MiniLIAB Byggesæt no. 1:

Transkript

1 Electronics ApS Linux In A Box MiniLIAB Byggesæt no. 1: Elektroniske Termometre Dette dokument beskriver det første elektronikbyggesæt, som ugebladet Ingeniøren og LIAB Electronics ApS samarbejde om at udgive. Byggesættet består af dels en miniliab, dels to ubestykkede print med tilhørende komponenter, som kan samles til to elektroniske termometre. Efter en gennemgang af princippet bag termometrene, vil der blive givet en detaljeret monteringsvejledning. Sidst vil det blive anvist, hvordan man med et medleveret Linux-program kan teste og benytte de to termometre. LIAB Electronics ApS, Industrimarken 2, DK-9530 Støvring, Denmark Dokument no: AN september 2002.

2 2 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Indhold: 1 Byggesæt no. 1: Elektroniske termometre 3 2 Monteringsvejledning 7 3 Afprøvning af Termometerprintene Check for Kortslutning af Strømforsyning Sammenkobling af miniliab og Hovedprint Upload af Testsoftware til miniliab Første Test af Hovedprintet Eksperimenter med Hovedprintet Litteratur 16

3 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 3 1 Byggesæt no. 1: Elektroniske termometre Ugebladet Ingeniøren og firmaet LIAB Electronics ApS præsenterer hermed det første elektronikbyggesæt, der kan sammenkobles med den såkaldte "mini- LIAB", en lille, Internet-opkoblet computer udviklet af LIAB Electronics ApS. Computeren er af den indlejrede type, dvs. kompakt, med lavt strømforbrug og uden mekaniske dele såsom floppy- og harddisk. Alligevel indeholder computeren en fuld, netværksunderstøttet version af operativsystemet Linux, som kan tilgås enten via en seriel port eller via netværk. MiniLIAB en er beskrevet i dokumentet "Kom Igang med miniliab-byggesæt" [1]. Dette første byggesæt består af to print: et hovedprint og et eksternt print, se Fig. 1. Hovedprintet tilsluttes med et kort fladkabel til miniliab en, hvorefter det kan tilsluttes det eksterne print med et kabel med fire ledere. Dette kabel kan være op til fem meter langt. Idet hvert print indeholder en temperaturmåler i form af en integreret kreds, er man istand til at måle temperaturen to steder. Man kan forestille sig at man måler indetemperaturen med kredsen på hovedprintet, medens kredsen på det eksterne print måler udetemperaturen. Det eksterne print skal da monteres i en passende vandtæt kasse. Figur 1: To elektroniske termometre sammenkoblet med en miniliab Den integrerede kreds, der benyttes i byggesættet, er LM92 fra National Semiconductor, se [2]. LM92 indeholder en temperatursensor, der sammen med en 12 bit Analog-til-Digital (A/D) konverter danner et nøjagtigt digitalt termometer. LM92 kan foretage en temperaturmåling per sekund og måleværdien kan derefter udlæses via den serielle I C-bus, som kredsen er udstyret med. LM92 indeholder endvidere et antal digitale komparatorer, som kan aktivere to

