简化许多窗口比较器


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我有8个热敏电阻,必须确保每个热敏电阻都在温度窗口内。它们都具有相同的窗口,我不在乎哪个或多少在有效范围内,我只需要知道它们是否都在(相同)窗口内即可。这将是仅基于硬件的解决方案,因此ADC读取的软件排序是不可能的。

我目前最好的解决方案是使用一堆比较器IC,并为每个热敏电阻实现一个单独的窗口比较器。为了优化解决方案,我可以使用多个四极管比较器,每一个都具有漏极开路输出,以便可以将它们全部连接起来。当然,从本质上讲,它是相同的电路。我可以使一次基准电压/触发电压缓冲,然后提供给所有比较器。

我确实很愚蠢,只是简单地抛出一堆比较器来解决这个问题。我不确定是否还有更好的方法,我主要是在尝试优化电路板空间。您知道一些创意方法吗?例如,选择所有热敏电阻的最小/最大电压,并使用单个窗口比较器(编辑:c的两个比较器),恕我直言,IMHO会导致更大的解决方案,因此不是一个好答案,我在此仅出于启发目的。

编辑:我知道基于软件的解决方案将是最好的。这就是为什么我一开始就提到它的原因,以防止所有人提出它。用这种方法定义问题的原因是,这是一个安全电路,软件监视器,规格要求我实施仅硬件的解决方案。因此,基于软件的解决方案已经存在,我“只是”需要找到实现基于硬件的最佳方法。


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您可以将输入多路复用到一个窗口比较器。但是随后您需要一些东西来对测量进行排序并合并结果。“没有软件”的限制很痛苦,因为您可以用一个内置ADC的微​​控制器来完成所有这些工作,这将使占用的空间最小。因为我是一个硬件专家,所以我很遗憾地承认这一点,但是在这里很难击败一个uC和一个小程序。
Bimpelrekkie

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如果您想要的精度不是太“紧密”,您可以使用带有下拉电阻的二极管“或”门来实现热敏电阻通过每个二极管驱动的高窗口限。电阻电压将是最高电压减去二极管压降。重复上拉电阻和反极性二极管的低窗口操作。| 尽管您说这不是软件解决方案,但专用的Arduino(或仅选择执行此任务的处理器)可能会接近紧凑和低成本。
拉塞尔·麦克马洪

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“ ADC读取的软件排序是不可能的。” 这样,您就放弃了最简单,更小的解决方案。
Oldfart

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这是什么标准,要求两个独立的系统,其中一个仅是硬件?我已经看到了独立实现系统的规范,但是冗余提供了必要的可靠性。例如,您可以为仅一个硬件的空间实现两个基于微型的检查系统。
奥林·拉斯罗普

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FPGA被视为软件吗?
埃里克·约翰逊

Answers:


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一个窗口比较器,一个3位计数器和一个8:1模拟多路复用器,用于将一个热敏电阻连接到比较器。

如果您只需要知道它们都很好,就可以了。那是3筹码,工作完成了。(74HC163、74HC4051,比较器,以及类似555的时钟)。

如Andy所说,MUX(例如74HC4051)的导通电阻很低,因此每个热敏电阻都连接到一个模拟输入,而另一侧的一个单独电阻提供一个分压器。如果热敏电阻均连接到GND,则电阻变为5V。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

如果您需要记录/显示不合规格的产品,则可以开始添加电路,例如3-8行解码器(另外一个IC,74HC138)来驱动八个LED。有罪各方将轮流闪烁。

如果您还需要更多,请购买MCU和软件。


激励源(电阻器)可以位于MUX(低欧姆MUX)的“ 1”侧,否则可以+1以击败我。
安迪(aka)

@Andyaka这就是为什么我不理会原理图的原因!另外,我在在线sch编辑器中找不到74(HCT)4051、74x163、74x138 ...我会填写详细信息,但是如果您想填写更多内容,则值得一两票。
Brian Drummond

你在滚,布莱恩,所以我留给你。
安迪(aka)

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好吧,有趣的主意。例如,如果单个热敏电阻超出范围,则输出中会出现一个小问题,输出实际上只会在1/8的时间内告诉我。可能没什么大不了的,因为我可以提供win.comp的输出。到具有漏极开路输出的移位寄存器。我需要给它计时,但是戳多路复用器的同一件事可能也可以做到这一点。绝对有一个值得遵循的想法,让我尝试提出更完整的原理图,在这里我将与您联系。
ultimA

好吧,如果您以4 Hz的频率对其进行计时,并且热系统的时间常数> 2秒,则(a)可以,(b)可以提供相当出色的眨眼频率(嗡嗡声,无论如何)。您只能知道系统特征。
Brian Drummond

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我认为Brian的非西南答案是最好的,但这是一个纯粹的模拟解决方案。使用一种电路,从本质上选择最高电压输入(从多个输入中选择)并将其输入到输出。同理最低电压的电路。

考虑精密整流器:-

在此处输入图片说明

它产生的输出电压在整个正范围内都跟随输入电压。现在考虑当您有两个这样的输入时会发生什么:-

在此处输入图片说明

V1和V2中的最高者将赢得驱动输出线的战斗。对8个输入进行步进和重复,然后对反向连接的二极管执行相同的操作,您将获得一种解决方案,该解决方案可以生成两个输出电压,分别代表来自多个不同电压源的最高和最低电压。

我不是100%,但我认为您可以在最低电压下重复使用运算放大器。也许我错了吗?

