روشی نوین برای کنترل و نظارت دما :

دمای مناسب از اساسی ترین پارامتر ها برای بقای انسان، حیوانات و گیاهان همچنین پارامتری اساسی در عملکرد مناسب دستگاه ها و ماشین آلات صنعتی است. از این رو نظارت و کنترل دما در زندگی مدرن و صنعت مسئله ای مورد توجه است. متاسفانه، سیستم های نظارت دما آنالوگ مانند ترموکوپل یا RTD که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند، چند مشکل اساسی دارن، یکی اینکه برای انتقال سیگنال سنسور به ورودی مرتبط در کنترلر مرکزی به سیم های زیادی نیاز دارد و در فواصل طولانی انتقال سیگنال های آنالوگ نویز پذیری و تلفات در این سیگنال ها بسیار مشکل ساز است و همچنین هزینه آن بالاست. برای غلبه بر این کاستی ها، فناوری باس دیجیتال 1-WIRE به اقتضای زمان رواج پیدا کرده است. فناوری باس دیجیتال 1-WIRE با استفاده از سنسور جدید شرکت دالاس پیاده سازی شده است، که با ساختار ساده، دقت بالا، مقاومت در برابر تداخل قوی و ویژگی های مقیاس پذیری خوب جهت اندازه گیری دما در محل، دارای ارزش کاربردی و تبلیغاتی قوی است.

سیگنال دیجیتال و آنالوگ:

سیگنال شامل اطلاعاتی است که بین دو دستگاه الکترونیکی جداگانه منتقل می شود. سیگنال ممکن است در دو دسته قرار گیرد که شامل دیجیتال و آنالوگ می شود.

سیگنال آنالوگ یک سیگنال پیوسته است که مقدار آن بر اساس زمانی که سیگنال نمایش داده می شود متفاوت است. در مورد سیگنال های دیجیتال، این سیگنال ها به عنوان سیگنال های گسسته در نظر گرفته می شوند که معمولاً از دو مقدار کم و زیاد تشکیل شده اند که بعنوان نمایش دیجیتالی اندازه گیری یک کمیت فیزیکی در نظر گرفته می شود. این سنسور خروجی باینری را به صورت یک و صفر نمایش می دهد. سنسورهای دیجیتال در مقایسه با سنسورهای آنالوگ دارای سرعت انتقال سریع و همچنین اغتشاشات ناچیز و قیمت بسیار پایین تری هستند. نداشتن این محدودیت ها دلیل اصلی است که بسیاری از افراد استفاده از سنسورهای دیجیتال را ترجیح می دهند. علاوه بر این، برای استفاده در کاربردهایی که دما به سرعت تغییر می کند سنسور های آنالوگ همچون PT100 مناسب نیستند، زیرا زمان پاسخ دهی آن ها نسبت به سنسورهای دما دیجیتال کمتر است. در کنار محدودیت‌های سرعت سیگنال که سنسورهای آنالوگ دارند، این دستگاه‌ها به دلیل مشکلات نویز پذیری شان دردسر ساز می‌شوند. همچنین سنسور های آنالوگ برای اینکه مقادیرشان برای کنترلر قابل خواندن باشد هر یک نیاز به یک ترانسمیتر دارند تا مقدار ورودی را به ولتاژ یا جریان های مرجع مثل 0تا10ولت یا 4تا20 میلی آمپر تبدیل کنند تا برای کارت ورودی آنالوگ کنترلر ارسال شود و سپس با تبدیل آنالوگ به دیجیتال (A/D) برای کنترلر قابل خواندن باشد. این فرآیند میتواند بسیار هزینه بر باشد و انتقال این سیگنال های آنالوگ در فواصل طولانی مشکل است. بطور مثال برای جمع آوری اطلاعات دمای یک محیط بزرگ که نیاز به هشت سنسور دما دارد به روش سنتی بایستی 8 سنسور RTD به همراه 8 ترانسمیتر دما و کارت ورودی آنالوگ با هشت ورودی تهیه کنید و به ازای هر سنسور دو سیم از محل ترانسمیتر تا تابلوی کنترلر کشیده شود که مجموعا 16 سیم میشود که اگر این فواصل طولانی باشند بدلیل افت ایجاد شده در سیگنال آنالوگ نیاز است از تقویت کننده های سیگنال آنالوگ یا در مواردی کارت های جانبی واسط  (IM)در بین راه استفاده کنید. اما در این سناریو برای سنسور های دیجیتال نیاز به هشت سنور دما دیجیتال دارید که بوسیله سه رشته سیم یک باس انتقال اطلاعات تحت پروتکل 1-WIRE را تشکیل میدهند و تنها با استفاده از مبدل 1-WIRE به MODBUS اطلاعات جمع آوری شده از طریق ورودی RS485 کنترلر قابل خواندن خواهد بود. این انتقال اطلاعات در سمت 1-WIRE تا سیصد متر با دو یا سه رشته سیم و در سمت MODBUS تا 1200 متر با دو رشته سیم ممکن است.

