Как да си направим индикатор за наднормено тегло: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Основната цел на това приложение е да се измери теглото на обекта, след което да се посочи със сигнал за аларма в случай на наднормено тегло. Входът на системата идва от натоварваща клетка. Входът е аналогов сигнал, който е усилен от диференциален усилвател. Аналоговият сигнал се преобразува в цифров сигнал с помощта на ADC. След това стойността на резултата от четене на ADC се сравнява с определена стойност, която е зададена така, че да представлява желаната граница на натоварване. Ако възникне наднормено тегло, тогава предупреждението се включва с честота 1 Hz. В тази бележка за приложение ще използваме тензодатчик като сензор за тегло, SLG88104 като диференциален усилвател и SLG46140V като ADC и кондициониране на сигнала. Системата може да бъде доказана чрез прилагане на товар, надвишаващ желаната граница на натоварване (60 кг). Функционалността на системата е правилна, ако при това състояние алармата е включена с честота 1 Hz. Основните предимства на проектирането с GreenPAK ™ е, че продуктът е по -малък, с по -ниска цена, по -прост и лесен за разработване. GreenPAK има прост GUI интерфейс в GreenPAK Designer, позволяващ на инженерите бързо и лесно да внедряват нови дизайни и да отговарят на променящите се изисквания към дизайна. Ако искаме да го доразвием, това решение е отличен избор. Използването на GreenPAK прави този дизайн много прост, лек и само малка площ, заета за прилагането му в повечето приложения. Поради наличните ресурси на вътрешната верига в GreenPAK, този дизайн може да бъде подобрен с повече функции, без да се налага да добавяте твърде много допълнителни IC. За да проверим функционалността на тази система, просто трябва да внедрим веригата, проектирана с инструмента за симулация GreenPAK.

Открийте всички необходими стъпки, за да разберете как чипът GreenPAK е програмиран да контролира индикатора за наднормено тегло. Ако обаче просто искате да получите резултат от програмирането, изтеглете софтуера GreenPAK, за да видите вече завършения файл за проектиране GreenPAK. Включете комплекта за разработка на GreenPAK към компютъра си и натиснете програмата, за да създадете персонализирана интегрална схема за контрол на вашия индикатор за наднормено тегло. Следвайте стъпките, описани по -долу, ако искате да разберете как работи схемата.

Стъпка 1: Дизайн подход

Ключова идея на този дизайн е да улесни калибрирането на теглото на цифрова везна, както е показано на диаграмата по -долу. Да предположим, че има четири състояния, които описват как работи тази система. Системата има типичен участък за сензор за тегло (A) и след това прави преобразуване на аналогови в цифрови данни. Сензорите обикновено генерират аналогови стойности на много ниско ниво и могат да бъдат обработени по-лесно след преобразуване в цифрови сигнали. Сигналът, който ще се използва, ще има читави цифрови данни. Данните, получени в цифров вид, могат да бъдат преработени в желаната цифрова стойност (за тежки или леки обекти). За да посочим състоянието на крайната стойност, използваме зумер, но той може лесно да се промени. За гласов индикатор може да се използва добре познато мигане (Индикатор за забавяне на звука (B)). В този експеримент използвахме съществуваща скала с четири сензора за натоварващи клетки, свързани по принципа на моста Уитстоун. Що се отнася до LCD дисплея, който вече е в цифрова скала, той остава само за валидиране на стойността, генерирана със съществуващите скали.

Стъпка 2: Въвеждане на обратна връзка

Входната обратна връзка за тази система идва от налягането, получено от сензора, за да осигури аналогов сигнал под формата на много ниско напрежение, но все пак може да се обработи в данни за везни. Най -простата схема на сензора за цифрово сканиране е направена от обикновен резистор, който може да промени стойността на съпротивлението си в зависимост от приложеното тегло / налягане. Схемата на сензора може да се види на фигура 2.

