PT100 tai termorezistorius, kuris gana tiksliai matuoja temperatūrą. Skaičius 100 sako, kad prie 0℃ rezistoriaus varža yra 100Ω. O raidelės Pt sako, kad pirmieji šio rezistoriaus variantai buvo padaryti iš platinos. Ar dabar ten yra tos platinos aš jau nežinau. Bet seni tarybiniai termorezistoriai viduje turi labai labai plonos platinos vielos. Keičiantis temperatūrai keičiasi ir tos vielos varža.

O kaip nuskaityti tuos varžos omus? Pirmi pasiguglinimai parodo:

Čia visdėlto blogos schemos… Schema kairėje, jungimas prie mano nemėgiamo arduino. Paduodam elektrą per rezistorių ir matuojam su ADC parodymus. Atrodo kad viskas paprasta? Bet neteisinga- pirmiausia, per Pt100 rekomenduojama srovė iki 1mA. Čia 5.5mA ir pats termistorius jau nuo srovės kaista. Antroje schemoje srovė jau pamažinta ir kad ADC kažką matytu, pastatytas operacinis stiprintuvas (su 31 karto stiprinimu). Kaip ir logiška, bet deja, ne. Pt100 termistoriaus varža kinta tik keliasdešimt omų: prie 100℃ jis 138.5. Matuojant nuo 0℃ iki 100℃ turim tik 38.5Ω pokytį.

Ir dar abi schemos turi kitą problemą:

Paskaičiuojam schemą kairėje: įtampos pokytis ADC kojoje nuo 2.75V iki 2.58V, apie 0.1658V visam šimtui laipsnių. Kad ir koks geras ADC, didžioji jo matavimo dalis bus nenaudojama, o ir rezoliucija nebus labai jau didelė.

Antra schema, atrodo kaip ir geresnė, bet čia ta pati bėda- net po sustiprinimo, darbinis diapazonas nuo 3.04V iki 4.18V, apie 1.14V šimtui laipsnių. Kodėl, o todėl, kad pastovioji dedamoji nuo didžiosios dalies varžos irgi “pasidaugina” su operacinius stiprintuvu.

Ką daryti? Ogi daryti naudojant daugiau rezistorių:

Šis testinis chaosas tai instrumentinis operacinis stiprintuvas LT1167 ir “matavimo tiltas” (Wheatstone bridge) – viršuje, kairėje. Papildomi rezistoriai dar padaro taip, kad diferencinis signalas gautusi virš 2.5V nuo žemės- čia jau LT1167 veikimo specifika naudojant vienpoliarį maitinimą. Dar, išėjimo signalas žemiau 0.6V nenusileidžia- čia irgi specifika, nėra jis rail-to-rail. Naudojant dvipoliarį maitinimą, tokios nesąmonės visiškai nereikalingos.

Šis “tiltas” duoda vieną triuką- taip galima iš schemos magiškai pašalinti “nenaudojamus” omus. Mano tiltas buvo surinktas iš trijų 120Ω rezistorių ir Pt100 termorezistoriaus. Dabar operacinis (čia instrumentinis) stiprintuvas gali žymiai daugiau stiprinti signalą. Testinėje schemoje gavosi kažkur nuo 6V iki 0.6V keičiant temperatūrą nuo kambario (~23℃) iki kažko karšto, bet ne verdančio. Maitinimas rodos buvo nuo 15V vienpoliario, o srovė per Pt100 ribota kažkur 10kΩ varža. (Tai tik testinė plokštė, neskirta naudoti su tikru procesorium).

Dar reikia sukonstruoti tikrą stabilizuotą maitinimo šaltinį (gal su specialia mikroschema) ir galimą viską sumontuoti gražiai. Bet tikslas tikrai nėra toks, tai tik tarpinis straipsniukas prie PID kontrolerio eksperimento.

Jei norėčiau perkelti seniau aprašytus algoritmus į kokį mikrokontrolerį, viskas lengvai nusikopijuotu. Juk šiuolaikinis gcc puikiausiai palaiko slankiojo kablelio matematiką (float). Tačiau float yra lėtai ir užima daug vietos. Ypač dalyba. Net naudojant integer matematiką, dalyba yra toks nerekomenduojamas reikalas.

Ar tikrai reikia dalybos? Prisimenam formulę:

Čia dalyba yra tik pačioje dešinėje, kur dalinasi iš dt. O jei pas mumi dt = 1? Kas sako, kad reikia skaičiuoti realiom sekundėm? Kas draudžia skaičiuoti kokiais nors išgalvotais, santykiniais vienetais. O jei tikrai reikia, kas draudžia funkciją skaičiuoti kitokiu dažniu. Išpaprastinam dt.

O dabar ar tikrai reikia float? Kas trugdo skaičiuoti viską integer? Gal koeficientai Kp, Ki, Kd? O kas trugdo juos padidinti šimtus kartų? Niekas. O kodėl šimtus? O kodėl ne 256 kartus? Ar 2^15 kartų? Svarbu, kad tik rezultatas tilptu į procesoriuko integer talpą. Viską skaičiuojam dideliais skaičiais ir jau galutinį rezultatą vėl sumažinam kažkiek kartų. Svarbu tik atburti koeficientus.

Čia visiškai ta pati programa, tik pats PID kontroleris veikia su 64 bitų integer matematika. O delta T yra vienetas. (Šildymo modelis tebeveikia su float matematika). Aišku čia kiek nepataikiau su koeficientais ir sunkiai susistabilizavo. Bet veikia!

    Private Sub DoPID()
        Dim P_error As Int64
        Dim P_proportional As Int64
        Dim P_deritative As Int64
 
        Dim sp As Int64 = CInt(setpoint) << 16
        Dim m As Int64 = CInt(measured) << 16
 
        P_error = sp - m
        P_proportional = P_error
        P_integral = P_integral + P_error * pid_dt
        P_deritative = (P_error - P_previous_error) / pid_dt
        output = (pid_kp * P_proportional + pid_ki * P_integral + pid_kd * P_deritative) >> 28
        If output > outmax Then output = outmax
        If output < 0 Then output = 0
        P_previous_error = P_error
    End Sub

Dar kiek pažaisiu su bitais ir koeficientais. Bus daugiau.

Tai tik video testas. Tai mano analoginis mikroskopas (HD!) kur per tris koaksalus ateina singnalas į dėžutę kuri konvertuoja į HDMI. Tada HDMI su kita dėžute konvertuojasi į USB…

Tai Optilia W10x-HD.

Beja, viską litavau aš 🙂 .