سنسور دمای دیجیتال دالاس DS18B20:

DS18B20 یک سنسور دمای هوشمند دیجیتال است که توسط شرکت دالاس در ایالات متحده تولید شده است. این سنسور دیجیتال اندازه گیری دما با دقت 9 بیتی تا 12 بیتی را ارائه می دهد. سنسور DS18B20 از طریق یک باس 1-Wire با کنترلر ارتباط برقرار می کند هر DS18B20 دارای یک کد سریال 64 بیتی منحصر به فرد است که به چندین DS18B20 اجازه می دهد تا در همان باس 1-Wire  کار کنند. بنابراین، استفاده از یک ریزپردازنده برای کنترل تعداد زیادی از DS18B20 که در یک منطقه بزرگ توزیع شده اند، ساده است. کاربرد های که می توانند بطور مثال از این ویژگی بهره مند شوند عبارتند از: کنترل های محیطی HVAC، سیستم های نظارت بر دمای داخل ساختمان ها، تجهیزات یا ماشین آلات و سیستم های نظارت و کنترل فرآیند.

یکی دیگر از ویژگی های DS18B20 قابلیت کارکرد بدون منبع تغذیه خارجی است. در عوض، جریان از طریق مقاومت pull up از پین دیتا (DQ) زمانی که باس HIGH است، تامین می شود. سیگنال باس HIGH همچنین یک خازن داخلی (CPP) را شارژ می کند، که این خازن در صورت LOW بودن باس، ولتاژ دستگاه را تامین می کند. این روش برای استخراج نیرو از باس One-Wire به عنوان “(Parasitic Power)” شناخته می شود. با وجود این، DS18B20 میتواند از منبع تغذیه خارجی بوسیله پین VDD نیز تغذیه شود.

) استفاده از قابلیت (parasite power)برای دماهای بالاتر از +100 درجه سانتیگراد توصیه نمی شود زیرا DS18B20 ممکن است نتواند ارتباطات را به دلیل جریانهای نشتی بالاتری که می تواند در این دماها وجود داشته باشد حفظ کند. برای کاربردهایی که در آنها چنین دماهایی محتمل است، اکیداً توصیه می شود که DS18B20 از منبع تغذیه خارجی تغذیه شود.(

برخی از ویژگی های DS18B20 :

• اندازه گیری دما بین منفی 55 تا مثبت 125 درجه سانتی گراد (منفی 67 تا مثبت 257 درجه فارنهایت)
• دقت ±0.5°C در دمای بین -10°C تا +85°C
• رزولوشن قابل برنامه ریزی بین 9 تا 12 بیت
• امکان تغذیه پارازیتی (Parasitic Power) تنها بوسیله دو سیم  (DQ and GND)
• کاربرد های سنجش دما پراکنده را با قابلیت چند منطقه ای ساده می کند
• هر دستگاه دارای یک کد سریال 64 بیتی منحصر به فرد است که در رام On-Board ذخیره شده است.

 

سیستم باس1-Wire  :

سیستم باس1-Wire  از یک باس اصلی برای کنترل یک یا چند دستگاه slave استفاده می کند. DS18B20 همیشه یک slave است. هنگامی که تنها یک slave در باس وجود دارد، سیستم به عنوان یک سیستم “تک قطره ای” نامیده می شود. اگر چندین slave در باس وجود داشته باشد، سیستم “چند قطره ای” است.

نکات قابل توجه:

هر باس 1wire فقط می تواند 20 سنسور متصل داشته باشد

حداکثر طول هر خط باس حدود 300 متر است.

کابل محافظ FTP توصیه می­شود.

 

1. اطلاعات محصول :

به طور معمول، کار با سنسورهای بر مبنا 1-WIRE  در محیط های صنعتی دشوار بوده است. راه حل این مشکل ماژول مبدل 1-WIRE به پروتکل MODBUS-RTU است. استفاده از این مبدل فاصله 1200 متری بین سنسور های 1-WIRE و دستگاه های کنترل کننده های MASTER (مانند کنترل کننده PLC) را ممکن میکند.

2. مشخصات:

• امکان ایجاد شبکه بر اساس پروتکل مدباس RS485 که سنسورهای1-Wire به آن متصل می شوند.
• تبدیل پروتکل 1-WIRE به MODBUS-RTU
• پشتیبانی از سنسور های DS1820، DS18S20، DS18B20، DS1822، DS2438Z، DS2401، DS2408.
• اندازه گیری دما، رطوبت و فشار اتمسفر از حداکثر 16 سنسور دیجیتال.
• ایجاد با 1-WIRE تا سیصد متر )با توجه تعداد سنسور و روش اتصال آنها و کابل ها(.
• نرخ baud rateشبکه RS-485 تا 230.4 کیلوبیت بر ثانیه.
• نرخ baud rateشبکه1-WIRE استاندارد تا 16.3 کیلوبیت در ثانیه، Overdrive تا 142 کیلوبیت در ثانیه.
• منبع تغذیه پایدار 10-30 VDC مصرف برق تا 3 وات بسته به تعداد و نوع سنسور.
• محافظت در برابر اتصال معکوس منبع تغذیه، قطبیت ولتاژ تغذیه 24 VDC دلخواه است، ماژول همچنین می تواند از منبع 24 VAC تامین شود.(دارای پل دیودی در تغذیه  ورودی)
• حفاظت یکپارچه اتصال کوتاه و حفاظت از ولتاژ بیش از حد در شبکه های RS-485 و 1-WIRE
• اتصالات با ترمینال ها فونیکس پیچ خور.
• نصب بر روی ریل طبق استاندارد DIN35 / TS35
• ابعاد (W x D x H) ?mm x ?mm x ?mm.

3. کاربرد:

نمونه های از کاربرد این برد مبدل اندازه گیری شامل موارد زیر است:

– ثبت و کنترل دمای چند نقطه ای

– کنترل عملکرد تهویه مطبوع و گرمایش

– پایش دما برای کاربرد هایHACCP

– پایش دما در سیلوی غلات، انبارها، سردخانه ها، اتاق های خشک کن.

– ساختمان های هوشمند

4.  نصب و راه اندازی:

محفظه دستگاه برای مونتاژ روی ریل مینیاتوری سازگار شده است. برای نصب قسمت بالایی محفظه دستگاه را روی ریل قرار دهید و سپس قسمت پایین را فشار دهید تا صدای مشخصه «کلیک» شنیده شود.

به منظور به حداقل رساندن اختلالات محیطی توصیه می شود:

• کابل های محافظ از نوع چند جفتی را بکار بگیرید که می توان آن ها را به ارتینگ در یک سر کابل متصل کرد.
• کابل های سیگنال را در فاصله کمتر از 25 سانتی متر از کابل های تغذیه قرار ندهید.
• کابل را برای توان سطح مقطع کافی به دلیل افت ولتاژ برای تغذیه مبدل اعمال کنید.

4.1 . اتصال به شبکه RS485 :

امکان اتصال 32 دستگاه به شبکه RS485 طبق استاندارد EIA 485 با طول کل کابل 1200 متر می باشد. برای افزایش طول شبکه یا افزایش تعداد دستگاه باید از تقویت کننده یا هاب استفاده کرد.

استفاده از مقاومت پایان خط (ترمیناتور) 120  اهم باعث کاهش انعکاس الکتریکی در خط داده با نرخ  BUD RATEبالا می شود. نمونه اتصال آن (متصل به بلوک ترمینال پیچ رابط RS485/422) در شکل  نشان داده شده است.

4.2. اتصال به شبکه 1-WIRE:

حداکثر طول شبکه 1-WIRE به عنوان سازنده چیدمان ها می تواند حتی 400 متر و حداکثر تعداد سنسورها می تواند 500 باشد. با این حال، هنگام ساخت شبکه به یاد داشته که به ازای هر سنسور 0.5 متر از حداکثر طول و به ازای هر صد متر 1 سنسور از تعداد حداکثر سنسور های ممکن کم میشود. و با افزایش ظرفیت بارگذاری خط میزان اعوجاج سیگنال افزایش می­یابد.

طول شبکه واقعی 1-WIRE و تعداد حسگرها به موارد زیر بستگی دارد:

– نوع کابل ها

– اتصالات توپولوژی

– اتصالات با کیفیت

– تداخل میدان های الکترومغناطیسی خارجی

توصیه ها:

–  استفاده از کابل های پیچ خورده UTP 4x2x0.5 (CAT 5) را برای باس  1-WIREتوصیه می کنیم.

– پایان دادن به شبکه 1-WIRE توسط سنسور

– اتصال سیم ها و کابل های استفاده نشده به ارت تاسیسات برقی.

4.3. اتصال منبع تغذیه:

منبع تغذیه ماژول DC قابل تنظیم از 10 ولت تا 30 ولت و حداقل توان اسمی باید 3 وات می­باشد. فاصله کابل برق از منبع تغذیه DC به دستگاه بهتر است بیشتر از 3 متر نباشد. قطبیت را رعایت کنید، مثبت (+) منبع تغذیه DC را به V+ و انتهای منفی (-) را به ترمینال V وصل کنید. این ماژول در برابر اتصال پلاریته معکوس محافظت شده است.