Sensoren

Mit intelligenten Sensoren das industrielle IoT ausreizen

| Autor / Redakteur: Nate D. Larson * / Margit Kuther

Intelligente Edge-Knoten und Sensor-Plattform

Für die Ziele des IIoT sind intelligentere Sensoren unverzichtbar. Für ein intelligentes Sensordesign können diskrete Sensoren direkt mit Mikrocontroller-E/A-Anschlüssen verbunden werden oder über eine analoge Schnittstelle mit diskreten oder einem analogen Frontend-IC (AFE-IC).

Eine Anwendung, die auf dem Mikrocontroller läuft, übernimmt die Interpretation der Sensordaten, um die unmittelbaren Reaktionen des Sensors zu steuern und die Sensordaten an die Cloud weiterzuleiten.

Denken Sie an die Konstruktion eines intelligenten Temperatursensors, der auf einem Thermoelement wie dem Crouzet 79696034 basiert. Das Niederspannungssignal des Thermoelements muss verstärkt und in ein digitales Abbild verwandelt werden – entweder mit einem diskreten ADC oder mit dem integrierten Wandler eines Mikrocontrollers, falls ein solcher verfügbar ist.

Analog Devices hat mit dem CN0209 ein Referenzdesign für ein komplettes analoges Frontend mit verschiedenen Eingängen wie Spannungsmessung, 4- bis 20-mA-Strommessung und Thermoelementmessung veröffentlicht.

Der Thermoelementeingang nutzt den ADC AD7193 von Analog Devices mit der höchsten Verstärkungseinstellung und den 16-Bit-Temperatursensor-IC ADT7310 für die Bereitstellung der erforderlichen Kaltstellenkompensation durch die Messung der Temperatur an der Stelle, wo die Anschlüsse mit der Karte verbunden sind.

Darüber hinaus stellt der Verstärker AD8617 die Referenzspannung für die Thermoelementmessungen bereit.

Alternativ kann der MAX31850 von Maxim als komplettes Thermoelement-zu-Digital-Frontend mit Kaltstellenkompensation und integrierter Referenzspannungserzeugung eingesetzt werden (Bild 3).

Er verfügt über zwei Thermoelementeingänge und einen digitalen 1-Wire-Ausgang. Der Wandler hat einen VDD-Pin, kann seine Versorgungsspannung aber bei Bedarf auch nur aus der 1-Wire-Verbindung beziehen.

Die einzigen zusätzlich erforderlichen Verbindungen sind die vier Adresspins, die bis zu sechzehn Thermoelemente auf derselben 1-Wire-Datenleitung ermöglichen, die mit dem Digitaleingang eines Mikrocontrollers verbunden werden können.

Um die Entwicklung weiter zu vereinfachen, dient die Evaluierungsplatine 1727 von Adafruit zur Verbindung des MAX31850 mit einem Thermoelement Typ K wie dem Crouzet 79696034. Die Platine verfügt über eine zweipolige Klemmleiste, die ein einfaches Einführen der Thermoelementanschlüsse ermöglicht, einen Datenleitungs-Pull-up-Widerstand, wie für das 1-Wire-Protokoll benötigt, und Pinleisten zum Einstecken in eine Prototypkarte.

Adafruit hat außerdem auf github.com/adafruit Bibliotheken veröffentlicht, die mit dem Datenformat MAX31850 kompatibel sind, inklusive Beispiele. Bild 4 zeigt einen Auszug aus einem Beispielcode für die Einstellung der Sensor-auflösung und die Erfassung von Temperaturdaten.

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