نرم افزار برنامه نویسی PLC های شرکت زیمنس

نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.
PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

دانلود

دانلود Siemens SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal) + PLCSIM + WinCC + StartDrive + Energy Suite

نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.
PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

دانلود

دانلود Siemens SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal) + PLCSIM + WinCC + StartDrive + Energy Suite

نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.
PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

دانلود

دانلود Siemens SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal) + PLCSIM + WinCC + StartDrive + Energy Suite

نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.
PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

دانلود

دانلود Siemens SIMATIC STEP 7 Professional (TIA Portal) + PLCSIM + WinCC + StartDrive + Energy Suite

نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.
PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

دانلود

دانلود Siemens SIMATIC STEP 7 v5.6 for Windows 10 - نرم افزار برنامه نویسی PLC های شرکت زیمنس

Siemens SIMATIC STEP 7 نرم افزار قدرتمند شرکت زیمنس برای برنامه نویسی PLC های تولید شده توسط این شرکت است که در این نرم افزار تمام ورودی و خروجی های PLC اعم از ورودی و خروجی های آنالوگ و دیجیتال٬ مدول شمارشگر٬ مدول وضعیت و غیره تعبیه شده که می‌بایست در صورت استفاده در نرم افزار پیکر بندی سخت افزاری شوند.

PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل کننده‌ی نرم افزاری است که در قسمت ورودی، اطلاعاتی رابه صورت Binary دریافت و آن‌ها را طبق برنامه‌ای که در حافظه‌اش ذخیره شده پردازش می‌کند و نتیجۀ عملیات را نیز از قسمت خروجی به صورت فرمان‌هایی به گیرنده‌ها و اجرا کننده‌های فرمان (Actuators) ارسال می‌کند. به عبارت دیگر PLC عبارت از یک کنترل کننده‌ی منطقی است که می‌توان منطق کنترل را توسط برنامه برای آن تعریف نمود و در صورت نیاز، به راحتی آن را تغییر داد. اولین PLC در سال 1968 در آمریكا ساخته شد و در سال 1973 وارد بازار آلمان شد و اكنون در جهان شركت‌های مختلفی چون شرکت زیمنس آلمان در زمینه ساخت و كاربرد PLC فعالیت دارند که اکثر PLC های موجود در ایران از محصولات شرکت زیمنس بوده و همچنین آموزش‌های سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که در مراکز آموزشی فنی و حرفه‌ای صورت می‌پذیرد بر پایه‌ی همین سخت‌افزارهای شرکت زیمنس است.

شرکت زیمنس برای سیستم‌های اتوماسیون، سری PLC های S400-S300-S200 (معروف‌ترین و پرکاربردترین سری در ایران) را تولید کرده که برنامه ریزی و پیکربندی سخت افزاری این سری از PLC ها را می‌توان با استفاده از نرم افزارSIMATIC Manager انجام داد. زبان برنامه نویسی مورد استفاده در این نرم افزار STEP 7 است که در حالت گرافیک(استفاده از بلوک‌های آماده موجود در برنامه) بسیار ساده نیز هست.

پس از برنامه نویسی در این نرم افزار با استفاده از قسمت Simulation نرم افزار می‌توان برنامه نوشته شده را شبیه سازی کرده و در صورت وجود خطا آن را برطرف کرد. در نرم افزار SIMATIC Manager شما با تمامی سخت افزارهای موجود در یک PLC سر و کار دارید؛ از منبع تغذیه PLC گرفته تا مدل‌های مختلف CPU و سایر اجزا PLC ها.

 

توانایی تسلط بر این نرم افزار بسیار حائز اهمیت بوده و بهتر است تا هر مهندس الکترونیک بتواند به خوبی با این برنامه کار کند چرا که امتیازی بزرگ برای وی به حساب می‌آید.

 

در این مطلب سعی شده تا تمامی برنامه‌های شرکت زیمنس و مشتقات آن جمع آوری گردد که به طور خلاصه شامل نرم افزارهای زیر می‌شود:

- SIMATIC STEP 7 v5.6

- SIMATIC S7-GRAPH v5.6

- SIMATIC S7-SCL v5.6

- SIMATIC S7-PLCSIM v5.4 SP8

 

    

Siemens SIMATIC STEP 7 software is the professional tool for the SIMATIC S7, SIMATIC C7 and SIMATIC WinAC automation systems. It enables the user to use the performance capability of these systems easily and conveniently.

 

SIMATIC STEP 7 contains convenient functions for all phases of an automation project:

- Configuring and parameterizing the hardware

- Specifying the communication

- Programming

- Test, start-up and service

- Documentation, archiving

- Operating/diagnostics functions

SIMATIC STEP 7 program tools:

1. SIMATIC-Manager:

The SIMATIC Manager manages all data belonging to an automation project, regardless of the target system (SIMATIC S7, SIMATIC C7 or SIMATIC WinAC) on which they are implemented.

It provides a common entry point for all SIMATIC S7, C7 or WinAC tools. The SIMATIC software tools that are necessary for processing the selected data are automatically started by SIMATIC Manager.

 

2. Symbol-Editor:

With the tool Symbol Editor all global variables (in contrast to the local formal parameters that are declared when the blocks are programmed) are managed. The following functions are available:

- Definition of symbolic designations and comments for the process signals (inputs/outputs), flags and blocks

- Sorting functions

- Data exchange with other Windows programs

 

The symbol charts that are generated when this tool is used are available to all software products. Changes to a symbol parameter are therefore automatically recognized by all tools.

 

3. Hardware configuration:

The tool Hardware Configuration is used for configuring and parameterizing the hardware used for an automation project. The following functions are available:

 

- Configuration of the automation system  Racks are selected from an electronic catalog and the selected modules are assigned to the required slots in the racks.

 

- The configuration of the distributed I/Os is done in the same way as the configuration of the non-distributed I/Os; channel-granular I/O modules are also supported.

 

- CPU parameter assignment: 

Properties such as restart characteristics and cycle-time monitoring can be set menu-driven. multicomputing is supported. The entered data are filed in system data blocks in the CPU.

 

- Module parameter assignment: 

The user can specify all the adjustable parameters of the modules in input screen forms. Adjustments via DIP switches become unnecessary. Parameterization of hardware modules occurs automatically during the CPU's acceleration. Thus, a change of a module can be made without another parameterization.

 

- Function module (FM) and communications processor (CP) parameter assignment:

This parameterization also occurs within the hardware configuration in the same way as the parameterization of the other modules. For this parameterization hardware-module-specific screen forms and rules are provided for each FM and CP (is included in the FM/CP functions package). The system prevents faulty inputs by offering only allowed entry options on the parameter assignment screen forms.

 

4. Communication configuration:

- Configuring and display of communication links

- Time-driven cyclic data transmission via MPI:

    - Selection of communication partners

    - Entering of data source and data destination in a table.Generation of all system data 

      blocks (SDBs) to be loaded and their complete transmission to all CPUs take place 

      automatically

    - Parameterization of the selected communication blocks in the customary programming 

      language (e.g., LAD).  

Event-driven data transmission

- Definition of the communication links.

- Selection of the communication function blocks (CFBs) from the integrated block library.

- Parameterization of the selected communication blocks in the customary programming 

  language (e.g., LAD).

 

5. System diagnostics:

System diagnostics offer the user an overview of the status of the automation system. The display can be in two different forms:

- Display of text messages, which can be output directly and quickly.

