تجمع هذه الوحدة بين محوّل ADS1256 من Texas Instruments بدقة ٢٤ بت ومتحكم STM32F030F4P6، وهذا الجمع هو جوهر المنتج. فمحوّل ADS1256 بمفرده ممتاز، لكن استخدامه يعني كتابة برنامج تعامل مع SPI، ومعالجة توقيت إشارة DRDY، وضبط مضخم الكسب، وفك ترميز نتائج ٢٤ بت بنظام المتمم الثنائي — أي عمل حقيقي قبل قراءة أول جهد. أما هنا فقد تولّى المتحكم STM32 كل ذلك مسبقاً؛ فهو يتخاطب مع المحوّل عبر SPI ويقدّم القراءات عبر منفذ تسلسلي، فيستطيع أي جهاز مضيف قادر على فتح منفذ تسلسلي قراءة ثماني قنوات بدقة عالية: حاسوب، أو راسبيري باي، أو أردوينو، أو PLC، أو متحكم لا تتوفر فيه منافذ SPI شاغرة.

والمحوّل نفسه دقيق فعلاً: دقة تمييز ٢٤ بت مع لاخطية تصل إلى ±٠٫٠٠١٠٪، ومرجع جهد دقيق على اللوحة، ومضخم كسب قابل للبرمجة للإشارات الصغيرة. ويدعم ٨ مداخل أحادية الطرف أو ٤ أزواج تفاضلية، بمعدلات أخذ عينات تصل إلى ٣٠ ألف عينة في الثانية.

المواصفات

شريحة المحوّل         : Texas Instruments ADS1256IDB
دقة التمييز           : ٢٤ بت من نوع دلتا-سيجما
قنوات الدخل           : ٨ أحادية الطرف أو ٤ تفاضلية
أقصى معدل بيانات       : ٣٠ ألف عينة/ثانية
اللاخطية              : ±٠٫٠٠١٠٪
مرجع الجهد            : مرجع دقيق مدمج (٢٫٥ فولت)
مضخم الكسب            : قابل للبرمجة، مدمج في الشريحة
المتحكم               : STM32F030F4P6 (ARM Cortex-M0)
تردد المتحكم          : حتى ٤٨ ميجاهرتز
ذاكرة المتحكم         : ١٦ كيلوبايت فلاش / ٤ كيلوبايت RAM
واجهة المحوّل          : SPI (داخلية بين المتحكم والمحوّل)
واجهة المضيف          : تسلسلية / UART
مدى الدخل التماثلي     : حتى نحو ٣ فولت (راجع الملاحظة أدناه)
التأريض               : فصل بين الأرضي التماثلي والرقمي

أهم المزايا

• لا حاجة لكتابة برنامج SPI — المتحكم STM32 يتولى سجلات ADS1256 وتوقيت DRDY وفك ترميز البيانات، فتقرأ القيم عبر المنفذ التسلسلي بدل تطبيق ورقة البيانات بنفسك.

• تعمل مع أي مضيف — حاسوب أو راسبيري باي أو أردوينو أو PLC أو متحكم صناعي يقرأها عبر منفذ تسلسلي، دون حاجة لوحدة SPI لديك.

• دقة ٢٤ بت — تميّز تغيرات بمستوى الميكروفولت، أي أبعد بكثير من محوّلات ١٠ أو ١٢ بت المدمجة في المتحكمات الشائعة.

• ٨ قنوات قابلة للتهيئة — ٨ مداخل أحادية الطرف أو ٤ أزواج تفاضلية؛ والنمط التفاضلي يرفض الضجيج المشترك، وهو ما يهم مع كابلات الحساسات الطويلة.

• كسب قابل للبرمجة — لتضخيم الإشارات الصغيرة كالمزدوجات الحرارية وخلايا الحمل ومقاييس الانفعال قبل التحويل، مع الحفاظ على دقة التمييز.