Сензорите, които са поставени във всеки ъгъл на скалата, ще предоставят точни стойности за общия вход. Основните компоненти на сензорните резистори могат да бъдат сглобени в мостове, които могат да се използват за измерване на всеки сензор. Тази схема обикновено се използва в цифрови схеми, които използват четири източника, които са взаимозависими. Ние използваме само четирите сензора, вградени в скала за нашите експерименти, а предварително вградените системи в тази скала, като LCD и контролера, се съхраняват само за валидиране на нашия дизайн. Използваните от нас вериги могат да се видят на фигура 3.

Мостът на Уитстоун обикновено се използва за калибриране на измервателни уреди. Предимствата на моста aWheatstone е, че той може да измерва много ниски стойности в диапазона милиоми. Поради това цифровите везни със сравнително ниско съпротивление могат да бъдат много надеждни. Можем да видим формула и схема на моста на Уитстоун на Фигура 4.

Тъй като напрежението е толкова малко, се нуждаем от инструментален усилвател, така че напрежението да се усили достатъчно, за да бъде прочетено от контролер. Напрежението на обратната връзка, получено от усилвателя на входното измервателно оборудване, се обработва във напрежение, което може да бъде прочетено от контролера (0 до 5 волта в този дизайн). Можем по подходящ начин да регулираме усилването, като настроим усилвателния резистор във веригата SLG88104. Фигура 5 показва формулата за определяне на изходното напрежение на използваната верига SLG88104.

От тази формула се описва връзката на печалбата. Ако стойността на усилващия резистор се увеличи, тогава получената печалба ще бъде по -ниска и обратно, ако стойността на резистора на усилването е намалена. Отговорът на изхода ще бъде доста подчертан, дори ако увеличението или намаляването на стойността е малко. Цифровите везни могат да станат по -чувствителни към входа (само с малко тегло, стойността се променя драстично) или обратно, ако добавената чувствителност намалява. Това може да се види в раздела с резултатите.

Стъпка 3: Контрол на усилването

Това е дизайн, който може отново да контролира усилването, след като премине през процеса на калибриране на хардуерното усилване (калибриране на усилвателния резистор). От дизайна на участъка (A) на сензора за тегло, когато данните, получени от инструменталния усилвател, данните могат да бъдат обработени отново, така че усилването да бъде по -лесно настроено. Предимството е, че можем да избегнем смяна на хардуерен резистор.

На фигура 5, с ADC модула има PGA, който може да регулира усилването преди аналоговата стойност да бъде променена на цифрова. Ние предоставяме входната справка от изхода Vout на веригата SLG88104. Усилването на PGA ще бъде настроено по такъв начин според измерванията, от които се нуждаем. Използваме усилване x0.25 с единичен ADC режим. При x0.25 усилването не е толкова голямо, че входът, получен от ADC конвертора, може да измери теглото на достатъчно голямо или максимално според това, което сме опитали с помощта на Arduino, което е 70 кг. След това използваме Сравни данни с брояч CNT2 като ADC сравнител, за да можем да знаем промяната със звуков индикатор. Номерът е в сравнителя, който правим чрез калибрираща промяна на стойността на CNT2, така че когато теглото> 60 кг, тогава изходът на DCMP0 е "1". Индикаторът за звук ще светне с предварително определена честота, като използва звуков индикатор за забавяне на блока, така че блокът ще бъде логически "1", когато времето е 0,5 s. Забавянето, което можем да зададем на брояча на CNT0, коригира изходния период от 500 ms.

Стъпка 4: Нискочестотен филтър

За предпочитане е изходният сигнал на диференциалния усилвател да се филтрира. Той помага за отхвърляне на смущенията и намалява широколентовия шум. Реализираният нискочестотен филтър (LPF) намалява ненужния шум. Тази проста нискочестотна филтърна верига се състои от резистор последователно с товар и кондензатор паралелно с товара. Някои експерименти показват, че компонентът на шума може да бъде открит в лентовия филтър с 32,5- 37,5 Hz честотна лента по време на анализа на честотния спектър. Пределната честота,, fco, на LPF беше настроена на 20 Hz, като се използва формулата 1.75f ??, = fpeak. Обикновено кондензаторите трябва да са много малки, например 100 μF.