- Pixel-graphics display within the Hardware Config display, offering the following options:

 - Display of general module information (e.g., order number, version, designation) and 

  module status (e.g., faulty) 

 - Display of module faults (e.g., channel faults) of the central I/O and DP slaves

 - Display of alarms from the diagnostics buffer

 

For CPUs, additional information is displayed

- Causes of malfunction during user program execution.

- Display of cycle duration (longest, shortest and last cycle).

- Display of the reserved and free memory.

- Capabilities and usage of MPI communication.

- Display of the performance data (number of possible inputs/outputs, flags, counters, timers and blocks)

More info (open/close)

سیستم مورد نیاز

for STEP 7 v5.6 and S7-GRAPH v5.6 and S7-SCL v5.6:

- Windows 7 Ultimate, Professional and Enterprise (64-bit), with SP1

- Windows 10 Pro and Enterprise (64-bit)

- Windows Server 2008 R2 (64-bit) with SP1 (Standard Edition as work station computer)

- Windows Server 2012 R2 (64-bit) (Standard Edition as work station computer)

- Windows Server 2016 (64-bit) (Standard Edition as work station computer)

 

for S7-PLCSIM v5.4 SP8:

- Windows Server 2008 R2 SP1 (Standard edition as workstation computer)

- Windows Server 2012 R2

- Windows 7 Ultimate/Professional/Enterprise SP1

- Windows 8.1 Professional/Enterprise

- Windows 10 (64-bit only)

-----------------------------------------------------

 نرم افزار Siemens SIMATIC STEP 7 v5.6 x64‏ - 2417 مگابایت
 دانلود - بخش اول
 دانلود - بخش دوم

 دانلود - نرم افزار Siemens SIMATIC S7-GRAPH v5.6 x64‏ - 53 مگابایت
 دانلود - نرم افزار Siemens SIMATIC S7-SCL v5.6 x64‏ - 60 مگابایت
 دانلود - نرم افزار Siemens SIMATIC S7-PLCSIM v5.4 SP8 x86‏ - 230 مگابایت

 

مدارهای درایور

تغییرکمیت های مختلف مانند دما، موقعیت، فشار، نور و... نیاز به یک محرک دارد. این محرک می تواند هیتر، موتور، پمپ، منبع نور و ... باشد. برای راه اندازی این تجهیزات، نیاز به درایور یا مدارهای ایجاد توان داریم، تا ولتاژ و جریان مورد نیاز آن ها را تامین کنیم. هرچند میکروکنترلرها فرمان ها را صادر می کنند، اما خروجی میکروکنترلرها قادر نیستند، توان لازم جهت تجهیزات محرک را فراهم کنند. ولتاژ خروجی میکروکنترلرها حدود 5 ولت و جریان خروجی آن ها در حد چند میلی آمپر است. خیالتان را راحت کنم، با یک میکروکنترلر موتور کوچک یک اسباب بازی را نمی توان به حرکت در آورد.
مدارهای درایور ولتاژ و جریان لازم برای تجهیزات محرک را فراهم می کنند. در ادامه به بررسی چند نمونه از درایورها می پردازیم.

1_ درایورهای ترانزیستوری نوع BJT :

ترانزیستورها ی BJT کار تقویت جریان را به راحتی انجام می دهند. اگر ما جریان I_B را به بیس بدهیم، جریان کلکتور آن β برابر جریان بیس می شود. از آن جا که ترانزیستورهای مختلف دارای β   متفاوت هستند، پس با انتخاب ترانزیستور مناسب و کنترل جریان بیس می توان جریان مورد نظر را تامین کرد. مدار زیر دو مدار درایور ساده ترانزیستوری را نشان می دهد. همانطور که می بینید، خروجی میکروکنترلر جریان بیس ترانزیستور را تامین می کند.
فرض کنید می خواهیم یک موتور DC را با ترانزیستور درایو کنیم. نحوه انتخاب ترانزیستور و مقدار مقاومت بیس R_B  چقدر باید باشد؟
برای اینکار ابتدا باید ترانزیستور مناسب را انتخاب کنید. برای انتخاب ترانزیستور باید مشخصات موتور DC خود شامل ولتاژ و جریان آنرا بدانید. معمولاً ولتاژ و سرعت موتور بر حسب دور در دقیقه را روی پلاک موتور می نویسند. برای مثال موتور زیر یک موتور 12 ولت با دور 5000rpm است. البته این موتور دارای گیربکس است و دور خروجی گیربکس به 300rpm کاهش یافته است. در صورتیکه جریان آن را ندانیم، موتور را مطابق شکل زیر با یک منبع تغذیه 12 ولت و جریان مناسب روشن کرده و جریان مصرفی آن را بدست می آوریم. ( توجه داشته باشید که جریان منبع تغذیه باید از جریان موتور بیشتر باشد.)


حال با داشتن جریان و ولتاژ موتور، ترانزیستور مناسب را انتخاب می کنیم. جریان ترانزیستور باید حداقل 3 برابر جریان نامی موتور باشد، تا در لحظه راه اندازی که جریان بیشتری موتور می کشد، به ترانزیستور صدمه نخورد. V_CE ترانزیستور را نیز بیشتر از ولتاژ موتور می گیریم. برای بدست آوردن β ترانزیستور نسبت جریان کلکتور به جریانی که می توانیم به بیس ترانزیستور بدهیم را بدست می آوریم. برای مثال در جدول حداکثر جریان خروجی میکروکنترلر در حالت H برابر 20mA است، برای اینکه خروجی میکروکنترلر افت نکند و جریان زیادی از آن نکشیده باشیم، مقدار 10mA را به عنوان جریان خروجی میگیریم. فرض کنید جریان نامی ترانزیستور 400mA باشد، پس جریان کلکتور را 1200mA میگیریم. پس در این مثال داریم:

β>= I_c / I_B = 1200/10=120

پس باید ترانزیستوری با β حداقل 240 انتخاب کنیم.

حال با انتخاب ترانزیستور و با داشتن جریان لازم کلکتور مقدار جریان بیس لازم را بدست می آوریم:

I_B = I_C / β = 1200/120= 10 mA

حال با داشتن جریان بیس مقاومت R_B مناسب را بدست می آوریم :

R_B = (V_out – V_BE ) / I_B =  (5-0.7)/10mA = 430 Ω

حال برای اطمینان از به اشباع رفتن ترانزیستور مقدار R_B را مقداری کمتر می گیریم. برای مثال می توان 390Ω گرفت.

در دو شکل بالا اگر دقت کنید، در شکل سمت چپ بار اهمی است و بار ترانزیستور سمت راست سلفی است. بارهای اهمی مانند لامپ و هیتر هستند و بارهای سلفی مانند موتور و سیم پیچ هستند.
در سوئیچینگ ( قطع و وصل) بار سلفی باید دقت داشت، که پس از روشن شدن ترانزیستور و عبور جریان از بار، با خاموش شدن ترانزیستور و قطع جریان بار سلفی، ولتاژ دو سر آن شدیداً طبق رابطه Ldi/dt افزایش پیدا می کند. برای مقابله با این مشکل یک دیود هرزگرد مطابق شکل با بار موازی می کنند، تا پس از خاموش شدن ترانزیستور جریان در مسیر دیود ادامه یابد، تا زمانیکه جریان مستهلک شود.
معمولاً براحتی ترانزیستوری با ولتاژ و جریان دلخواه خود پیدا می کنید، اما اگر β بالا باشد، ممکن است نتوانید ترانزیستوری با تمام مشخصات مورد نظر خود پیدا کنید. در این حالت باید از دو ترانزیستور که با هم سری شده اند و به آن زوج دارلینگتون می گویند استفاده کنید. هم خودتان می توانید دو ترانزیستور را به صورت دارلینگتون ببندید و هم می توانید از ترانزیستور دارلینگتون آماده استفاده کنید، که قیمت آن کمی بیشتر خواهد شد.

