen, for at få en firkantpuls ud af kredsløbet blev der eksperimenteret med størrelsen på nogle af komponenterne, R12 blev ændret til 1kΩ, R14 til 4,7kΩ og C9 til 1nF og derved fås der et firkantsignal med et frekvensområde mellem ca. 7KHz med 5mV på indgangen fig. 51 og 29KHz med 9mV på indgangen, resultatet af målinger på kredsløbet med en schottky diode ses i bilag. 7 fig. 51 Test opstillingen der blev brugt til at teste spænding til frekvens kredsløbet ses på fig. 52 som ses her under. Spændingsregulator. Frekvenstæller DC power. 1,8V Spænding til Frekvens. Oscilloskop. fig. 52 DC power : GW instek model. GPC-33DQ. Frekvenstæller : HP 3441A multimeter. Oscilloskop : Tektronix model. TDS 36. Spændingsregulator : Digistant Typ Del konklusion.: Resultatet af denne test er at frekvensen på udgangen ikke er linear i forhold til spændingen på indgangen som ønsket, og signalet på udgangen af kredsløbet har ca. samme ulinieret lige meget hvilken diode man bruger, det har dog ikke været muligt at få et lige så stort frekvensområde med 1N5817 dioden som med en 1N4148 diode derfor bruges der en 1N4148 diode i det endelige kredsløb, uliniereren kan muligvis rettes op ved hjælp af software på modtagersiden. Side 36/57

37 Klaus Jørgensen 8/6-24 Sender 433MHz.: Som senderkreds blev der er valgt at bruge en TDA51 kreds fra Infineon bilag. 24 som kan sende fra 433MHz til 435MHzog 868MHz til 87MHz. I dette projekt bruges den laveste frekvens område på 433MHz til 435MHz. Kredsen kan sende ASK (Amplitude Shift Keying) og FSK (Frequency Shift Keying) der bruges ASK til dette projekt, kredsen skal kun have en forsyningsspænding mellem 2,1V til 4V, dette spændingsområde er perfekt til dette projekt da der skal bruges batterispænding på 3V. Ud fra databladet bilag. 24 blev de fleste komponenter der skal bruges for at få TDA51 kredsen til at virke ved de 433MHz fundet. I databladet blev der også fundet en opstilling af et kredsløb med TDA51 se fik. 53. Ud fra kredsløbet på fig. 53 og en komponentliste i databladet bilag 24, kunne der sættes værdier på de forskellige komponenter, når der skal sendes ASK data ved 433MHz. På fig. 53 ses det at nogle af benene på TDA51 kredsen ikke er forbundet til noget. Set ud fra databladet bilag. 24 blev det fundet ud af at ben 1 skal til forsyning, ben 4 skal ikke forbindes til noget. Ben 8 skal have en pull op modstand til VCC for at man kan måle en clock frekvens på dette ben, da det er en åben kollekter. Ben 9 skal til stel for at få en frekvens på 3,4MHz på ben 8. Ben 15 skal til stel for at sende frekvensen bliver 433MHz. Ben 16 skal til VCC da der bruges et krystal på 13,56MHz. R1: 4,7kΩ ±5 % R3F: jumper. R4: open C1: 47nF ±1 % C2: 39pF ±5 % C3: 3,9pF ±,1pF C4: 33pF ±5 % C5: Beregnes C6: Beregnes. ±,1pF C7: jumper C8: 15pF ±5 % L1: 1nH L2: 39nH Q1: 13,56875MHz fig. 53 CL der bruges i formlen her under, er den kapacitet der er i krystallet. CL er aflæst i databladet over krystallet til 12pF se bilag. 23 L i formlen er en interne spole i TDA51 kredsen og er aflæse til 11µH se bilag C = = = 6,13p 6,8 pf E 2 + ω * L + ( ( 2π *13,56M ) )*11µ) CL 12 p Side 37/57

38 Klaus Jørgensen 8/6-24 R1 og C5 udgør et lavpas filter på ASK indgangen (ben 6). Efter databladet bilag. 24 er de opgivet til 4,7kΩ og 1nF som giver en frekvens på 33,9KHz. f 1 1 = = = 33, KHz 2* π * R1* C5 2* π *4,7k *1n 9 Og den højeste frekvens der kommer fra spænding til frekvens kredsløbet er ca. 49KHz, men da det er en firkant puls, skal filters øvre grænsefrekvens ligge ca. 1 gange højere dvs. ca. 5KHz. Det er valgt at lade R1 forblive de 4,7kΩ og beregne C5 om. C = = = 67,7 p pf 2* π * f * R1 2* π *5K *4,7k 68 Til overslag af antenne længden blev der brugt et datablad fra hvor i der blev fundet ud af at hvis der sendes på 433MHz skal antennen være 6,48 inches hvis der skal bruges ¼ bølgelængde, det er anslået at disse tal er opgivet ved 5Ω. En inche er det samme som 2,54cm der ved fås der en antenne på 16,46cm. ant = inche* cm = 6,48* 2,54 = 16, 46cm Test 1 af senderkreds.: Der blev lavet et test print af kredsløbet der ses på fig. 54 for at kontrollere senderkredsen for sig selv og ikke i et stort færdigt kredsløb. Der er fortaget nogle få ændringer i kredsløbet på fig. 54 i forhold til det som de forslår i bilag. 24. En af dem er L2 som skulle være 39nH, men da denne komponent størrelse ikke var på lager blev der brugt en 33nH, ben 8 på kredsen skulle ikke være forbundet til noget. For at have et test punkt, så det kunne se om krystallet kører, kan der på ben 8 sættes en pull op modstand R18 på 1kΩ til VCC da det er en åben kollekter bruges som udgangs trin i TDA51 kredsen, og da ben 9 er lagt til stel skal der være 3,39MHz på ben 8 se bilag. 24 der er også lavet et Smith-kort over udgangs trinnet med et program der heder Smith-chart som kan ses i bilag. 8 In VCC C12 47n R17 4.7k R18 1k C18 68p U6 TDA185A PDWN LPD VS LF GND ASKDTA FSKDTA CSEL FSEL PAOUT PAGND FSKGND FSKOUT COSC CLKOUT CLKDIV 9 fig. 54 L1 1n C14 3.9p X MHz C13 6.8p C15 33p L2 33n C16 39p ANTENNA 5ohm 433MHz C17 15p Målingerne der er fortaget med oscilloskopet er fortaget med en 1 : 1 probe. Den første test der blev fortaget var på ben 8, hvor der skal være en 3.39MHz frekvens, og som det ses på fig. 55 er frekvensen på 3.39MHz, ud fra det kan det konkluderes at krystallet svingere. fig. 55 Side 38/57