然后在两条线上都使用比较器,以确定八列中是否有一个超出范围。


不久前我们遇到了大致相同的问题,我认为此解决方案是一个隐藏的宝石。
Janka '18

@Janka也许您可以找到它并链接它?我想看看。
安迪(aka)

+1我喜欢这个。也许有4个LM324 +一个有线或LM393,您就完成了。他可以从中过滤掉*&* $$以防止错误触发。
Spehro Pefhany

我印象不多于一个月前,并且上面有单词幅度,但我认为我错了:我找不到它。
Janka '18

嗨!谢谢您的回答。我认为尽管这实际上增加了各个方面的成本。如最初问题中那样,天真地构建8个窗口比较器需要16个比较器。该拟议的解决方案还需要16个用于构建min + max,然后另外4个用于实际比较,以及一个二极管阵列。由于四运算放大器,实际IC数量上的差异虽然较小,但仍不能取胜。
ultimA

3

改善用作安全电路的多路复用解决方案的建议:将多路复用器输入之一预设为安全窗口之外的已知输入(或什至两个输入,其中一个低于上面的输入)。当在多路复用器上选择相关输入时,检查比较器是否有“外部窗口”响应。

最好用一个(最好是同步的)计数器来驱动多路复用器,该计数器的分辨率比您所需的分辨率高一倍(并且时钟速度快两倍):最低有效的计数器位会产生很大的触发信号,因此您可以将比较器的状态加载到边缘触发器D触发器在有足够的时间稳定下来之后-还可根据不同D触发器的计数器状态,通过逻辑安全地触发此触发信号(例如,每个热敏电阻一个,一个热敏电阻一个,一个用于自身-我上面建议的测试渠道)。

为了更加安全,请复制整个电路。尽管热敏电阻和相关输入在理论上仍然是单点故障,但您使用的是窗口比较器这一事实应防止将热电偶的完全短路或断开误读为错误的OK(相应地为偏置)。


3

这是一个6 x窗口比较器IC,这是一个四窗口比较器IC
8,不是8位。

您可以使用4 x老式LM339四开漏极比较器来满足需要。
这些可以采用
1.7mm x 1.7mm(包括焊盘在内的3mm x 3mm)QFN
或6.4 x 5mm TSSOP

数据表在这里

您还需要上下窗口参考电压(3个电阻器)和一个输出上拉电阻。


你好。是的,我在原始问题中还提到可以使用阵列,这无疑降低了IC数量。我猜问题更多是关于是否有可能使用不同的体系结构而不是仅使用更高集成度的设备来减少组件数量。我接受了Brian的回答,因为使用该解决方案,仅使用5-6个物理组件就可以为16个甚至32个热敏电阻构建电路。也许不是因为数量较少的NTC(例如<8),而是更多,而且该解决方案无疑是赢家。不过,谢谢(也感谢您之前的评论)。
ultimA

2

为什么这么复杂?

U2 +将为max(输入)-二极管压降。

U1-将是最小值(输入)+二极管压降。

R3,4,5设置阈值。如果任何输入的电平太低,则U1-降至U1 +的阈值以下,U1out变为高电平。如果任何输入的电压过高,则U2 +会升至阈值以上。U2out变高。

不确定在任何一种情况发生时实际上要做什么,但要想到要驱动晶体管/ FET / SCR。



-2
我主要是在尝试优化电路板空间。
我确实很愚蠢,只是简单地抛出一堆比较器来解决这个问题。

显而易见的解决方案是使用至少具有8个A / D输入的微控制器。剩下的就是固件。

即使是一个慢速的微型也可以跟上8个热敏电阻。例如,您可以轻松创建一个在毫秒内响应的系统。这应该比热敏电阻的响应时间快得多,以使其有效地瞬时。

您说排序A / D读取是“不可能的”,但是没有给出这种任意要求的理由。小型微控制器将比一堆比较器占用更少的电路板空间。由于最主要的目标是优化电路板空间,因此您需要认真探索这一点。


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是的,不,你错了。没有宗教信仰,只是有时需要基于硬件的解决方案。我不明白为什么我需要证明我的要求是正确的,因为即使您认为要求是胡说八道,正确的答案仍对每个人都有教学价值。但是,当然有一个原因,我在问题末尾的编辑中提供了这个原因。
ultimA

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为软件系统构建安全案例(正如所编辑的问题所阐明的那样是必要的)可能比构建简单的独立硬件系统昂贵得多。
布莱恩·德拉蒙德

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无论你说什么并不能改变事实,你的回答不正确的,粗鲁和无能
MCG

3
仅仅因为我可以而鸣叫。尽管在许多情况下确实相关,但“使用微型”解决方案在这里确实无关紧要。毕竟这是一个电子论坛,发布有关如何线性进行的答案是更具指导性的答案。如果仅出于突出显示便宜和小得多的理由而使用微型相机。
Trevor_G
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