2- درایورهای ترانزیستوری نوع MOSFET :

ترانزیستورهای اثر میدان یا همان FET نیز برای سوئیچینگ و تقویت جریان استفاده می شوند. دربخش قبل دیدیم، در ترانزیستورهای دوقطبی برای کنترل جریان خروجی ( جریان کلکتور) باید جریان بیس را کنترل کرد. اما در ترانزیستورهای اثر میدان برای کنترل جریان خروجی باید ولتاژ ورودی را کنترل کنید، از آنجا که ورودی جریان ناچیزی می کشد، استفاده از FET در مدارهای میکروپروسسوری بسیار بهتر است. ترانزیستورهای اثر میدان انواع مختلفی دارند، ماسفت افزایشی نوع N (N Chanel Enhancement MOSFET) برای کار ما مناسب تر است. شکل و منحنی مشخصه آن در شکل زیر آمده است. این FET سه پایه گیت، درین و سورس دارد. که مطابق شکل زیر با کنترل ولتاژ گیت-سورس V_GS جریان درین I_D را کنترل می کنند. همانطور که در شکل می بینید چنانچه V_GS کمتر از ولتاژ آستانه باشد، جریان خروجی صفر است. با افزایش V_GS مطابق شکل جریان درین افزایش پیدا می کند. در سیستمهای میکروپروسسوری V_GS  صفر یا 5 ولت است و برای روشن کردن FET در ناحیه اشباع بسیار مناسب است. (  انگار این دو را برای هم ساخته اند، این یک شوخی، ولی واقعیت است .)

شکل زیر یک مدار سوئیچ برای روشن کردن یک لامپ با FET را نشان میدهد. هرگاه V_in بیشتر از ولتاژ آستانه MOSFET شود، ترانزیستور روشن و هرگاه صفر شود، ترانزیستور خاموش خواهد شد. مقدار R_IN را کوچک و کمتر از 1KΩ و مقدار R_GS را بزرگ و بیش از 1MΩ انتخاب کنید. ( البته می توانید R_IN را حذف کنید.)

3- درایورهای دو جهته پوش پول :

درایورهای بالا فقط قادر بودند که یک نوع ولتاژ را به بار اعمال کنند. در مواردی ما می خواهیم، ولتاژ مثبت یا منفی را به بار اعمال کنیم. برای مثال برای حرکت موتور در دو جهت چپگرد و راستگرد باید جهت ولتاژ اعمالی به ترمینال های موتور را برعکس کرد و یا برای راستگرد اگر ولتاژ مثبت به موتور می دهیم، برای چپگرد به آن ولتاژ منفی بدهیم. برای اینکار از حالت پوش پول مطابق شکل زیر استفاده می شود. حالت پوش پول را با هر دو نوع ترانزیستور می توان پیاده سازی کرد.

در شکل سمت چپ هرگاه پالس مثبت به ورودی بدهیم، ترانزیستور بالایی روشن و ولتاژ +6v به موتور اعمال می شود و هرگاه یک پالس منفی بدهیم، ترانزیستور پایینی روش و ولتاژ  -6v به موتور تعمال خواهد شد.
به طور مشابه در شکل سمت راست، هرگاه ولتاژ ورودی مثبت باشد، ترانزیستور پایینی روشن و ولتاژ –V_DDبه موتور اعمال می شود و هرگاه ولتاژ منفی به ورودی بدهیم، ترانزیستور بالای روشن شده و ولتاژ +V_DD به موتور اعمال خواهد شد.
اشکال روش پوش پول، نیاز به دو منبع تغذیه است.

4- درایورهای دو جهته با پل ترانزیستوری :

برای کنترل یک موتور در دو جهت چپگرد و راستگرد می توان از پل ترانزیستوری می توان استفاده کرد. ایده عملکرد پل ترانزیستوری در شکل زیر آمده است. این پل دارای 4 سوئیچ S1-S4 است. اگر سوئیچ S1 و S4 وصل شوند، جهت جریان در موتور مسیر قرمز می شود و اگر سوئیچهای S3 و S2 وصل شوند، جهت جریان مطابق مسیر سبز خواهد شد. با تغییر مسیر جریان در موتور جهت حرکت موتور تغییر می کند.

سوئیچهای پل بالا را با انواع مختلف ترانزیستورهای BJT و MOSFET می توان ساخت. در زیر دو مدل از پل ترانزیستوری با ترانزیستور BJT آمده است.

در شکل سمت چپ از 4 ترانزیستور npn استفاده شده است. برای روشن شدن ترانزیستورهای npn باید ولتاژ مثبت به بیس آن ها بدهیم. این ولتاژ از طریق مقاومتهای R2 وR4 از خروجی میکروکنترلر تامین می شود. اما برای ترانزیستورهای بالا Q1 و Q3 باید ولتاژ اعمالی حداقل برابر با ولتاژ تغذیه پل باشد، برای اینکار باید از دو ترانزیستور کمکی استفاده کنید.
در مدار سمت راست ترانزیستورهای بالا TIP32 pnp و ترانزیستورهای پایین TIP31 npn انتخاب شده اند. پس برای روشن شدن ترانزیستورهای بالا از آنجا که امیتر آن به +Vcc متصل است، کافی است، بیس آن ها را از طریق مقاومت به زمین وصل کنیم، که اینکار از طریق ترانزیستورهای کمکی npn BC337 انجام شده است. برای روشن کردن ترانزیستورهای TIP32 npn پایین نیز کافی است، به بیس آنها ولتاژ داده شود. این ولتاژ از طریق کلکتور ترانزیستورهای TIP32 بالا تامین می شود. چون با روشن شدن این ترانزیستورها ولتاژ کلکتور آن ها در حد +Vcc خواهد بود. در مجموع مدار سمت راست مناسب تر است.
البته پل های آماده ترانزیستوری در قالب یک آی سی نیز وجود دارد، که در صورت تمین ولتاژ و جریان مورد نیاز شما می توانید از این آی سی ها استفاده کنید. در شکل زیر آی سی L298 که شامل دو پل ترانزیستوری است، نشان داده شده است. همانطور که می بینید، هر پل دارای 4 ترانزیستور npn است که ورودی های IN1 و IN2 جهت حرکت را تعیین می کنند و ورودی EnA برای فعال کردن پل است. توجه داشته باشید تا زمانیکه EnA را فعال نکنید، موتور به چپ یا راست حرکت نمی کند. خروجی های OUT1 و OUT2 به موتور وصل می شوند.
پایه SENSE A برای اندازه گیری و کنترل جریان موتور است. به جای اینکه آنرا به طور مستقیم به زمین متصل کنید، می توانید از طریق یک مقاومت بسیار کوچک، در حدود 200 میلی اهم آن را به زمین متصل کنید و ولتاژ دو سر مقاومت، جریان موتور را به شما می دهد. با اندازه گیری جریان می توان در مورد عملکرد و حفاظت موتور تصمیم گیری کرد.