39 Klaus Jørgensen 8/6-24 Der blev også lavet målinger på ben 1 af kredsen, det ben hvor signalet fra krystallet på 13.56MHz kommer ind i kredsen. Som det ses på fig. 56 er det ikke et særligt flot signal, der kommer fra krystallet, dette kan skylles at signalet fra 14 på 433MHz lægger sig oven i de 13.56MHz. fig. 56 I oscilloskopet er der indbygget et 2MHz lavpas filter som blev benyttet for at få et pænere signal, som ses på fig. 57. Dette signal skulle have været på 13.56MHz, men er på 12.46MHz hvorfor det er på denne frekvens vides ikke med sikkerhed, men det kan skyldes at C13 ikke har den værdi som den skal være efter beregningen på side 37. den er beregnet til 6,13pF men er på 6,8pF. fig. 57 På fig. 58 ses udgangssignalet fra TDA51 kredsen (ben 14), oscilloskopet viser en frekvens på 438.3MHz dette skyldes muligvis at oscilloskopet kun er et 2MHz oscilloskop. Frekvenstælleren måler en frekvens på MHz og den er meget stabil i forhold til oscilloskopet. fig. 58 Der blev ligesom i testen af den købte temperaturmåler side 49, lavet en måling af strøm trækkene i sendere kredsen som ses på fig. 59. Denne måling blev lavet med oscilloskopet som måler henover en 1Ω modstand som er placeret i ledningen fra forsyningen, som det ses på fig. 6. fig. 59 Side 39/57

40 Klaus Jørgensen 8/6-24 I den sidste test af senderkredsløbet blev udgangsfrekvensen på antennen målt med frekvenstælleren, på ASK indgangen (ben 6) blev der sendt et firkantsignal på 1KHz/3Vpp ind, fra frekvensgeneratoren. På frekvenstælleren blev der målt en frekvens på ca. 34MHz hvilket var meget mystisk, og amperemeteret viste en strøm på ca. 5mA. Der blev efterfølgende skruet ned for frekvensen på frekvensgeneratoren og det viste sig at jo længere ned i frekvens jo større blev frekvensspringet på frekvenstælleren. For at kunne følge med i hvad der skete blev frekvensen skruet helt ned til.1hz, hvor det viste sig at når der var en høj på ben 6 viste frekvenstælleren MHz og amperemetret målte ca. 7mA, og når der kom en lav på ben 6 målte frekvenstælleren ca. 27MHz og amperemetret målte ca. 3mA, Hvis de to målte frekvenser sættes op i en lille formel, kan man se hvor den første frekvens der blev målt kommer fra. fmin + fmax 27M + 433M f = = = 351,5M 34MHz 2 2 Den frekvens der blev målt først er en middelværdi af de to frekvenser, og der må ud fra det konkluderes at frekvenstælleren tæller rigtigt og at amperemeteret også måler rigtigt. Testopstilling ses på fig. 6. DC power 3V. A 1Ω Oscilloskop. Frekvenstæller. Frekvensgenerator. Sender Print. fig. 6 Amperemeter.: Fluke 45 Frekvensgenerator.: Hameg HM813 Frekvenstæller.: Hameg HM821-3 (1GHz) Oscilloskop.: Tektronix TDS36 Power supply.: Instek GPC-33DQ Del konklusion.: Ud fra de test der er blevet lavet på senderkredsløbet, kan det konkluderes at det virker. Det eneste problem er at det bruger for meget strøm. Når der sendes skal TDA51 kredsen typisk bruge 7mA efter databladet bilag. 24 hvilket den også gør, men når der er en lav på ben 6 (ASK indgangen) bruger den ca. 3mA hvilket er for meget. Løsningen til dette problem kunne være at prøve at sætte ben 6 til forsyning, og sætte indgangssignalet på ben 1 som er et power down ben som sætter kredsen i sleep mode, så kredsen kun bruger 1nA når der er en lav på ben 1. Der sendes når der er en høj på ben 1. Side 4/57