• مرجع جهد دقيق على اللوحة — فدقة أي محوّل ٢٤ بت تعتمد على ثبات المرجع أكثر من أي عامل آخر، وقد عُولج ذلك هنا بدل تركه لخط التغذية لديك.

• فصل الأرضي التماثلي عن الرقمي — تفصيلة التصميم التي تبقي ضجيج التبديل الرقمي بعيداً عن قياساتك.

• حتى ٣٠ ألف عينة/ثانية — سريعة بما يكفي لالتقاط الإشارات المتغيرة لا لتسجيل الحساسات البطيئة فقط.

الاستخدامات

• القياس الدقيق للجهد والتيار

• قياس خلايا الحمل ومقاييس الانفعال والقوى

• قياس الحرارة بالمزدوجات الحرارية وحساسات RTD

• قراءة حساسات الضغط والعزم والإزاحة

• أنظمة تسجيل البيانات متعددة القنوات

• مراقبة العمليات الصناعية والتحكم بها

• اختبار البطاريات وأنظمة الطاقة

• أجهزة القياس المخبرية ومنصات الاختبار

• المشاريع العلمية والتعليمية في القياس

• أي تطبيق لا تكفي فيه دقة المحوّل المدمج في المتحكم

فهم مدى الدخل

يشترط المحوّل ADS1256 أن يبقى الجهد المقاس أدنى من جهد التغذية بهامش معين. ومع تغذية ٥ فولت المعتادة في هذه الوحدات، يصبح المدى العملي للدخل التماثلي نحو ٣ فولت. وهذه أكثر نقطة تفاجئ مستخدمي عائلة ADS1256، لذا خطط لها مسبقاً.

ولقياس جهود أعلى، استخدم مقسّم مقاومات خارجياً على كل قناة وعالج القياس برمجياً. ولقياس التيار، استخدم مقاومة شنت وقس الجهد عليها تفاضلياً. وكلا الأمرين ليس صعباً، لكن يجب تصميمه مسبقاً لا اكتشافه بعد وصول الوحدة.

أحادي الطرف مقابل التفاضلي

النمط أحادي الطرف يمنحك ٨ قنوات، كل منها مقاسة بالنسبة لأرضي الوحدة التماثلي. وهو بسيط ومناسب للحساسات التي تعطي جهداً منسوباً للأرضي أصلاً.

أما النمط التفاضلي فيمنحك ٤ قنوات، كل منها تقيس الفرق بين مدخلين. وهذا يرفض الضجيج الملتقط بالتساوي على السلكين، ولهذا فهو الخيار الصحيح لخلايا الحمل والمزدوجات الحرارية وحساسات الجسر وأي حساس في نهاية كابل طويل. فإن كانت جودة القياس أهم من عدد القنوات، فاستخدم النمط التفاضلي.

ملاحظات الاستخدام

• وحّد الأرضي. يجب أن تشترك الإشارة المقاسة مع الوحدة في أرضي مشترك، وإلا كانت القراءات بلا معنى.

• ابقَ ضمن مدى الدخل. نحو ٣ فولت كحد أقصى مع تغذية ٥ فولت؛ واستخدم مقسّمات لما هو أعلى.

• استخدم المداخل التفاضلية في البيئات المزعجة ومع الكابلات الطويلة.

• اترك الوحدة تسخن بضع دقائق قبل القياسات الحرجة، فمراجع الجهد تنحرف قليلاً حتى تستقر حرارياً.

• اجدل أسلاك الحساسات وأبعدها عن كابلات المحركات ومصادر التغذية المبدّلة والريليهات. فعند دقة ٢٤ بت يصبح التشويش الذي لم يزعج محوّل ١٠ بت مرئياً.

• لا تتوقع ٢٤ بت صالحة بالكامل. فكل محوّل ٢٤ بت له ضجيج، والبتات الأخيرة تتذبذب في أي تركيب واقعي؛ والمعدّل الحسابي ومعدل البيانات الأبطأ يقايضان السرعة بالثبات.