در پل بالا برای سوئچها مطابق شکل زیر از MOSFET نیز می توان استفاده کرد. . با توجه به N-channel بودن ترانزیستورهای پایین هرگاه ورودی آن ها را H  کنیم، روشن می شوند و برای روشن کردن ترانزیستورهای P-channel بالا باید ورودی آن ها را L کرد.

5- مدارهای درایو با تریستور

مدارهای درایو تریستوری بیشتر برای کنترل ولتاژ ac بکار میروند. همانطور که در شکل زیر می بینید، تریستور از 4 لایه نیمه هادی تشکیل شده است، که تشکیل دو ترانزیستور می دهند، اما در نهایت سه پایه با نام های آند، کاتد و گیت دارد.
در زمانیکه ولتاژ آند از کاتد بیشتر است، با دادن یک پالس به گیت تریستور، که در واقع همان بیس Tr2 است، ترانزیستور Tr2 روشن و به دنبال آن Tr1 روشن خواهد شد و جریان بین آند و کاتد برقرار می شود و مادامیکه آند از کاتد بیشتر باشد، این جریان برقرار است.
به طور خلاصه اگر ولتاژ آند از کاتد تریستور بیشتر باشد و ما یک پالس روی گیت آن بفرستیم، تریستور هدایت خواهد کرد. تریستور یک دیود کنترل شده است.
شکل موج ورودی و خروجی تریستور در سمت راست آمده است. همانطور که گفته شد، تریستور برای کنترل ولتاژهای ac مانند سینوسی به کار می رود. در نیم سیکل اول که ولتاژ آند از کاتد بیشتر است، می توان به گیت پالس داد، از لحظه ای که پالس گیت را بفرستیم، تریستور شروع به هدایت می کند و این عبور سیگنال تا انتهای نیم سیکل ادامه دارد. همانطور که می بینید، در نیم سیکل دوم که ولتاژ آند از کاتد کمتر می شود، به هیچ عنوان هدایتی نداریم.
از آنجا که تریستور بیشتر برای کنترل سیگنال های سینوسی به کار می رود، لحظه ای که به گیت پالس اعمال می کنیم، را با زاویه مشخص می کنند و به آن زاویه آتش می گویند. در شکل زیر پالس t1 در 45 درجه و پالس t2 در زاویه 90 درجه سیگنال ورودی آمده است، پس می گویند زاویه آتش 45 درجه یا 90 درجه است.
هر چه زاویه آتش کمتر باشد، زمان عبور سیگنال بیشتر می شود. مقدار متوسط سیگنال خروجی را می توان به راحتی با محاسبه سطح زیر منحنی بدست آورد.

تا کنون متوجه شده اید، که پس از روشن شدن تریستور نمی توان آن را خاموش کرد و باید به طور طبیعی در انتهای سیکل که ولتاژ آند از کاتد بیشتر نیست، خاموش شود.
اگر بخواهیم تریستور را قبل از رسیدن به انتهای نیم سیکل اول قطع کنیم، باید جریان آنرا به صفر برسانیم و با اعمال ولتاژ منفی شرایط قطع را فراهم کنیم، به اینکار کموتاسیون اجباری می گویند.
شاید بگویید، کار کردن با ترانزیستور راحت تر بود، اما به دلایل زیر در خیلی از موارد از تریستور و ترایک استفاده می کنند. دلیل اول، قیمت کمتر تریستور با ولتاژ و جریان یکسان نسبت به ترانزیستور است. دلیل دوم آسیب پذیری تریستور نسبت به ترانزیستور کمتر است. دلیل سوم، عدم نیاز به دقت بالا در خیلی از موارد ما را به طرف استفاده از تریستور سوق می دهد.
قطعه دیگری که مشابه تریستور است و امکان خاموش کردن آن وجود دارد، GTO (Gate Turn off Thyristor ) است. همانطور که در شکل می بینید، GTO نیز دارای سه پایه آند، کاتد و گیت است. در GTO یک پالس مثبت روی گیت آن را روشن و یک پالس منفی روی گیت آن را خاموش می کند.

6- مدارهای درایو با ترایاک

ترایاک مانند، دو تریستور که بطور معکوس با هم موازی شده، اما با یک گیت است. با این وصف، ترایک همانطور که در شکل می بینید، در هر دو نیم سیکل مثبت و منفی هدایت می کند. برای روشن شدن در هر نقطه از نیم سیکل مثبت یا منفی باید به گیت آن پالس بدهیم.

ترایاک کاربرد وسیعی دارد، امروزه از آن برای کنترل توان وسایل مختلف استفاده می شود. از طرف دیگر جایگزین مناسبی برای رله های مکانیکی است.

نحوه ایجاد پالس گیت تریستور و ترایاک :
پالس گیت از مدارهای فرمان که امروزه میکروپروسسوری هستند، صادر می شود. تریستور و ترایاک بخش قدرت سیستم را تشکیل می دهند. در گذشته برای ایزوله کردن و ایجاد پالس برای گیت از ترانس پالس استفاده می کردند. اما امروز از اپتوکوپلر ها استفاده می شود. اپتوکوپلرها ضمن فراهم کردن ایزولاسیون در حد چند کیلو ولت بین مدار فرمان و قدرت، مدار ساده ای دارند. در شکل زیر مدار گیت ترایاک به کمک اپتوترایاک تحریک شده است. همانطور که می بینید، فرمان میکروکنترلر با کوپلاژ نوری، ترایاک داخلی اپتوترایاک را روشن و به دنبال آن، این ترایاک ولتاژ گیت ترایاک اصلی را فراهم می کند.
بار شما می تواند لامپ، هیتر، موتور و ... باشد. اگر بار سلفی مانند، موتور داشته باشید، بخش اسنابر که در شکل با خط چین نشان داده شده است، لازم است و در بارهای اهمی مانند لامپ و هیتر این بخش را می توانید حذف کنید.

مبدل آنالوگ به دیجیتال

مبدل آنالوگ به دیجیتال :

در استفاده از A2D دو نکته مهم است. 1_ دقت  2_ سرعت

دقت : وقتی شما می خواهید، یک سیگنال آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کنید، باید ابتدا دقت مورد نظر خود را مشخص نمایید. برای مثال اگر می خواهید دمای یک مخزن را که بین 20- تا 350 درجه است، را با دقت  0.5 درجه اندازه گیری کنید، لازم است که این بازه را به  740 قسمت کوانتیزه کنید، پس به یک A2D  حداقل 10 بیتی نیاز دارید. یا اگر بخواهید یک سیگنال که تغییرات آن بین 0 تا 220 ولت است را با دقت 2/. اندازه گیری کنید، پس باید این بازه را به (220-0)/0.2=1100 قسمت تقسیم کنید، پس  یک A2D  حداقل 11 بیتی لازم است. برای انتخاب تعداد بیت A2D لازم است حداکثر تغییرات سیگنال را بر دقت مطلوب خود تقسیم کنید، تا تعداد پله ها را بدست آورید و با توجه به آن تعداد بیت A2D مشخص می شود. (Full Scale/Resolution=Steps)