41 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test 2 af senderkreds.: Senderdelen blev også testet med en puls på 1 sek. fra en frekvensgenerator på stel, for at simulere timerkredsløbet og for at se om 1 sek. er nok til at få senderkredsen til at tænde og sende data. Til dette blev test opstillingen på fig. 61 brugt. DC power 3V A + - Sender. out Frekvenstæller Frekvensgenerator Oscilloskop fig. 61 Amperemeter.: Fluke 45 Frekvensgenerator.: Hameg HM813 Frekvenstæller.: Hameg HM821-3 (1GHz) Oscilloskop.: Tektronix TDS36 Power supply.: Instek GPC-33DQ Indstillingen af frekvensgeneratoren er lidt besværlig da den skal give en negativpuls fra 3V til V 1. Frekvensen sættes til,1hz da det svarer til en periode tid på 1 sek. og det gøres fordi det ikke ønskes at vente i 1 minut før der sker noget næste gang. f 1 1 = = =, Hz Tp Pulsbredden indstilles til 1 sek., der er den ønskede tid som senderkredsløbet skal være ON. 3. Offset indstilles til 3V, den samme spænding som kredsløbet får i forsyningsspænding. 4. Amplituden på signalet sættes til den samme som i punkt Til slut inverteres signalet og på udgangen af frekvensgeneratoren fås der et signal som ses på fig sek. 9 sek. 1 sek. 1 sek. 1 sek. fig. 62 Del konklusion.: Testen viser at senderkredsen sender i 1 sek. af gangen og at den bruger ca. 7mA i det øjeblik den sender, og når der ikke sendes bruger den A. Ud fra denne test kan det konkluderes at sender kredsen godt kan holde til at få 3V på stel. Side 41/57

42 Klaus Jørgensen 8/6-24 Samlede test af senderkredsløb.: Den samlede test af senderkredsløbet består i at standby, temperaturmåler, spænding til frekvens og sender kredsløbene, skal kobles sammen og testes sammen, Først ved stuetemperatur, derefter skal det udsættes for kulde og varme, for at se om sender kredsløbet kan holde til de krav der er sat til det. Test 1.: Inden testen af hele kredsløbet startes, vælges der at beregne en anden standby tid til standby kredsløbet i stedet for de 69 sek. der er beregnet på side 12. Det er valgt at beregne standby tiden til 9 sek. ligesom i de foregående test af senderdelen med frekvensgenerator. OFFTid 9 OFFTid =,693* R2* C5 R2 = = = 13k 12kΩ E12,693* C5,693*1µ OFF Tid =,693* R2* C5 =,693*12k *1µ = 8, 3sek Standby kredsløbet kommer godt nok til at bruge lidt mere strøm, men det gør ikke noget da det kun er i testfasen. De 4 kredsløb der er blevet konstrueret blev koblet sammen. Det første sted der blev målt i kredsløbet, var signalet ud af spænding til frekvens kredsløbet. Som det ses på fig. 63 ligger signalet ikke fra stel og til 1,8V som det skal efter testen der er fortaget på side 33 fig. 45 Sender kredsløbet blev afmonteret for at se hvad der så ville ske med signalet ud af spænding til frekvens kredsløbet. Som det ses på fig. 64 er signalet nu som det skal være. Strømforbruget i standby, temperaturmåler, spænding til frekvens kredsløbene tilsammen blev også målt, det blev målt til ca. 1,75mA. Dette strømforbrug vil muligvis varierer lidt fra det endelige strømforbrug, da der ikke bruges den rigtige standby tid til denne test. fig. 63 fig. 64 Del konklusion.: Ud fra denne test kan det konkluderes at sender kredsløbet belaster standby kredsløbet for meget. En af mulighederne for at rette op på dette er at bruge en transistor som switch på udgangen af standby kredsløbet. Side 42/57

43 Klaus Jørgensen 8/6-24 Nyt standby kredsløb.: Det nye kredsløb slukker for forsyningsspændingen i stedet for at ligge forsyningsspændingen på stel af de forskellige kredse. Der er valgt at bruge en PNP transistor, da en NPN transistor kræver en positiv puls for at gå ON, og det vil med fører at ICM7555CN kredsen vil bruge for meget strøm ca. 264µA, som det ses i testen af kredsen på side 13. Omvendt vil der med en PNP transistor blive slukket for VCC som det ses på fig. 65, i stedet for løfte stel punktet til VCC. For at beregne R19 skal der bruges en formel som blev fundet i databladet over BC557 bilag. 17 fig. 2 og 3. IC er sat til 8mA og der er valgt et forhold mellem IC og IB til 3 IC IC 8m V CE = = 3 IB = = = 267µA IB 3 3 U R19 3 R19 = = = 11,2k 1kΩ E12 IB 267µ U R19 3 IB = = = 3µA R19 1k Ud fra fig. 2 og 3 i bilag. 17 kan det ses at spændingsfaldet over kollekter, emitter strækningen vil der være et spændingsfald på under 1mV, hvilket er acceptabelt. For at sikre at transistoren ikke overskrider sin max peak strøm på 2mA, som er aflæst i datablad, skal der placeres en modstand fra kollektoren til output på standby kredsløbet. VCC 3 R 19 = = = 15Ω Ic max 2m R9 som er på 12kΩ skal have en anden værdig i det endelige diagram. C6 1n R1 6.8k D2 D1N4148 VCC C5 1µ 8 5 U3 V+ ICM7555CN R k 2 THOLD R19 4 TRIG 3 RESET OUT 1k 7 DISCH R9 12k C7 1n C8 1n CONTV 1 GND fig. 65 C22 6.8µ Q1 R24 BC sek. 1 sek. Del konklusion.: Desværre har det visse konsekvenser at bruge en transistor som ON/OFF switch, da der kommer et meget større strømforbrug i standby kredsløbet når switchen er ON. Strømforbruget stiger fra 26µA se side 15 fig. 16 til et strømforbrug på ca. 7mA. det vælges på dette tidspunkt at lave alle afkoblings kondensatoren, efter transistoren om til 4,7nF, for ikke at skulle laden så meget kapacitet op hver gang kredsløbet tændes. Side 43/57

