Návrh a realizácia zapojenia senzorov systému zberu teplotných dát
Obsah
Návrh a realizácia zapojenia senzorov
Pri realizácii zapojenia senzorov bolo nutné rozdeliť prácu na dve časti. Prvou časťou je vytvorenie nevodivého, vodotesného puzdra odolného na mechanické namáhanie, súčasne dostatočne tepelne vodivého. Druhá časť sa zaoberá zložením senzorov do sondy. Je v nej rozobraté pripájanie senzorov k zbernici 1-Wire a zabezpečenie spojov voči náhodnému skratu.
Návrh zapojenia
Teplomery DS18S20 zapojíme v parazitnom zapojení, aby sme využili možnosti poskytované touto technológiou a zároveň prezentovali jej možnosti. Na Obr. 5.1 je typické zapojenie DS18S20 v parazitnom režime.
Bolo stanovené, že merania budeme vykonávať na piatich senzoroch umiestnených podľa Tab. 5.1.
| Názov teplomera | Adresa teplomera | Vzdialenosť od povrchu [cm] |
| Teplomer 1 | 109699FF00080021 | -150 |
| Teplomer 2 | 10466EFF00080012 | -75 |
| Teplomer 3 | 10C3C82301080004 | -10 |
| Teplomer 4 | 10662D9C010800B0 | 10 |
| Teplomer 5 | 101975FF00080014 | 100 |
Senzory boli zapojené podľa Obr. 5.2. Teplomer 1 bol umiestnený 150 cm pod povrch a Teplomer 5 bol umiestnený 100 cm nad povrch zeme.
Realizácia senzora
Pri realizácii senzora je nutné zohľadniť vplyvy vonkajšieho prostredia a pôdy. Ako puzdro teplomera boli zvolené plastové výlisky na Obr. 5.3, ktorých tepelná zotrvačnosť je podstatne nižšia, ako pri kovových elementoch a zároveň netrpia koróziou.
Do plastového puzdra bola natlačená nevodivá silikónová pasta. Pre zamedzenie vzniku vzduchových bublín bolo pri jej aplikácii nutné do vnútra plastového výlisku zaviesť pomocnú trubičku, ktorou unikal vzduch. Takýmto spôsobom bolo celé vnútro puzdra vyplnené silikónom a pripravené na vloženie teplomeru. DS18S20 na Obr. 5.3 má spojené vývody GND a VDD a je pripravené na použite v režime parazitného napájania. Obidva spoje sú obalené tepelne sťahujúcou sa bužírkou. K jeho DQ kontaktu je pripojený čierny vodič a ku kontaktu GND je pripojený zelený vodič podľa Obr. 5.4.
Finálny výrobok na Obr. 5.5 má vstupnú stranu obalenú tepelne sťahujúcou sa bužírkou, do ktorej bolo pred použitím aplikované tavné lepidlo. Všetky vyrobené senzory boli testované ponorením do vody na 24 hodín. Aj po takejto záťaži všetky senzory komunikujú, čo potvrdzuje spoľahlivosť takejto formy hydroizolácie.
Realizácia sondy
Na realizáciu sondy bola zvolená plastová lišta, ktorá vzhľadom na svoju nízku tepelnú zotrvačnosť neovplyvňuje presnosť merania. Senzory boli upevnené na lištu v požadovaných vzdialenostiach plastovou sťahovacou páskou a ich poloha bola zaznamenaná permanentným popisovačom podľa Obr. 5.5 a Obr. 5.6. Pre zabezpečenie senzorov proti neželanému pohybu, bolo medzi jednotlivé senzory a steny lišty aplikované tavné lepidlo.
Pripojenie k zbernici 1-Wire bolo vykonané spájkovaním. Spájkované spoje boli potreté silikónovou pastou a zabezpečené tepelne sťahujúcou sa bužírkou. Následne boli oba izolované spoje vložené do tepelne sťahujúcej sa bužírky s väčším priemerom a silikónovou výplňou. Takáto dvojitá izolácia bola opäť testovaná ponorením do vody na 24 hodín.
Záverečné pripojenie k mikroprocesoru bolo vykonané v hornej časti lišty, ktorá je uzatvorená zo všetkých strán a vyplnená silikónom. Vzdialenosť od sondy k mikroprocesoru je 12,5 metra a spojenie je vykonané na bifilárne vinutej dvojlinke.
Inštalácia sondy
Pre sondu bolo potrebné vyhĺbiť jamu s hĺbkou 1,5 metra od povrchu. Na Obr. 5.7 je možné vidieť, že do hĺbky 1 meter bolo hĺbenie možné rýľom. Od 1 metra bola na hĺbenie použitá oceľová trubka. Od 0,8 metra bolo v pôde viac kamenia a približne v hĺbke 1,25 metra sme narazili na štrko-pieskovú vrstvu. Vyhĺbenie zvyšných 0,25 metra zabralo 2-krát viac času, ako vyhĺbenie do hĺbky 1,25 metra.
Na Obr. 5.8 je vidieť, že sonda bola vo svojom označení nulovej hodnoty zarovnaná s povrchom pôdy
Povrch v okolí sondy bol utlačený a po týždni, keď pôda klesla, bol znova utlačený a doplnený, aby bol zarovnaný s nulovou značkou na sonde podľa Obr. 5.9.
Pre zamedzenie vplyvu ohrievania teplomeru priamym slnečným žiarením boli na obidva vonkajšie senzory upevnené clony z reflexného materiálu.