سرعت : در انتخاب سرعت، شما باید سرعت نمونه برداری از سیگنال آنالوگ را بدانید. برای انتخاب سرعت نمونه برداری باید با مفاهیم درس سیگنال و سیستم بخش Sampling آشنا باشید. در اینجا اشاره ای کوتاه به آن می کنم. یک راه انتخاب فرکانس نمونه برداری، دانستن پهنای باند سیگنال است، فرکانس نمونه برداری حداقل دو برابر بالاترین فرکانس موجود در سیگنال باشد ( قانون نایکوئیست ). برای مثال پهنای باند سیگنال صدا 4 کیلوهرتز است، پس برای اینکه اطلاعات صدا را از دست ندهیم، باید با فرکانس حداقل 8 کیلوهرتز از سیگنال نمونه برداری کنیم. یا اگر بخواهیم یک سیگنال تصویر را که پهنای باند آن 6 مگاهرتز است پردازش کنیم، باید فرکانس نمونه برداری حداقل 12 مگاهرتز باشد، تا اطلاعات تصویر را از دست ندهیم. اگر بخواهیم سیگنال مغز را که پهنای باند آن 90 هرتز است پردازش کنیم، باید از آن حداقل 180 نمونه در ثانیه بگیریم.
اما گاهی از اوقات پهنای باند یک سیستم را ممکن است، نداشته باشیم. برای مثال شما در مسابقات روباتیک یک موتور DC را میخواهید کنترل کنید، برای کنترل سیستم، باید از خروجی در ثانیه چند نمونه بردارید. یک راه سرانگشتی استفاده از پاسخ پله سیستم است. به سیستم یک پله اعمال کرده و خروجی را ثبت و یا با اسیلوسکوپ مشاهده کنید. حال  زمان نمونه برداری را یک دهم زمان بالا آمدن (Rise Time) سیستم بگیرید.  من از این روش بارها استفاده کرده ام.

• در A2D ولتاژ مرجع مهم است. در صورتیکه نمی توانید ولتاژ مرجع با ثبات و دقیق خارجی ایجاد کنید، از ولتاژ مرجع داخلی استفاده کنید.
• به امپدانس ورودی A2D توجه داشته باشید. امپدانس خروجی سیگنال شما باید بسیار کمتر از امپدانس ورودی A2D باشد، وگرنه سیگنال توسط A2D بار می شود. ( درس مدارهای الکترونیک )
• در حالت Free Running اولین تبدیل باید توسط شما و به کمک بیت ADSC انجام شود و تبدیل های بعدی بطور خودکار، پس از پایان تبدیل قبلی شروع می شود.
• در صورتیکه از ولتاژ مرجع داخلی یا AVCC به عنوان ولتاژ مرجع استفاده می کنید، هرگز پایه AREF به ولتاژ وصل نکنید و فقط یک خازن 0.1uf کافیست.
• از انتخاب حالت دیفرانسیلی با دو ورودی یکسان مانند MUX4..0=01000 تعجب زیادی نکنید. در این حالت هر دو ورودی OPAmp به ADC0 وصل می شود. این حالت برای بدست آوردن ولتاژ آفست ورودی و حذف آن به روش دیجیتال به کار می رود. ( از درس مدارهای الکترونیک می دانید که   در OPAmp ها، علیرغم اینکه هر دو ورودی به صفر وصل شود، خروجی صفر نیست و ولتاژ ناچیزی دارد که به آن Offset Voltage می گویند. در آنجا با پتانسیومتر ولتاژ آفست را حذف می کردیم.)

سنسورها

وقتی به اطراف خود نگاه کنیم، سیگنال ها و کمیت های متعددی می بینیم. برای مثال صدا، نور، دما، فشار، آلودگی هوا، رنگ، وزن ، خمش،  کشش، سرعت وسایل، مسافت، موقعیت اجسام، تب، فشار خون، سیگنال قلب، سیگنال مغز، ترک خوردگی یک جسم و ...  کمیت هایی هستند، که  نیاز به اندازه گیری و پردازش آن ها داریم. امروزه می توان تمام این کمیت ها را به سیگنال الکتریکی  تبدیل کرد. وظیفه تبدیل این کمیت ها به سیگنال ها ( یا کمیت دیگر مورد نظر ما ) به عهده سنسورها می باشد. از طرف دیگر این کمیت ها پیوسته (آنالوگ) هستند و در صورتی که بخواهیم با میکروپروسسور مشاهده و یا پردازش شوند، باید به دیجیتال تبدیل شوند. لذا در ادامه یادگیری دو بحث سنسورها و مبدل آنالوگ به دیجیتال را دنبال می کنیم.
بحث سنسورها یک بحث گسترده و متنوع است و برای تبدیل هر کمیت به سیگنال ممکن است، یک یا چند سنسور وجود داشته باشد. ما به بررسی چند سنسور در زمینه اندازه گیری موقعیت و دما می پردازیم. آشنایی با این چند سنسور شما را قادر می سازد، تا زمینه مطالعه و آشنایی با سنسورهای دیگر را پیدا کنید.

سنسورهای موقعیت :

موقعیت زاویه ای:
یکی از کمیت های مهم اندازه گیری موقعیت زاویه ای یک محور مانند محور یک موتور یا آنتن است، که کاربرد زیادی دارد. برای این کار سنسورهای مختلفی وجود دارد، که به بررسی ان ها می پردازیم.

الف – پتانسیومتر به عنوان سنسور:
مطابق شکل زیر از یک پتانسیومتر خطی برای اندازه گیری موقعیت زاویه ای می توان استفاده کرد.  پتانسیومتر را با محوری که می خواهیم موقعیت آن را بدست آوریم کوپل می کنیم. حال اگر به دو سر ابتدا و انتهای پتانسیومتر یک ولتاژ ثابت V بدهیم. ولتاژ سر وسط متناسب با موقعیت  دسته ( شافت) پتانسیومتر خواهد بود. در ابتدا ولتاژ صفر است و هر چه به سر انتهایی  نزدیک شویم، ولتاژ به مقدار V نزدیکتر خواهد شد.
حال اگر ولتاژ سر وسط را به کمک A2D میکروکنترلر به دیجیتال تبدیل کنیم، می توان موقعیت محور را بر حسب درجه به دست آورد.

ب – دیسک سوراخدار/ دیسک انعکاسی / دیسک مغناطیسی

در این حالت یک دیسک مطابق شکل زیر با محور خروجی کوپل می کنیم. اگر هدف اندازه گیری سرعت محور باشد مانند اندازه گیری سرعت موتور یا اندازه گیری سرعت باد کافی است از یک سنسور استفاده کنیم. این سنسور می تواند یک سنسور نوری / مادون قرمز / مادون قرمز انعکاسی/مغناطیسی/ خازنی/اثر هال باشد. اینکه شما از کدام سنسور استفاده کنید، بستگی به محیط کاری، فضای موجود و هزینه دارد.