44 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test 2.: Nu hvor der er konstrueret et nyt standby kredsløb kan hele kredsløbet sættes sammen igen for at blive testet, denne test fortages ved ca. 25 ºC. Som det ses på fig. 66 bliver der sendt data hver gang der er en høj på udgangen af spænding til frekvens kredsløbet signal 1. For at kunne se hvor meget strøm kredsløbet max kan komme til at bruge blev forbindelsen mellem spænding til frekvens kredsløbet og senderen afbrudt for at kunne ligge 3V på indgangen til senderen så der ville blive sendt hele tiden. Resultatet blev at kredsløbet max. strømforbrug kan blive på 8,9mA dette skal bruges til at beregne levetiden på batterierne. fig. 66 DC power 3V 433MHz Sender Oscilloskop A Standby kredsløb Spænding til Frekvens Temperaturmåler fig. 67 Side 44/57

45 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test af kredsløb i temperaturområdet -2 ºC til 6 ºC.: Test 1.: Nu hvor det samlede kredsløb er testet af ved stuetemperatur, er det tid til at teste i det temperaturområde som kredsløbet er dimensioneret til, som går fra -2 ºC til 6 ºC. I denne test blev kredsløbet sat ind i en fryser, for at teste det ved kulde. Testopstilling der blev brugt ses på fig. 68 Reference temperatur Temperatur -måler Voltmeter. DC power 3V Spænding til frekvens 433MHz sender Frekvenstæller Oscillosko p fig. 68 Voltmeter.: HP 3441A multimeter Frekvenstæller.: HP 3441A multimeter Oscilloskop.: Tektronix TDS36 Power supply.: Instek GPC-33DQ Reference termometer.: RS Under testen kan der bruges to formel, for at kunne se hvilken temperatur, temperaturmåleren måler i form af en spænding på voltmeteret, og hvilken spænding voltmeteret skal vise ved en given temperatur. ( U U ) o o C målt ( 8m U målt ) C = = U 5m o Cout U = U ( U o reff o * ) 8m ( reff o * 5m) C C o = C C Eks. Der er målt 856mV på voltmeteret og der ved fås der en temperatur på -11,2 ºC. o ( 8m 856m) o C = = 11,2 C 5m U = 8 m ( 11,2*5m ) = 856mV Inden der blev lavet en karakteristik over temperaturmåleren, blev det fundet ud af at spænding til frekvens kredsløbet ændrede frekvens i den forkerte retning når temperaturen kommer i nærheden af ºC og det bliver den ved med jo koldere det blev, frekvensen skal blive stører jo koldere temperaturen bliver, men frekvensen blev lavere jo kodere det bliver. Side 45/57

46 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test 2.: For at finde ud af mere om problem der blev opdaget i test 1 af spænding til frekvens kredsløbet blev det testet, med en fast spænding på indgangen, som er valgt til 25 ºC. U indgang = 8 m ( 25*5m) = 675mV De 675mV sættes på indgangen af spænding til frekvens kredsløbet og der ved fås der en frekvens ud på 28,5KHz se bilag. 4, omgivelses temperaturen er på 25 ºC efter disse indstillinger sættes kredsløbet ind i en fryser og frekvensen skulle helts ikke ændre sig. Frekvensen ændre sig fra ca. 31,8KHz ved 1 ºC til ca. 2,5KHz ved -8,5 ºC se bilag. 6 hvor den skule ligge på 28,5KHz da der er en fast spænding på indgangen på 675mV som det også kan ses på frekvens karakteristikken i bilag. 4. Dette kan måske skyldes at er bruges en 1N4148 diode (D3) i kredsløbet som er påvirkelig over for en temperaturændring. 1N4148 dioden blev skiftet ud til en schottky 1N5817 diode, og de komponenter der er blevet fundet frem til på side 36 blev også ændret, for at se hvilken virkning det villa have på kredsløbet, kredsløbet blive testet med den samme spænding på 675mV, på indgangen, dette giver en frekvens på udgangen på 19,1KHz se bilag 5 med en omgivelse temperatur på ca. 25 ºC, kredsløbet blev lagt i fryseren, dette resulteret i at frekvensen begyndte at stige når kredsløbet blev koldere, den ændrede sig fra ca. 32KHz ved 1 ºC til ca. 44,2KHz ved -8,5 ºC se bilag. 7. Del konklusion. Ud fra de test der er blevet lavet med spænding til frekvens kredsløbet ved lave temperaturer kan det ses at frekvensen ændre sig meget i for holdt til temperaturen, dette kan skyldes diodens spændings ændring ved skiftende temperaturer, men for at være sikker på dette skal der også lavet test ved temperaturer fra ºC til 6 ºC, hvis dette viser sig frekvensen heller ikke er stabil ved høje temperaturer, kan der måske laves en temperatur kompensering med en diode i spændingsdelene til,5v (R15, R16), hvis der bruges en 1N4148 diode som D3 kan R16 skiftes ud med en 1N4148 men der ved skal offset potmeteret også justeres da der ikke længere vil ligge,5v på ben 3 af U4A, hvis der bruges en 1N5817 diode som D3, kan R15 skiftes ud med en 1N5817 og en formodstand til denne, fig. 69 viser test opstillingen. DC power 1,8V Spænding til Frekvens Frekvenstæller Reference spænding 675mV Oscilloskop fig. 69 Frekvenstæller.: HP 3441A multimeter. Oscilloskop.: Tektronix TDS36. Power supply.: Instek GPC-33DQ. Reference spænding.: Digistant Typ 675. Side 46/57