4 4 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre udgange, hvis temperaturen kommer over eller under fastsatte grænser: LM92 indeholder en komparator, som hele tiden sammenligner den målte med en grænsetemperatur. Kommer den målte temperatur over aktiveres CRIT-udgangen på LM92 eren. LM92 indeholder endvidere en såkaldt vindues-komparator. Til denne komparator hører to grænsetemperaturer: og. Kommer den målte temperatur over eller under vil udgangen benævnt INT blive aktiveret. For ikke at CRIT- og INT-udgangene skal skifte tilstand hele tiden, når den målte temperatur ligger lige omkring en af grænserne, benyttes hysterese. Størrelsen af denne hysterese er benævnt. For CRIT-udgangen betyder hysteresen, at den aktiveres når temperaturen overstiger, men først deaktiveres når temperaturen er faldet under. Alle fire temperaturer:,, og kan sættes via kommunikation over I C-bussen, ligesom det er muligt at aflæse status for de forskellige komparatorer. Den benyttede serielle I C-bus er oprindeligt udviklet af Philips og er af den synkrone type, idet den indeholder såvel et data- som et clock-signal, benævnt henholdsvis SDA og SCK. I C-bussystemet er bygget op med en masterenhed og en eller flere slaveenheder. Det er masterens opgave dels at at vippe med clock-signalet, dels at styre kommunikationen mellem masteren og de individuelle slaveenheder. Hver slaveenhed er indkodet en 8-bit adresse og masteren indleder med at adressere en slaveenhed for derefter at udveksle data med den. Det er muligt både at overføre data fra masteren til den adresserede slave og omvendt, idet man i såvel masteren som i slaverne benytter drivere af opencollector-typen til SDA-signalet. I databladet til LM92 [2] er angivet udførlige tidsdiagrammer for I C-kommunikationen mellem en master og en LM92. For at kunne sætte flere LM92 ere på samme I C-bus, er det nødvendigt at de har forskellige adresser. Til dette formål har LM92 eren to ben, A1 og A0, som kan benyttes til at bestemme de to mindst betydende bit i adressen på en LM92. Ialt fire LM92 ere kan tilknyttes I C-bussen, blot de tildeles forskellige adresser. Andre kredse med I C-bus interface kan også tilkobles, sålænge de ikke deler adresse med de benyttede LM92 ere. I systemet med en miniliab og to LM92-baserede temperaturmålere udgør miniliab en I C-masterenheden og hver LM92 en slaveenhed. På miniliab en benyttes modemsignalerne DTR, RTS og RI, idet tilstanden af disse på simpel vis kan styres og aflæses fra et Linux-program. På miniliab en er COM2-portens signaler ført ud på JP3 stiftrækken og vi vil derfor anvende de tre ovenstående modem-signaler fra COM2. Signalerne overføres sammen med strømforsyning til byggesættets hovedprint, hvor DTR benyttes til SCK, RTS forbindes til en open-collector driver til SDA og RI benyttes til at aflæse tilstanden af SDA, se Fig. 2.

5 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 5 Figur 2: Blokdiagram af de to byggesæt-print. På hovedprintet er det muligt at vælge adressen på den monterede LM92 er gennem jumperne JP2 og JP3. Med jumperne JP4 og JP5 på hovedprintet kan man endvidere tilslutte enten CRIT- eller INT-udgangen til en lysdiode-driver, således at man kan aflæse tilstanden af den valgte udgang. På det eksterne print er det muligt at vælge adressen på den monterede LM92 er gennem jumperne JP6 og JP7. På Fig. 3 på næste side er vist diagrammer for de to print, som udgør byggesættet. Diagrammet for det externe print er indsat i nederste venstre hjørne. Stiftrækken P1 udgør konnektoren til fladkablet, som skal tilsluttes konnektoren JP3 på miniliab en. Transistoren T1 benyttes som open-collector driver til I C- bussen, medens T2 udgør lysdiode-driveren, som kan tilknyttes CRIT- eller INTudgangenen. I C-bussen er ført ud på skrueterminalern P2 på hovedprintet og P3 på det eksterne print.

6 Figur 3: Diagrammer for elektroniske termometre: Hovedprint og externt print D C B A 5 SCL SDA 5 R11 56R R12 56R LM92 3V3_2 P1 3V3_2 C2 100n HEADER 8X2 P U2 1 8 SDA VCC 2 7 SCL A0 3 6 T.CRIT A1 4 5 GND INT Skrueterm. 3V3_2 R2 4 3V3_2 JP6 A1 A0 Adresse jumpere Temperaturføler, externt print 4 22K R13 4K7 2 3V3_2 JP7 1 3 R14 4K7 R1 2K2 T1 MPS2222A R3 R4 56R 56R JP5 3 Crit Int Jumpere for indikator Temperaturføler, hovedprint 3 JP4 U1 1 8 SDA VCC 2 7 SCL A0 3 6 T.CRIT A1 4 5 GND INT LM92 Title: R10 33R Schematic Name: LM92.SCH Date: Tuesday, September 03, SCL SDA P JP3 A1 R6 4K7 R7 22K R8 Skrueterm. JP2 2K2 A0 R5 4K7 Temperaturfølere, Ingeniøren + LIAB 1 Adresse jumpere 1 D1 LED T2 BC560C LIAB Electronics ApS Industrimarken 2 - DK 9530 Støvring Telefon Fax R9 330R C1 100n Rev: 1.0 Sheet: 1 of 1 1 D C B A 6 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre

7 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 7 2 Monteringsvejledning Byggesættet leveres i en pose, som skal have følgende indhold: To ubestykkede printplader. Den største printplade udgør hovedprintet og måler mm, medens printpladen til det eksterne print måler mm. På printpladerne er der et silketryk, som klart angiver positionen af den enkelte komponent. Printpladerne har baner på såvel overside som underside og alle huller er gennempleterede, dvs. der er elektrisk forbindelse mellem over- og underside i hullerne. De nødvendige komponenter. Med undtagelse af de to LM92 ere, er alle komponenter af den "gammeldags" type med tilledninger, som ombukkes, stikkes gennem huller i printpladen og loddes på undersiden. På grund af gennempleteringen er det kun nødvendigt at lodde tilledningerne på undersiden. Desuden medleveres et 16-polet fladkabel med stik i begge ender. Ca. en meter loddetin og 20 cm sugetråd. Sugetråden benyttes, hvis man ønsker at udlodde en komponent. Ved at placere sugetråden over en loddeø for derefter at varme med loddekoblen er det muligt at suge så meget tin væk, at man kan udtage komponenten uden at beskadige komponent eller print. Komponentplacering for de to print er vist på Fig. 4 og en liste over komponenterne er angivet i Tabel 1 på side 9. Montagen bør ske med en loddekoble med en god, velafrenset spids og komponenterne bør monteres i den rækkefølge som de er listet i Tabel 1, dvs. LM92 erne monteres først. Følgende kommetarer kan derudover knyttes til montagearbejdet: De to LM92 ere kan volde vanskeligheder, dels fordi de skal overflademonteres, dels fordi benafstandene er små. For at få maksimalt råderum under montagen af LM92 erne bør de monteres før alt andet. Ben 1 er på såvel Fig. 4 som på selve kredsen angivet med en prik. Læg en lille klat loddetin på ben-1 loddeøen med loddekolben og placér kredsen, så den passer med alle otte loddeøer. Varm nu oven på ben 1 på kredsen, således at tinnet smelter og lodder benet fast til øen. Passer de andre syv ben nu med loddeøerne loddes alle ben. I modsat fald varmer man igen på ben 1 og udlodder kredsen for så at gentage monteringsforsøget. Farvekoderne for modstandene er angivet i komponentlisten. Når man skal aflæse modstandens farvekode, vender man den således at den ende, der ingen farvet ring har, er længst til højre. Herefter læses farvekoderne fra venstre mod højre. Alle modstande har en guld-ring længst mod højre, hvilket angiver at der er tale om 5%-modstande.

8 8 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Figur 4: Komponentplacering på de to termometerprint.