در این روش با چرخش دیسک اشعه فرستنده از طریق سوراخ ها به گیرنده می رسد و در بین سوراخ ها این سیگنال به گیرنده نمی رسد، پس مطابق شکل در خروجی یک قطار پالس داریم. تعداد پالس ها در یک بازه زمانی بستگی به تعداد سوراخ ها و سرعت محور دیسک دارد. پس براحتی با شمارش تعداد پالس ها در ثانیه یا دقیقه و یا هر بازه زمانی مناسب دیگر می توان، سرعت محور را به دست آورد. توجه داشته باشید هرچه تعداد سوراخ ها بیشتر باشد، سرعت موتور را در بازه های زمانی کمتر می توان به دست آورد.چرا؟
تعداد سوراخ ها و بازه های زمانی شمارش پالس ها بستگی به پروژه شما دارد. برای مثال اگر بخواهید از این سنسور برای اندازه گیری سرعت ماشین استفاده کنید، باید سرعت ماشین را حداقل دو یا سه بار در ثانیه برای راننده بروز کنید.
سوال هفته : الف - به نظر شما اگر بخواهید سرعت ماشین را هر 300 میلی ثانیه به راننده نشان دهید و دقت اندازه گیری سرعت حداقل یک کیلومتر در ساعت باشد، دیسک شما باید چند سوراخ داشته باشد. فرض کنید که دیسک را روی محوری از ماشین نصب کرده اید که به ازای هر دور چرخیدن لاستیک ماشین 200 دور می زند. قطر چرخ ماشین را 70 سانتیمتر بگیرید. ب- در صورتیکه حداکثر سرعت ماشین 220 کیلومتر باشد، شمارنده پالس شما باید چند بیتی باشد.
همانطور که قبلاً گفته شد، شما می توانید برای شمارش پالس ها از سنسورهای دیگر استفاده کنید. در شکل های زیر استفاده از سنسورهای دیگر در پروژه آمده است، که ایده های خوبی به شما می دهد.

اما اگر محور حرکت شما در دو جهت ( چپگرد-راستگرد) حرکت کند و شما بخواهید موقعیت محور را به دست آورید، با یک  سنسور نمی توان این کار را انجام داد. برای این منظور مطابق شکل زیر از دو سنسور که با یکدیگر اختلاف فاز دارند،  باید استفاده کرد، از یک سنسور برای شمارش پالس و مقدار حرکت دیسک استفاده می شود و دو سنسور به کمک یکدیگر جهت حرکت دیسک را به ما می دهد.  

 برای تشخیص جهت حرکت دیسک، شکل پالس خروجی دو سنسور در حرکت چپگرد و راستگرد در شکل زیر آمده است. همانطور که در شکل مشخص شده است، در حالت چپگرد در لبه بالارونده خروجی B مقدار  خروجی A برابر 1است و در حالت راستگرد در لبه بالارونده خروجی B مقدار  خروجی A برابر 0 است. از همین تفاوت برای تعیین جهت حرکت استفاده می کنند. برای تعیین موقعیت چنانچه چپگرد باشد، با آمدن هر پالس به شمارنده اضافه کنید و اگر راستگرد باشد از مقدار شمارنده کم کنید.
فرستنده و گیرنده سوم برای تشخیص نقطه مرجع دیسک استفاده می شود. چون شما در روش پالسی ابتدا باید نقطه مرجع را پیدا کنید.  
   

ج – دیسک سوراخدار/ دیسک انعکاسی / دیسک مغناطیسی  استاتیک ( مطلق )

در این روش وضعیت فعلی دیسک، با چند سنسور خوانده می شود و مانند روش پالسی نیاز به دانستن موقعیت قبلی نیست. از دیسک استاتیک در مواردی استفاده می شود، که قابلیت اطمینان سیستم اهمیت بیشتری دارد. چون در روش پالسی اگر به هر دلیل خطایی در موقعیت دیسک بوجود آید، این خطا تا رسیدن مجدد به نقطه مرجع وجود خواهد داشت.
عملکرد دیسک استاتیک در شکل زیر آمده است. در این روش دقت اندازه گیری به تعداد سنسورهای فرستنده/گیرنده  بستگی دارد. برای مثال در شکل زیر که 8 فرستنده/گیرنده داریم، 8 حلقه برای کدگذاری می توان داشت. بر این اساس دیسک را می توان به  256= 2⁸  قسمت می توان تقسیم کرد، پس دقت اندازه گیری ما   4/1= 256/360   درجه می شود.
در شکل زیر دیسک به صورت باینری کدگذاری شده است، بهتر است از روش گری استفاده کنید. همانطور که می دانید، در کد گری از هر وضعیت به وضعیت بعدی فقط یک تغییر حالت داریم، لذا در زمان گذر از یک وضعیت به وضعیت بعدی، کدهای ناخواسته ایجاد نمی شود. 

یک ایده دیگر برای دیسک استاتیک ( مطلق ):
شکل زیر یک نمونه از نحوه چیدن فرستنده/گیرنده و کد گذاری را نشان می دهد. در این روش به کمک سه سنسور 8 وضعیت دیسک قابل تشخیص است. همانطور که در شکل می بینید، یک حلقه برای کدگذاری داریم و سه سنسور وضعیت سه قسمت مجاور حلقه را دریافت و بر اساس آن موقعیت دیسک را به ما می دهند.
نکته: توجه داشته باشید که سنسورهای تشخیص موقعیت دیسک لازم نیست، فرستنده/گیرنده مادون قرمز باشند، با آشکارسازهای مفناطیسی ( مانند دیسک های کامپیوتر) می توان انکدرهای استاتیک بیش از 14 بیتی در ابعاد بسیار کوچک ساخت.

سنسورهای اندازه گیری طول ( فاصله ) :
1-   پتانسیومترهای کشویی :
پتانسیومترهای کشویی عملکرد الکتریکی آن مانند پتانسیومترهای گرد است، اما برای تغییر مقاومت آن ها باید، دسته آن را به صورت طولی حرکت داد. شکل ظاهری و کاربرد آن در کمک فنر در زیر آمده است.

2-      LVDT (Linear Variable Differential Transformer) ترانسفورماتور تفاضلی با تغییرات خطی

شما تا کنون  ترانسفورماتورهای کاهنده برق را دیده و از آن استفاده کرده اید و احتمالاً با عملکرد آن آشنا هستید. این ترانس ها برای کاهش ولتاژ برق شهر به ولتاژهای پایین تر استفاده می شوند. هر ترانس دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه است (شکل پایین) . برای کاهش برق باید تعداد دور ثانویه از تعداد دور اولیه کمتر باشد. وقتی شما سیم پیچ اولیه را با برق ac تحریک کنید، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. برای القای این میدان مغناطیسی به سیم پیچ دوم و هدایت شار مغناطیسی تولید شده از داخل سیم پیچ ثانویه از هسته های فریت و یا ورق های آهنی استفاده می کنند. از آنجا که ما می خواهیم، شار مغناطیسی القا شده در ثانویه ثابت باشد، هسته را ثابت می کنیم. حال اگر یک نفر هسته را تغییر دهد، بگونه ای که میزان شار عبوری از سیم پیچ دوم کم شود، چه اتفاقی می افتد. واضح است که ولتاژ القا شده در ثانویه کاهش می یابد، در LVDT از همین خاصیت استفاده شده است.

شکل زیر عملکرد یک LVDT را نشان می دهد. در اینجا یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه داریم. در شکل زیر سیم پیچ های ثانویه 1 و 2 را با هم سری و خروجی نهایی تفاضل V1-V2 را به ما می دهد. ( به نحوه سری شدن دو سیم پیچ ثانویه دقت کنید.) حال اگر هسته میان سیم پیچ ها را حرکت دهیم، میزان شار القا شده به سیم پیچ های 1 و 2 فرق خواهد کرد. اگر به سمت راست حرکت کنیم، هسته از میان سیم پیچ 1 خارج و بیشتر در میان سیم پیچ 2 قرار می گیرد. پس ولتاژ V1 از V2 کمتر می شود و اگر به چپ حرکت کنیم، برعکس این اتفاق می افتد. حال با اندازه گیری V1-V2 می توان موقعیت هسته و یا میزان حرکت طولی را بدست آورد. توجه داشته باشید که خروجی V1-V2 یک ولتاژ سینوسی است و شما باید حداکثر دامنه و فاز را بدست آورید. در صورتیکه از AVR در پروژه خود استفاده می کنید، می توانید مقادیر V1 و V2 را جداگانه بدست آورید و براساس آن ها فاصله را اندازه گیری کنید و نیاز به دانستن اختلاف فاز نیست.