47 Klaus Jørgensen 8/6-24 Test 3.: Spænding til frekvens kredsløbet med en 1N5817 diode blev også testet i en oven som blev varmet op til 6 ºC hvor efter den blev kølet ned til ca. ºC, hvor der blev brugt den samme testopstilling som blev brugt i test 2 fig. 69 side 46, der blev igen brugt 675mV på indgangen af kredsløbet hvor ved der skal være en frekvens på udgangen af kredsløbet på 19,1KHz. Der er ikke lavet nogen måle graf over denne test da resultatet kan ses i tabellen på fig. 7 ºC KHz 6 19,5 5 19,2 4 18, ,1 2 21,1 1 21,8 32 fig. 7 Som det kan ses i tabellen fig. 7 ændre frekvensen sig ikke meget fra 6 ºC til 1 ºC, men omkring ºC sker der noget med frekvensen, den stiger meget drastisk inden for meget få grader og det bliver den ved med som det også kan ses i bilag. 7, hvor grafen fra 1 ºC til -8,5 ºC kan ses. Denne test er også lavet med en 1N4148 diode (D3) for at se hvor stabilt kredsløbet bliver ved dette, der blev brugt den samme testopstilling fig. 69 side 46 med 675mV på indgangen af kredsløbet. Det blev fundet ud af at klimaskab der blev brugt til det forsøg kunne køle helt ned til ca. -4 ºC men de test der er fortaget er ikke blevet lavet om, på grund af tids mangel, men der er selvfølelige en bedre måder at teste kredsløbene på, end at ligge kredsløbet ned i en fryser. Som det kan ses i tabellen fig. 71 er frekvens til spændings kredsløbet rimeligt stabilt fra 6 ºC til ºC, men lige så snart temperaturen kommer under ºC sker der igen drastiske ting med frekvensen. ºC KHz 6 28,5 5 28,4 4 29,3 3 3,2 25 3,5 2 31,2 1 31,4 28,5-5 23,9-1 14,3-15 fik. 71 Side 47/57

48 Klaus Jørgensen 8/6-24 Del konklusion.: Hvis det skulle være dioden D3 der skulle have haft indflydelse på frekvensen skulle frekvensen også have ændret sig når kredsløbet blev påvirket med varme men det skete ikke, der ved kan det konkluderes at dioden har ikke hele skylden i at frekvensen ændre sig, og TLV2782IP kredsen skulle kunne virke ned til -4 ºC efter databladet bilag. 21 men der kan selvfølelige fejlproduktion af komponenterne så der er blevet skrevet det forkerte på kredsen, de eneste komponenter der så er tilbage der kan være fejl med er modstande og kondensator som i hvert fald ikke stopper med at virke lige ved ºC men nærmere i nærheden af -5 ºC. Test af temperaturmåler i klimaskab.: Temperaturmåleren blev testet for sig selv i klimaskabet for at se om det har nogen betydning hvad omgivelsestemperaturen er på nøjagtigheden, kravet til temperaturmåler er ±1 ºC. Temperaturmåler blev placeret midt i klimaskabet hvor efter at temperaturen blev skruet op til 6 ºC, og der efter langsomt skrue ændret til -2 ºC. Der er dog en lille ulempe ved dette, og det er at der er en stor blæser som blæser kold luft ind i klimaskabet. Dermed er det ikke en stillestående vind der er omkring temperaturmåleren, og dette kan have en lille indflydelse på unøjagtigheden af resultatet af denne test. På fig. 72 ses resultatet og i bilag. 3 kan der ses en mere detaljeret graf samt en måle tabel. Temperatur graf mv Temperatur Målt spænding. Idell spænding. fig. 72 Den største variation er fra 18 ºC til 26 ºC som er på 6mV hvilket svare til en unøjagtighed på 1,2 ºC. U o unøjagtighed 6m o C = = = 1,2 C U / o 5m C Under testen af temperaturmåleren blev det også fundet ud af at R2 og R21 som er de to justerings potmeter i temperaturmåleren, er alt for dårlige og er meget modtagelig over for 5Hz ved berøring. Der var desværre ikke andre typer potmeter af samme størrelse på lager de næste størrelser der var på lager var 2kΩ og 1kΩ og da et 2kΩ er for lille blev der prøvet med et 1kΩ, det blev bedre med denne type potmeter men stadigvæk ikke godt nok. Side 48/57