9 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 9 Del Antal Referencer Værdi/type 1 1 Hovedprint, mm 1 1 Eksternt print, mm 1 2 U1, U2 LM92 IC termometer i 8 ben SOIC-hus 2 2 R1, R8 2.2K modstand (rød, rød, rød) 3 2 R2, R7 22K modstand (rød, rød, orange) 4 4 R3, R4, R11, R12 56 modstand (grøn, blå, sort) 5 4 R5, R6, R13, R14 4.7K modstand (gul, violet, rød) 6 1 R9 330 modstand (orange, orange, brun) 6 1 R10 33 modstand (orange, orange, sort) 7 2 C1, C2 100 nf kondensator (blåt hus) 8 1 T1 NPN transistor MPS2222A 9 1 T2 NPN transistor BC560C 10 1 D1 Rød lysdiode (se tekst!) 11 6 JP2, JP3, JP4, JP5, JP7, JP6 Jumper-stifter, skal evt. klippes ud af stiftrække 12 1 P1 Dobbelt stiftrække: 8 2 stifter 13 2 P2, P3 Skrueterminaler med fire skruer 14 8 Jumpere, blå 15 1 Fladkabel, 16 ledere, med stik i hver ende Tabel 1: Liste over komponenter til de elektroniske termometre Det kan være vanskeligt at se hvordan lysdioden skal vende. Betragter man dioden fra siden vil man kunne se at det ene ben udvider sig, når det løber ind i dioden, hvorimod det andet ben indsnævre sig. Det indsnævrende ben er anoden og skal monteres i hullet markeret med. Jumper-stifterne skal afklippes to og to ud fra den enkeltradede stiftrækken og ikke af den dobbelte stiftrække med 8 2 stifter. Læg mærke til, at JP1 ikke eksisterer! Før skrueterminalerne monteres i printene, skal de to og to skydes ind i hinanden ved hjælp af den not der findes på siden af dem. Når de to print er færdigmonterede er det tid til at afprøve dem sammen med miniliab en som beskrevet i næste afsnit!

10 10 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 3 Afprøvning af Termometerprintene. Nu er tiden inde til at afprøve de opmonterede termometerprint. I det følgende vi først arbejde med hovedprintet. Når det er bragt til at virke, kan det externe print tilsluttes via skrueterminalerne. 3.1 Check for Kortslutning af Strømforsyning Første punkt er at checke for kortslutninger på hovedprintet mellem 3.3V forsyningen og jord. Har man et multimeter til rådighed, kan man måle modstanden mellen ben 1 (+3.3V) og ben 16 (jord) på den 16-polede stiftrække P1. Er den målte modstand i størrelsesordenen kiloohm, er der næppe nogen kortslutning af strømforsyningen. En lav modstand, mindre end ti ohm, er tegn på en kortslutning. Har man ikke et multimeter, skal man blot gå videre, idet man kan benytte miniliab en til at checke for kortslutninger. Spændingsregulatoren på LIAB en er kortslutningssikker og man behøver ikke at være nervøs for at brænde sin LIAB af, selvom man via hovedprintet kortslutter strømforsyningen. 3.2 Sammenkobling af miniliab og Hovedprint Sammenkoblingen af miniliab en og hovedprintet sker med det medleverede fladkabel, idet JP3 på miniliab en skal forbindes til P1 på hovedprintet som angivet på Fig. 1. Skrueterminalerne på hovedprintet skal være uden forbindelser til det eksterne print, ligesom vi indtil videre lader jumperne JP2 til JP5 være åbne. Tilslut miniliab en til PC erens COM1-port via det serielle kabel, start Hyper- Terminal og sæt strøm til miniliab en. Man bør nu se en bootsekvens som beskrevet i afsnit 5 i dokumentet "Kom Igang med miniliab-byggesæt" [1]. Hvis der ingenting sker, er det formentlig fordi der er kortslutning mellem 3.3V og jord på hovedprintet. Tag strømmen fra LIAB en, afmontér hovedprintet, sæt strøm til LIAB en igen og verificér at den nu kan boote. Gå derefter hovedprintet igennem for eventuelle kortslutninger og prøv igen. 3.3 Upload af Testsoftware til miniliab Når miniliab en er istand til at boote med hovedprintet tilsluttet, kan man gå igang med at teste den egentlige funktionalitet af LM92 eren på hovedprintet. Til dette formål har LIAB Electronics ApS udviklet et simpelt program, "LM92test", som findes på den medfølgende CD-ROM. Da dette program nemmest uploades til miniliab en med ftp, er det nu essentielt at miniliab en er konfigureret og opkoblet til et netværk, så den via netværk kan tilgås fra en Windows PC.

11 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 11 Det antages i det følgende at miniliab en er opkoblet på et netværk og at det er verificeret at den kan tilgås med telnet. Hvis ikke, må man benytte procedurerne i afsnit 5 i "Kom Igang med miniliab-byggesæt" [1]. De i Windows indbyggede telnet- og ftp-programmer er ikke specielt betjeningsvenlige og det foreslås derfor at man installerer dels WS_FTP95, dels KevTerm (alternativt EasyTerm) på sin Windows PC. Installation-images til alle tre programmer er at finde i direktoriet \windows\utilprograms på den medfølgende CD-ROM. Start KevTerm og åben en connection til miniliab en. prompt i stil med nedenstående: Linux (myliab.ing.dk) (ttyp0) myliab login: Man skulle da få en Log ind på miniliab en som bruger root med password: skov9240 og eksekvér kommandoerne "pwd" (print working directory) og "ls" (list files): miniliab login: root Password: root@myliab# pwd /ramuser/root root@myliab# ls root@myliab# Kommandoen "ls" returnerer umiddelbart, idet der på en ny miniliab ingen synlige filer er i root s hjemmedirektorie: "/ramuser/root". Start WS_FTP95 på PC eren og tryk på "connect"-tasten. I menuen der fremkommer indtastes følgende: Profile Name: miniliab Host Name/Address: <her tastes IP-nummeret på miniliab en> Host Type: Automatic Detect Used ID: root Password: skov9240 <slå evt. "Save Pwd" til> Account: <ingenting> Og tryk "OK". Når togfløjten lyder og der under "Remote Site" øverst til højre står "/root" (synonym for "/ramuser/root"), er man kommet ind på mini- LIAB en via ftp. (I fil-listen til højre på WS_FTP95 kan man se at der rent faktisk er tre filer i dette direktorie:.bash_history,.bash_profile og.bashrc. Disse filer var ikke at se med "ls"-kommandoer, fordi de netop er usynlige: alle filer der starter med "." betragtes som usynlige under Linux.)

12 12 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Man skal også sikre sig, at ftp-overførsler sker i binary mode ved at checke at binary-feltet over "Help"-knappen er klikket af. Herefter skal man på fil-listen til venstre vælge filen LM92software1.tgz i direktoriet "/windows/lm92software" på CD-ROM en og overføre den ved at trykke "->". Den nævnte fil: LM92software1.tgz er et komprimeret tar-arkiv dvs. et antal filer samlet i en fil som derefter er komprimeret, ligesom zip-filer under Windows. Skift nu til KevTerm og pak arkivet ud med kommandoen "tar": root@myliab# ls LM92software tgz root@myliab# tar -xvzf LM92software tgz LM92test ReadMe source/ source/386excpu.h source/lm92comm.c source/lm92comm.h source/lm92test.c source/makefile source/myerror.c source/myerror.h source/stdmidi.h root@myliab# Efterhånden som arkivet bliver pakket ud udskrives filnavnet på de fundne filer og man kan nu prøve at udføre kommandoen "ls" igen: root@myliab# ls LM92software tgz LM92test ReadMe source Efter udpakning af arkivet er der dukket tre filer op: LM92test, ReadMe og source. Sidstnævnte er et underdirektorie. Med kommandoen "cd" kan man skifte til dette direktorie og undersøge hvilke filer der findes: root@myliab# cd source root@myliab# ls 386EXcpu.h LM92comm.h Makefile myerror.h LM92comm.c LM92test.c myerror.c stdmidi.h root@myliab# cd.. root@myliab# ls LM92software tgz LM92test ReadMe source root@myliab# Filerne i underdirektoriet er kildeteksterne til testprogrammet.

13 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Første Test af Hovedprintet Programmet til at teste hovedprintet hedder "LM92test" og ligger nu i root s hjemmedirektorie. Programmet indeholder en hjælpetekst, som fås ved at benytte option "-h": root@myliab# LM92test -h Program to operate one or more LM92 electronic termometers, connected to a miniliab through the JP3 connector Usage:..# LM92test [options] -h : help (this text) -a <addr> : Specify address of LM92 (default: 0) -b : Print a temperature bar graph -l <loop> : Repeat read or bar graph function <loop> times -r <reg> : Read the content of LM92 register <reg> (see... -s <reg>,<dg>: Set LM92 register <reg> to <dg> degrees (any... e.g. 1.2e-1, allowed regs: hyst, crit, low,... -w <reg>,<hx>: Set LM92 register <reg> to the integer value... hex: 134, 0x27, allowed regs: config, hyst,... The following LM92 registers are accessible: temp -- Temperature register (read only) config -- Configuration register hyst -- Hysteresis for comparators crit -- Critical temperature for CRIT comparator low -- Low temperature for INT comparator high -- High temperature for INT comparator usage example:..# LM92test -a 1 -s hyst,2.34 Mikael Dich, August 2002 root@myliab# Test termometeret på hovedprintet ved at benytte option "-r temp", idet temp angiver at vi ønsker at læse det LM92-register, der indeholder den målte temperatur: root@myliab# LM92test -r temp 0x0b18, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no root@myliab# Ovenstående angiver at temperaturen i rummet er C og at ingen af temperaturgrænserne,, er overskredet. Værdien yderst til venste er den rå, 16-bit værdi aflæst fra temperatur-registeret. Formatet af dette og andre LM92-registre er angivet på side 12 i databladet for LM92 eren [2].

14 14 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Får man i modsætning til ovenstående en besked i stil med: root@myliab# LM92test -r temp *Error* I2C acknowledge returns one (should be zero) >>> VALUE READ FROM LM92 UNRELIABLE!!! <<< 0x0000, 0.00 degrees, Flags = C: no, H: no, L: no root@myliab# er er desværre ingen kontakt til LM92 termometeret... Check at alle jumpere er åbne og at fladkablet er monteret korrekt. Er dette tilfældet, må man igang med at fejlsøge på selve hovedprintet: check for manglende lodninger, forkert placerede komponenter osv. 3.5 Eksperimenter med Hovedprintet Med option "-l 10" gentages målingen af temperaturen ti gange med et sekunds mellemrum. Start LM92test-programmet som angivet og sæt en finger på LM92- kredsen: root@myliab# LM92test -r temp -l 10 0x0b70, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0b70, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0bb8, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c08, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c20, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c38, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c38, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c30, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c40, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no 0x0c48, degrees, Flags = C: no, H: no, L: no root@myliab# Man kan nu afprøve en af komparatorerne i LM92 eren: sæt en blå jumper over JP5, således at CRIT-udgangen et tilkoblet lysdiode-driveren. Med option "-s crit,24.0" sætter man nu temperaturen for CRIT-komparatoren,, til 24 C, for derefter med option "-s hyst,0.5" at sætte hysteresen,, til 0.5 C: root@myliab# LM92test -s crit,24.0 root@myliab# LM92test -s hyst,0.5 root@myliab# LM92test -r crit 0x0c00, degree root@myliab# LM92test -r hyst 0x0040, 0.50 degree root@myliab#

15 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre 15 Idet vi antager at rumtemperaturen er under 23.5 C, bør lysdioden være nu være slukket. Sæt en finger på LM92 eren og vent. Efter et stykke tid bør lysdiode tænde, idet temperaturen inde i LM92 eren overstiger 24 C. Fjern fingeren igen og lysdioden bør slukke efter et stykke tid. Prøv dernæst option "-b": root@myliab# LM92test -b -l deg ** *********I********* ********* ** Temperaturen og "søjlen" vil blive opdateret ca. en gang per sekund, indtil der er foretaget målinger (omtrent et døgn!). Ønsker man at afbryde målingen, tast da ctrl-c.

16 16 LIAB Electronics ApS: Byggesæt: elektroniske termometre Referencer: [1] LIAB Electronics ApS, "Kom Igang med miniliab-baserede Byggesæt", 2002, dokument nr. UM [2] National Semiconductor, "LM C Accurate, 12-Bit+Sign Temperature Sensor and Thermal Window Comparator with Two-Wire Interface", 2000.