سنسورهای اولتراسونیک :

برای فواصل بیش از 2-3 سانتیمتر و کمتر از 300 سانتیمتر می توان از سنسورهای اولتراسونیک ( فرا صوت ) استفاده کرد. عملکرد این سنسور در شکل زیر آمده است. در این سیستم از دو سنسور فرستنده و گیرنده استفاده می شود. همانطور که در شکل می بینید، سنسور فرستنده امواج فراصوت را ارسال و پس از برخورد به مانع، امواج منعکس شده (اکو) توسط سنسور گیرنده دریافت می شود. از آنجا که سرعت صوت 340m/s است، با داشتن زمان طی شده می توان فاصله را بدست آورد. d=(v*t)/2

قبل از طراحی مدارهای فرستنده و گیرنده لازم است، با مشخصات سنسورهای اولتراسونیک بیشتر آشنا شویم.
مشخصه فرکانسی : در شکل زیر مشخصه فرکانسی یک نمونه سنسور اولتراسونیک آمده است. همانطور که در شکل زیر می بینید، میزان فشار صدا (Sound Pressure Level=SPL) در فرستنده و حساسیت گیرنده در فرکانس 40Khz حداکثر است و در فرکانس های کمتر و یا بیشتر کاهش پیدا می کند، پس باید فرکانس را به درستی ایجاد کنید.

زاویه پرتو : در شکل زیر نحوه پخش پرتو فراصوت را در جهت افقی و عمودی نشان داده است. همانطور که می بینید، هر چه از مرکز سنسور به کناره ها برویم، سیگنال تضعیف بیشتری می شود. در این سنسور نمونه پهنای پرتو عمودی از افقی کمتر است. دانستن اینمشخصه به ما کمک می کند که اجسام را تا چه زاویه ای نسبت به مرکز سنسور می توانیم، تشخیص دهیم.
دامنه سیگنال ورودی فرستنده : هرچه دامنه سیگنال ورودی را بیشتر کنید، مطابق شکل زیرمیزان فشار صدای خروجی (SPL) بیشتر می شود. شما بر حسب برد مورد نظر و حساسیت گیرنده می توانید ولتاژ ورودی را تعیین کنید و بر اساس میزان سیگنال دریافتی، مدارهای تقویت کننده را طراحی کنید.

البته اگر به صورت حرفه ای می خواهید، با یک سنسور اولتراسونیک کار کنید، مشخصه های دیگر آن را نیز مطالعه کنید.

مدار فرستنده : همانطور که دیدید، باید یک سیگنال با فرکانس 40Khz و  دامنه مناسب به فرستنده اعمال کنید. هر چه دامنه سیگنال را بیشتر کنیم، میزان شدت صدای خروجی بیشتر می شود. شما اگر از دانش قدیمی بهره داشته باشید، احتمالاً به فکر ساخت این سیگنال با IC555 می افتید. اما منطقی نیست، وقتی شما یک میکروکنترلر دارید از روش های قدیمی استفاده کنید، بهتر است به کمک تایمر میکروکنترلر سیگنال 40Khz را بسازید و با مدار مناسب آنرا تقویت کنید.
شکل زیر یک نمونه از مدارهای فرستنده اولتراسونیک در یادداشت های کاربردی شرکت TI است. در این مدار برای بالابردن ولتاژ سیگنال اعمالی به فرستنده اولتراسونیک دو ایده بکار رفته است. ابتدا توسط یک ترانزیستور ولتاژ خروجی میکروکنترلر به سطح 5v تا 12v تبدیل شده است. مقدار مقاومت را بر اساس نوع ترانزیستور به سادگی می توان تعیین کرد. ( در نقشه TI این مقاومت 10KΩ انتخاب شده است). در این مدار از IC4049 که یک NOT با تکنولوژی CMOS است، استفاده شده است. توجه داشته باشید که ولتاژ تغذیه این IC می تواند تا +15v باشد.
 ایده دوم استفاده از ایجاد دو خروجی معکوس و ایجاد پالس های مثبت و منفی در لبه سیگنال، به کمک خازن می باشد. شکل موج ها در شکل کاملاً گویا است. وقتی در یکسر فرستنده ولتاژ +V را داریم، در سر دیگر ولتاژ –V است و برعکس، پس ولتاژی که روی فرستنده می افتد، برابر 2V می شود.
البته شما می توانید، از هر مدار دیگری که یک سیگنال 40Khz با دامنه و جریان مناسب تامین می کند استفاده کنید. برای مثال می توانید، دو ترانزیستور را به صورت پوش پول ببندید و خروجی آن را به فرستنده اولتراسونیک بدهید.

گیرنده اولتراسونیک : سیگنالی که گیرنده اولتراسونیک به شما می دهد، بستگی به قدرت سیگنال ارسالی از فرستنده، فاصله طی شده و حساسیت گیرنده دارد. از آنجا که سیگنال دریافتی ضعیف است، باید تقویت، فیلتر و مقدار DC آن حذف شود. در شکل زیر سیگنال ارسالی و دریافتی و زمان طی شده نشان داده شده است. در مواردی که سنسور فرستنده و گیرنده در کنار یکدیگر قراردارند ( که غالباً به این شکل است)، سیگنال فرستنده توسط گیرنده به طور مستقیم نیز دریافت می شود، که باید آن را در نظر نگرفت.
مدارهای زیادی به عنوان گیرنده اولتراسونیک وجود دارد، که به بررسی یک نمونه  می پردازیم. در این مدار خروجی گیرنده به یک تقویت کننده با بهره 55 داده شده است ( Gain=R7/R5=100/1.8=55). مقاومت های R3 و R4  ولتاژ Vcc/2 را برای ورودی مثبت تقویت کننده فراهم می کنند. خازن C5 برای تضعیف فرکانسهای بالا می باشد.

سنسورهای دما :

سنسورهای درجه حرارت از تنوع زیادی برخوردار هستند و بر اساس محدوده دما، نوع خروجی، خطی بودن و پارامترهای دیگر دسته بندی می شوند.
1-      ترمیستور ( مقاومت حرارتی )  در دو نوع PTC  و NTC
2-        RTD(Resistance Temperature Detectors)مانند PT100   (سنسور مقاومتی از جنس پلاتین )
3-      ترموکوپل
4-      سنسور نیمه هادی با خروجی ولتاژ یا جریان
5-      سنسور  دیجیتال با خروجی PWM
6-      سنسور دیجیتال با خروجی I²C
7-      سنسور مادون قرمز
در ادامه به بررسی چند نمونه از آن می پردازیم:
1-      ترمیستورها : مقاومت های حساس به حرارت هستند، که با تغییر دما مقاومت آن ها تغییر می کند. در NTC(NegativeTemperature Coefficient) با افزایش دما، مقاومت ترمیستور کاهش پیدا می کند و در PTC(Positive Temperature Coefficient) با افزایش دما مقاومت ترمیستور افزایش پیدا می کند. یک روش برای اندازه گیری دما با ترمیستور در شکل زیر نشان داده شده است. در اینجا ترمیستور با مقاومت  R1 تشکیل یک مقسم ولتاژ می دهند و ولتاژ خروجی به مقاومت ترمیستور بستگی دارد. مقاومت R1 را به گونه ای انتخاب کنید، که در محدوده تغییرات ترمیستور ولتاژ خروجی تغییرات مورد نظر شما را داشته باشد. (  Vout=Vcc * Rt/(Rt+R1)   )

نکته مهم دیگر در انتخاب R1 گرم شدن ترمیستور به دلیل جریان عبوری از خودش است. (Self Heating)  توان تلفاتی توسط ترمیستور نباید دمای ترمیستور را بالا ببرد، و باعث خطا در اندازه گیری دمای محیط شود. اثر Self Heating  بستگی به شکل ساخت ترمیستور دارد. هر چه R1 بزرگتر انتخاب شود، جریان عبوری از ترمیستور کمتر می شود، ولی در مقابل ولتاژ خروجی کمتر خواهد شد.