49 Klaus Jørgensen 8/6-24 Del konklusion.: Der er en lille unøjagtighed i temperaturmåleren på 1,2 ºC hvilket er en,2 ºC over det tilladte efter de krav det er sat til temperaturmåleren, det værste ved den unøjagtighed er at den ligger der hvor den gør, det er i det område der vil blive benyttet mest og det er ikke godt, men hvis den justeres ind så den passer i dette område vil den blive mere unøjagtig i et andet område. De to potmeter som bruges skal laves om til multiturns potmeter, men dette er ikke nok der skal også monteres et filter som kan fjerne 5Hz støj fra kredsløbet, dette kan ikke have nogen indflydelse på de ting der skete i spændings til frekvens kredsløbet da de er blevet testet uafhængigt af hinanden. R2 og R21 er skiftet til 1kΩ potmeter i det endelige produkt. Test af købt sender kredsløb.: Der blev købt en vejrstation, se fig. 1 på side 6 med en trådløs temperaturmåler fig. 2 på side 6 som sender sin data på 433MHz. Formålet med købet af vejrstationen er for at kunne teste sender delen for hvor meget strøm sender delen bruger når den sender og når den ikke gør, se fig. 74 og fig. 75 Test opstillingen som ses på fig. 73 blev brugt til at teste forbruget af strøm, når der sendes data fra senderen. Strøm spidserne blev målt med et oscilloskop hen over en 1Ω modstand, se fig. 73 og fig. 74. Lige i det øjeblik sender delen får strøm første gang bruger den ca. 15mA i 1-3 sek. Strømmen i sende øjeblikket er målt til 3-5mA. og når der ikke sendes bruger kredsløbet kun 6,5µA, hvilket ikke er ret meget, kredsløbet sender ca. en gang hvert 5 minut. Målinger er fortaget med en 1 : 1 måleprobe. DC power. 3V. Oscilloskop. A 1 Temperaturmål er. 433MHz. fig. 74 fig. 73 DC power : GW instek model. GPC-33DQ. Amperemeter : HP 3441A multimeter. Oscilloskop : Tektronix model. TDS 36. fig. 75 Side 49/57

50 Klaus Jørgensen 8/6-24 Levetid på batterier.: Da det er valgt at bruge 3 volt som forsyningsspænding til senderdelen, kan levetiden beregnes på batterierne. Det er ikke bestemt endnu hvilken slags batterier der skal bruges om det skal være AAA eller AA batterier. Levetiden i AA batterierne vil sandsynligvis være længere, men de fylder til gengæld også noget mere. Formel. P = U * I * D P: Watt. U: Spænding. I: Strøm. D: Dutycykel. AAA batteri.: De,47 sek. som er den tid kredsløbet bruger på at sende skal bruges til at beregne dutycyklen med og findes på side 16. Hvis der sendes data en gang i minuttet vil beregningen se således ud. Sender ON P = U * I * D = 3*8,9m *,47 = 29µW 6 Sender OFF P = U * I * D = 3*63µ *( 59 ) = 186µW 6 Forbrug i alt W = W + W = 29 µ + 186µ = µw total ON OFF 395 Levetiden i batteriet er beregnet efter grafen der ses på fig. 76 som er fundet i et datablad fra energi indholdet i batteriet er anslået til at være på 1,2Wh. Wh 1,2 timer = = = 338timer W 395µ Antal timer på et år. Dage 365 timer = = = 876 timer pr døgm 24 timer _ fig. 76 Ud fra beregningerne ovenover ses det tydeligt at senderdelen kun vil virke i ca. 4 måneder hvilket ikke er lang tid nok. Tiden hvor senderen er i standby skal laves længere og den blev beregnet med 5 minutter (3sek.) i stedet for 1 minut (6sek.) så det bliver,47/3 del der skal bruges i formlen til beregning af forbruget når der sendes. Side 5/57

51 Klaus Jørgensen 8/6-24 Sender ON P = U * I * D = 3*8,9m *,47 = 42µW 3 Sender OFF * * = 3*63 * 299 = 3 P U I D µ ( ) 188µW = Forbrug i alt W = W + W = 42 µ + 188µ = µw total ON OFF 23 Antal timer i batteriet Wh 1,2 timer = = = 5217 W 23µ timer Del konklusion.: Det kan ud fra disse beregninger konkluderes at AAA batterier har for lidt energi i sig, til at kunne drive sender kredsløbet i min. et år, og kan derfor ikke bruges som energi kilde. AA batteri.: Ved AA batteriet er der også beregnet med 1 minut og 5 minutter, så det bliver de samme udregninger som til AAA batterier brugt. En ON puls på 1 sek. pr. 1 minut. Wh 3 timer = = = 7535 W 395µ timer En ON puls på 1 sek. pr. 5 minut. Wh 3 = = = W 23µ timer timer fig. 77 Del konklusion.: Med AA batterier kan levetiden komme op på timer hvilket ca. er 1½ år, hvilket er lidt mere end kravet, men det er med 2 x 1,5V Duracell ultra batterier, som nok har noget mere energi end nogle af de andre batterier på markedet, så kredsløbet bruger desværre nok lidt for meget strøm. Side 51/57

52 Klaus Jørgensen 8/6-24 Ny tid til Timer.: Da det nu er fundet ud af at 1 minut er for kort en tid at kredsløbet er i standby, og at tiden skal op på min. 5 minutter skal R9 beregnes om, da det er den modstand i standby kredsløbet der bestemmer hvor lang tid kredsløbet skal være i standby. Da der skal komme en puls på,47 sek. hvert 5 minut skal der i formlen bruges 299 sek. sek = ( min* sek ) ON = ( 5*6) 1 sek OFF,693 * C pr _ min tid = ,693 *1 µ 9 Tid R = = = 4,3M 4,7 M Ω E 12 Der vælges at bruge en 4,7MΩ frem for at bruge en 3,9MΩ, som vil gøre leve tiden på batterierne mindre, men med en 4,7MΩ bliver OFF tiden 326sek som det ses i formlen her under, og standby kredsløbet bruger en smule mindre strøm 6µA OFF =,693* R2 * C =,693* 4,7M *1µ 326sek. Tid _ 1MΩ = Med den nye OFF tid bliver levetiden på batteriet lidt længere. De 326 sek. skal lægges sammen med det 1 sek. som ON tiden er, så der fås en total tid på 327sek. Sender ON P = U * I * D = 3*8,9m *,47 = 38µW 327 Sender OFF = * * = 3* 6 * 326 = 327 Forbrug i alt W = W + W = 38 µ + 18µ = µw P U I D µ ( ) 18µW total ON OFF 218 Antal timer i batteriet Wh 3 timer = = = W 218µ timer Side 52/57

53 Klaus Jørgensen 8/6-24 Modtageren 433MHz.: Som modtager kreds er der valgt at bruge en TDA521 kreds som producenten foreslår som modtager kreds til en TDA51 kreds som der bruges som sender, TDA521 kredsen kan modtage FSK og ASK signaler fra 4 til 44 MHz og fra 81MHz til 87MHz, kredsen har også et lavt strømforbrug under 6mA, for mere data se bilag. 25. Der blev ud fra det testkredsløb som producenten forslår sammen med komponent listen der ses i bilag. 25 fundet frem til hvilke komponenter der skal bruges til TDA521 kredsen, for at få den op at kører. Der er nogle af komponenterne på komponentlisten i bilag. 25 der kan undværes da producenten har placeret komponenter til både ASK og FSK. Der er ikke gjort så meget ved modtageren da der er nogle af de komponenter, der skal bruges ikke kunne skaffes til tiden, bl.a. et IF filter på 1,7MHz og to spoler på 1nH og 15nH. Der er lavet et smith kort over indgangen med programmet smith-chart se bilag. 9, men der er desværre ikke konstrueret noget print modtager. Q1 VCC E1 433MHz C7 1p C1 1p C2 4.7p L n C6 8.2p C p L1 15nH C5 47n 1 C8 33p C9 1n C4 1p C17 22p U MHz CRST1 CRST VCC PDWN 26 4 LNI PDO 25 5 TAGC DATA 24 6 AGND 3VOUT 23 7 LON THRES 22 8 VCC FFB 21 9 MI OPP 2 1 MIX SLN AGND SLP FSEL LIMX IFO LIM DGND CSEL 15 VDD MSEL C16 8.2p R4 1k C15 47n C14 47p Data out C18 22n R2 1k R1 1k R3 82k C13 47n C1 1n TDA521 L3 C11 C n 22p 2 1.7MHz fig. 78 Side 53/57

54 Klaus Jørgensen 8/6-24 Konklusion.: Som det kan ses i rapporten, og ud fra de test der er lavet, på de forskellige kredsløb er der ting der virker bedre end andre. Et af de første problemer der blev opdaget, var at standby kredsløbet, brugte for meget strøm, hvis det skulle give en positiv puls, på 3V for at tænde for de andre kredsløb, og da kredsløbet skal bruge batterier som forsyningsspænding, er der ikke meget strøm at give af. Så der blev fundet en anden metode, som fik standby kredsløbet til at bruge meget mindre strøm, nemlig at ligge stel på div. kredse til 3V, og så sende en negativ puls ud af timer kredsen, som også virket fint, ind til alle kredsløbene blev testet sammen, der viste det sig at ICM755CN kredsen ikke kunne levere strøm nok, så der skal desværre bruges en PNP transistor som switch, hvilket fik standby kredsløbet til at bruge meget mere strøm, når der skal tændes for de andre kredsløb. Temperaturmåleren var der ikke de store problemer med, den opfylder næsten de nøjagtigheds krav, der blev sat i starten af projektet som lød på ±1 ºC. Testen viste at den har en nøjagtighed på ±1,2 ºC hvilket er acceptabelt af en prototype. Der blev opdaget et problem i en af de sidste test som blev foretaget, nemlig at de potmetere der er brugt i temperaturmåleren, er for modtagelige over for berøring, der er desværre ikke nået at blive gjort mere ved dette problem, end at prøve med en anden type potmetere, men det blev kun en smule bedre. Spænding til frekvens kredsløbet har skabt en masse problemer under testen, når temperaturen kom under ºC, blev det meget ustabilt og problemet er ikke blevet løst. Sender kredsløbet er blevet konstrueret efter databladet bilag. 24 så det er derfor der ikke er så mange beregninger på dette, der er desværre ikke nået at måle udgangseffekten af senderkredsløbet. Der er desværre heller ikke nået at konstruere et modtager kredsløb på grund af tids mangel. Det diskuteres om tiden til projektet er blevet disponeret rigtigt, og om projektet er lavet i den rigtige rækkefølge, men hvis der var blevet startet med at lave sender og modtager kredsløbene, var standby, temperaturmåler og spænding til frekvens kredsløbene måske ikke blevet lavet. 8/6-24 Klaus Jørgensen Side 54/57

55 Klaus Jørgensen 8/6-24 Komponentliste og Total diagram (A3).: Antal. Nr. Navn. Værdi / type. Tolerance. Spænding / Strøm / effekt. Bemærkninger. 1 C14 Kondensator 3.9pF ±,25pF 63V Afkoblings kondensator / Keramisk / SMD 1 C13 Kondensator 6.8pF ±,5pF 63V Keramisk / SMD 1 C17 Kondensator 15pF ±5% 63V Afkoblings kondensator / Keramisk / SMD 1 C16 Kondensator 39pF ±5% 63V Overførings kondensator / Keramisk / SMD 1 C18 Kondensator 68pF ±5% 63V Afkoblings kondensator / Keramisk / SMD 1 C15 Kondensator 33pF ±5% 63V Afkoblings kondensator / Keramisk / SMD 1 C9 Kondensator 47pF ±1% Overførings kondensator / Keramisk 6 C1, C11, C19, C2, C21, C23 Kondensator 4,7nF ±2% 1V Afkoblings kondensator / Keramisk 2 C3, C4 Kondensator 1nF ±1% 1V Afkoblings kondensator / Polyester 1 C12 Kondensator 47nF ±1% 63V Afkoblings kondensator / Keramisk / SMD 4 C2, C6, C7, C8 Kondensator 1nF ±1% 1V Afkoblings kondensator / Keramisk 1 C22 Elektrolyt 6.8µF ±2% 5V 1 C5 Elektrolyt 1µF ±2% 25V 1 D1 Diode 1N4148 1V Temperaturføler 2 D2, D3 Diode 1N4148 1V 1 L1 Spole 1nH SMD 1 L2 Spole 33nH SMD 1 Q1 Transistor BC557B 625mW PNP 1 R24 Modstand 15Ω ±5% 1/4W Sikerheds modstand. 2 R12, R13 Modstand 1kΩ ±5% 1/4W 2 R1, R22 Modstand 1.5kΩ ±5% 1/4W 1 R17 Modstand 4.7kΩ ±5% 1/4W SMD 2 R8. R1 Modstand 6.8kΩ ±5% 1/4W 2 R14, R18, R19 Modstand 1kΩ ±5% 1/4W R18 SMD 1 R11 Modstand 47kΩ ±5% 1/4W 1 R4 Modstand 1kΩ ±5% 1/4W 1 R9 Modstand 12kΩ ±5% 1/4W 2 R2, R23 Modstand 15kΩ ±5% 1/4W 1 R5 Modstand 22kΩ ±5% 1/4W 1 R16 Modstand 56kΩ ±5% 1/4W 2 R6, R7 Modstand 1MΩ ±5% 1/4W 2 R3, R15 Modstand 1,5MΩ ±5% 1/4W 2 R2, R21 Potmeter 1kΩ ±2% Singel turns. 1 U1 IC MCP642IP 1,4V - 5,5V Oprationsforstærker 1 U2 IC XC621P 182PR 1,8V out Spændingsregulator 1 U3 IC ICM7555CN 3V - 18V Timer 1 U4 IC TLV2782IP 1,8V - 3,6V Oprationsforstærker 1 U5 IC TDA51 2,1V - 4V Sender kreds 1 X1 Xtal 13.56MHz Krystal. Side 55/57

56 Klaus Jørgensen 8/6-24 Litteratur-henvisninger.: Bøger.: Operational Amplifiers ver.5 af George Clayton & Steve Winder. ISBN : Information.: %2forord%2samt%2bilag.pdf Datablade.: I_ICM7555C_1.pdf &hardload=chemistrylist&chemistry=alkaline&lang=english Side 56/57

57 Klaus Jørgensen 8/6-24 Bilag.: Bilag. 1 : Offset, drift og CMRR beregninger med en TLV Bilag. 2 : Graf over temperaturmåler ved 25 ºC... 2 Bilag. 3 : Graf over temperaturmåler ved 25 ºC... 4 Bilag. 4 : Frekvens karatestik med 1N4148 ved ca. 25 ºC... 6 Bilag. 5 : Frekvens karatestik med 1N5817 ved ca. 25 ºC... 8 Bilag. 6 : Test af Spænding til Frekvens kredsløb med 1N4148 fra 1 ºC til -8,5 ºC.. 1 Bilag. 7 : Test af Spænding til Frekvens kredsløb med 1N5817 fra 1 ºC til -8,5 ºC.. 11 Bilag. 8 : Smith kort over udgangstrin til TDA51 senderekreds Bilag. 9 : Smith kort over indgangtrin til TDA521 modtagerkreds Bilag. 1 : Godkendelser af hovedopgave Bilag. 11 : Projektoplæg Bilag. 12 : Datablad fra købt temperaturmåler Bilag. 13 : Uddrag af frekvenstabel Bilag. 14 : LM555 kredsløb Bilag. 15 : Uddrag fra LM555 datablad Bilag. 16 : Uddrag fra ICM7555CN datablad... 2 Bilag. 17 : Uddrag fra BC557 datablad Bilag. 18 : Uddrag fra 1N4148 datablad Bilag. 19 : Uddrag fra 1,8V spændingsregulator datablad Bilag. 2 : Uddrag fra MCP642 datablad Bilag. 21 : Uddrag fra TLV2782 datablad Bilag. 22 : Uddrag fra LM358 datablad Bilag. 23 : 13,56MHz krystal Bilag. 24 : Uddrag fra TDA51 datablad Bilag. 25 : Uddrag fra TDA521 datablad Side 57/57