е ?? = 1/2 ???

Получен R = 80 Ω.

Стъпка 5: Компонент за проектиране на GreenPAK

Можем да видим от Фигура 8 GreenPAK съдържа компонентите, от които се нуждаем, ADC модул и брояч за време на изчакване.

В раздела ADC модул, усилването на PGA може да намали или увеличи печалбата, ако е необходимо. PGA усилването има същата функция като резистора за усилване във веригата SLG88104.

Изходните данни, получени от ADC, са подредени по такъв начин чрез данни за калибриране на брояча чрез добавяне или намаляване на стойността на данните на брояча. Можем да го настроим според хардуера, който сме създали, и подходящото тегло за извеждане. За тази демонстрация получаваме и задаваме стойността на данните на брояча 250 за 60 кг.

Броячът за времето за изчакване е CNT0. Данните за брояча на CNT0 ще определят колко дълго ще бъде включен звуковият индикатор. Можем да зададем тази стойност според нуждите ни. За тази демонстрация използваме брояча на данни 3125 за 0,5 s.

Използваме LUT0, за да сравним със стандартните И врати, така че ако точното време от 0,5 s и теглото надвишава 60 kg, тогава звуковият индикатор ще прозвучи.

Стъпка 6: Резултат

За тази симулация направихме два теста. Първо, ние се опитваме да знаем ефекта на усилването на резистора върху входа, получен по -късно, за да бъде обработен, и да получим калибриращата стойност на усилващия резистор, която най -добре съответства на направената цифрова скала. Второто е да направите дизайна с помощта на SLG46140, за да можете да усъвършенствате печалбата, която искате да получите. След теста потърсихме най -високата точка на стойността на резистора за цифровите везни, за да увеличим максимално възможностите на създадената схема на усилвателя и възможностите на разработените цифрови везни. С този дизайн получаваме най -високата стойност на резистора на усилване от ± 6.8 Ohm и максималното измерено тегло е ± 60 Kg. Доста е сложно да се регулира стойността на усилващия резистор, тъй като дизайнът също влияе значително върху необходимия резистор на усилване. За цифровата везна, използвана в този пример, беше трудно да се надвиши 6,8 ома в опит да се постигне по -голямо тегло.

Освен това, от втория тест (използвайки SLG46140 и неговите функции), максималното тегло, което искате да измерите, може да бъде зададено с помощта на PGA модул, който задава усилването. Тестваме с настройка на усилване x 0,25 и звуковият индикатор се задейства с тегло> 60 кг. Въз основа на горните резултати, функционално, калибрирането на цифрова скала върви добре. Това е много полезно при настройка на усилвателя в сравнение с ръчните промени на хардуера. Ние също така сравняваме благоприятно по размер с контролер, който може да регулира калибрирането на усилвателя на усилвателя и също има ADC функция. Представените тук дизайнерски предимства включват по -малък физически размер, простота, консумация на енергия, цена и лесно персонализиране.

Заключение

Този индикатор за наднормено тегло, използващ SLG46140, е идеалното решение за предварително зададен индикатор за тегло. Горният дизайн на Dialog Semiconductor GreenPAK е завършен с помощта на SLG88104. По -ниските сравнителни разходи, малка площ, ниска мощност, заедно с лекотата на програмиране GreenPAK прави това да се откроява в сравнение с дизайна на микроконтролера. Мостовете на Уитстоун, диференциалният усилвател и принципите на регулируемо усилване бяха демонстрирани. Този пример за проектиране може да бъде разширен и до други приложения на мостове на Уитстоун, тъй като е много надежден при инструменти с много ниско съпротивление.