نباید خروجی مقسم ولتاژ را مستقیماً به ورودی A2D میکروکنترلر وصل کرد. چون به دلیل امپدانس ورودی A2D ( در AVR  حدود 10KΩ است)، خروجی مقسم ولتاژ بار می شود، پس همانطور که در شکل می بینید، یک بافر آنالوگ برای جلوگیری از بارگذاری لازم است.

2-      RTD  :  این سنسور نیز مقاومتی است و با تغییر دما مقاومت آن تغییر می کند، تفاوت های مهم ترمیستور و RTD در جنس، خطی بودن و حساسیت آن ها است. RTD از جنس فلز است، برای نمونه PT100 از جنس پلاتین است که مقاومت آن در 0^°C   برابر 100 اهم است. مدار RTD مشابه ترمیستور می تواند باشد.
شکل زیر تغییرات مقاومت بر حسب تغییرات حرارت را برای ترمیستور و RTD نشان می دهد. همانطور که می بینید تغییرات ترمیستور زیاد و غیر خطی است، در حالیکه تغییرات RTD کم و خطی است.

3- ترموکوپل :  این سنسور از اتصال ( جوش) دو فلز غیر همنام در یک یا چند نقطه ساخته می شود. دما باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی در دو سر اتصال می شود. این پدیده در سال 1821 توسط توماس سیبک کشف شد. مقدار این پتانسیل به دمای نقطه اتصال و جنس دو فلز بستگی دارد. همانطور که در شکل زیر می بینید، فلزهای A و B تشکیل یک ترموکوپل داده اند. حال اگر بخواهیم ولتاژ دوسر فلز A و B را اندازه گیری کنیم انتظار داریم که دو اتصال این فلزها با فلز C نیز باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی شوند. در واقع همینطور است. ولتاژی که ولتمتر نشان می دهد، حاصل سه ولتاژ V1 و V2 و V3 است. با قراردادن اتصالات b و c در یک ولتاژ مرجع ( در شکل زیر آب و یخ ) ولتاژ های V2 و V3 ثابت خواهند بود و براحتی می توان رابطه دما با ولتاژ V1 را بدست آورد. فکر نکنید که شما باید همواره یک ظرف آب و یخ باید داشته باشید. اتصال های سرد اگر در محیط آزاد باشند، می توانید دمای محیط را با یک سنسور دیگر محاسبه و در دمای نهایی لحاظ کنید. اگر دمای نقطه داغ شما بالاست و تغییرات دمای محیط کم است، یک دمای متوسط برای محیط در نظر بگیرید.

شما نمی توانید، خروجی ترموکوپل را مستقیماً توسط A2D اندازه گیری کنید. سیگنال خروجی ترموکوپل باید توسط یک تقویت کننده دقیق، تقویت شود. چون تغییرات ولتاژ خروجی کمتر از 70 میکروولت به ازای هر یک درجه سانتیگراد است، پس باید از یک تقویت کننده با ولتاژ افست بسیار پایین استفاده کرد.

بعضی شرکتها مانند AD ،  TI تقویت کننده های خاص ترموکوپل با جبران دمای نقطه مرجع ساخته اند. یک نمونه آن در شکل زیر آمده است.

4-  سنسورهای نیمه هادی: این سنسورها با دو نوع خروجی آنالوگ و دیجیتال در دسترس هستند. نمونه های آنالوگ ارزانتر از دیجیتال هستند، که در زیر به بررسی چند نمونه می پردازیم.

الف – سنسور LM35 با خروجی آنالوگ : LM35 دارای محدوده اندازه گیری 55- تا 150 درجه سانتیگراد است، که به ازای هر یک درجه افزایش دما خروجی آن 10 میلی ولت، افزایش پیدا می کند. امپدانس خروجی آن 0.1 اهم در زمانی که 1 میلی آمپر از آن بکشیم، است. پس می توان آن را مستقیماً به میکروکنترلر متصل کرد. در شکل زیر مدار آن برای دو محدوده اندازه گیری آمده است.

5 – سنسور نیمه هادی با خروجی PWM : در این سنسورها برای داشتن دما، نیاز به مبدل A2D ندارید . سنسور به گونه ای طراحی شده است که مقدار دما به اندازه Duty Cycle  بستگی دارد. با اندازه گیری Duty Cycle دما بدست می آید. یک نمونه از این سنسور SMT160 است.

 

در سنسور SMT160 رابطه دما با Duty Cycle به شکل زیر است:

D.C. = 0.320 + 0.00470 * T

T = (D.C.-0.320) * 212.766

در این رابطه T مقدار دما بر حسب سانتیگراد است. برای مثال داریم:

برای مثال مقدارD.C. در صفر درجه سانتیگراد 0.320 و در 130 درجه سانتیگراد 0.931 می شود. فرکانس پالس خروجی بین 1 تا 4 کیلوهرتز است. برای محاسبه D.C. کافیست زمان بالا و پایین بودن سیگنال را اندازه گیری کنیم و از آنجا مقدار D.C. را بدست آوریم : D.C. = T_H / ( T_H + T_L )  

6- سنسور دیجیتال دما با خروجی I2C : این سنسور پس از اندازه گیری دما و تبدیل آن به دیجیتال به کمک A2D داخلی خود، مقدار آن را به روش I2C برای میکروکنترلر می فرستد. از آنجا که میکروکنترلرها داری واسط سریال I2C هستند، براحتی دما را براحتی دریافت می کنند. برای آشنایی با واسط سریال I2C به بخش واسط سریال مراجعه نمایید. در واسط I2C داده به طور سریال با دو خط داده و کلاک ارسال و دریافت می شود. مطابق شکل زیر میکروکنترلر به عنوان فرمانده و سنسورهای دما به عنوان فرمانبر عمل می کنند. از آنجا که ارتباط بین قطعاتی که امکان I2C دارند، به روش باس است، هرکدام از فرمانبرها آدرس دارند. برای اینکه بتوان دمای چند نقطه را به یک میکروکنترلر منتقل کرد، هرکدام از سنسورهای دما باید آدرس خاص خودشان را داشته باشند. همانطور که در شکل زیر می بینید، سه بیت پایین آدرس قطعه توسط پایه های آی سی مشخص می شود.
در زیر سنسورهای دمای مختلف از نظر مشخصات مختلف با هم مقایسه شده اند: