Kako napraviti pokazatelj prekomjerne težine: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Glavni cilj ove aplikacije je izmjeriti težinu predmeta, a zatim upozoriti zvukom alarma u slučaju prekomjerne težine. Ulaz sistema dolazi iz ćelije sa opterećenjem. Ulaz je analogni signal koji je pojačan diferencijalnim pojačalom. Analogni signal se pretvara u digitalni signal pomoću ADC -a. Vrijednost rezultata očitanja ADC -a tada se uspoređuje s određenom vrijednošću koja je postavljena tako da predstavlja željenu granicu opterećenja. Ako dođe do prekomjerne težine, upozorenje se uključuje s frekvencijom od 1 Hz. U ovoj bilješci o aplikaciji koristit ćemo mjerač naprezanja kao senzor težine, SLG88104 kao diferencijalno pojačalo i SLG46140V kao ADC i kondicioniranje signala. Sustav se može dokazati primjenom opterećenja koje prelazi željenu granicu opterećenja (60 kg). Sistemska funkcionalnost je ispravna ako je u tom slučaju alarm uključen s frekvencijom od 1 Hz. Ključne prednosti projektiranja s GreenPAK -om ™ su u tome što je proizvod manji, jeftiniji, jednostavniji i lak za razvoj. GreenPAK ima jednostavno GUI sučelje u GreenPAK Designer -u, omogućavajući inženjerima da brzo i jednostavno implementiraju nove dizajne i odgovore na promjenjive zahtjeve dizajna. Ako ga želimo dalje razvijati, ovo rješenje je izvrstan izbor. Korištenje GreenPAK -a čini ovaj dizajn vrlo jednostavnim, laganim i zauzima samo malu površinu za implementaciju u većini aplikacija. Zbog resursa internog kola dostupnih u GreenPAK -u, ovaj dizajn se može poboljšati s više funkcija bez dodavanja previše dodatnih IC -ova. Da bismo provjerili funkcionalnost ovog sistema, samo trebamo implementirati kolo dizajnirano sa GreenPAK simulacijskim alatom.

Otkrijte sve potrebne korake kako biste razumjeli kako je GreenPAK čip programiran za kontrolu indikatora prekomjerne težine. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver da biste vidjeli već završenu GreenPAK datoteku za dizajn. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite program za stvaranje prilagođenog IC -a za kontrolu vašeg indikatora prekomjerne težine. Slijedite dolje navedene korake ako želite razumjeti kako krug funkcionira.

Korak 1: Pristup dizajnu

Ključna ideja ovog dizajna je olakšavanje kalibracije težine na digitalnoj vagi, kako je prikazano na donjem dijagramu. Pretpostavimo da postoje četiri stanja koja opisuju kako ovaj sistem funkcionira. Sistem ima tipičnu sekciju senzora težine (A), a zatim vrši konverziju analognih u digitalne podatke. Senzori obično generiraju vrlo niske razine analognih vrijednosti i mogu se lakše obraditi nakon pretvaranja u digitalne signale. Signal koji će se koristiti će imati čitljive digitalne podatke. Podaci dobiveni u digitalnom obliku mogu se ponovno obraditi u željenu digitalnu vrijednost (za teške ili lake objekte). Za označavanje stanja konačne vrijednosti koristimo zujalicu, ali se ona može lako promijeniti. Za glasovni indikator može se koristiti dobro poznati treptaj (Indikator odgode zvuka (B)). U ovom eksperimentu koristili smo postojeću vagu koja ima četiri senzora mjernih ćelija spojena po principu Wheatstonovog mosta. Što se tiče LCD -a koji se već nalazi na digitalnim vagama, on ostaje samo za provjeru vrijednosti generirane postojećim skalama.

Korak 2: Unos povratne informacije

Ulazna povratna informacija za ovaj sistem dolazi od pritiska koji senzor dobiva za dobivanje analognog signala u obliku vrlo niskog napona, ali se i dalje može obraditi u podatke o vagi. Najjednostavniji krug senzora za digitalno skeniranje napravljen je od jednostavnog otpornika koji može promijeniti vrijednost otpora prema primijenjenoj težini / pritisku. Krug senzora može se vidjeti na slici 2.

Senzori postavljeni na svakom uglu ljestvice dat će točne vrijednosti ukupnog unosa. Glavne komponente otpornika senzora mogu se sastaviti u mostove koji se mogu koristiti za mjerenje svakog senzora. Ovo kolo se obično koristi u digitalnim krugovima koji koriste četiri izvora koji su međusobno zavisni. Za naše eksperimente koristimo samo četiri senzora ugrađena u vagu, a unaprijed ugrađeni sistemi na ovoj skali, poput LCD-a i kontrolera, čuvaju se samo radi potvrde našeg dizajna. Kola koja smo koristili mogu se vidjeti na slici 3.

Wheatstoneov most se obično koristi za kalibraciju mjernih instrumenata. Prednosti aWheatstone mosta su u tome što može mjeriti vrlo niske vrijednosti u milli-ohmskom rasponu. Zbog toga digitalne vage sa senzorima s niskim otporom mogu biti vrlo pouzdane. Formulu i Wheatstoneovo mostno kolo možemo vidjeti na slici 4.

Budući da je napon tako mali, potrebno nam je instrumentacijsko pojačalo tako da je napon dovoljno pojačan da ga regulator može očitati. Povratni napon dobiven iz ulaznog instrumentacijskog pojačala obrađuje se u napon koji može očitati kontroler (0 do 5 volti u ovom dizajnu). Možemo na odgovarajući način podesiti pojačanje postavljanjem otpornika pojačanja u krugu SLG88104. Slika 5 prikazuje formulu za određivanje izlaznog napona korištenog kola SLG88104.

Iz ove formule se opisuje odnos pojačanja. Ako se poveća vrijednost otpornika pojačanja, tada će dobiveni dobitak biti manji, i obrnuto ako se vrijednost otpornika pojačanja smanji. Izlazni odziv bit će prilično naglašen čak i ako je povećanje ili smanjenje vrijednosti malo. Digitalne vage mogu postati osjetljivije na ulaz (s malo težine, vrijednost se dramatično mijenja), ili obrnuto ako se dodatna osjetljivost smanji. To se može vidjeti u odjeljku rezultata.

Korak 3: Kontrola pojačanja

Ovo je dizajn koji može ponovno kontrolirati pojačanje nakon što prođe kroz proces kalibracije pojačanja hardvera (kalibracija pojačanja otpornika). Iz dizajna odjeljka senzora za težinu (A), kada se podaci dobiju s instrumentalnog pojačala, podaci se mogu ponovno obraditi kako bi se pojačanje moglo lakše postaviti. Prednost je što možemo izbjeći promjenu hardverskog otpornika.

Na slici 5, s ADC modulom postoji PGA koji može podesiti pojačanje prije nego se analogna vrijednost promijeni u digitalnu. Pružamo ulaznu referencu iz Vout izlaza kola SLG88104. PGA dobitak bit će postavljen na takav način prema mjerenjima koja su nam potrebna. Koristimo pojačanje x0,25 s jednokratnim ADC načinom rada. S x0.25 dobitak nije toliko velik da ulaz dobiven od ADC pretvarača može mjeriti težinu dovoljno velike ili maksimalno prema onome što smo pokušali koristiti Arduinom od 70 kg. Nakon toga koristimo Usporedi podatke s CNT2 brojačem kao ADC komparator, tako da možemo znati promjenu pomoću indikatora zvuka. Trik je u usporedbi koju napravimo pomoću kalibracijske promjene CNT2 vrijednosti tako da kada je težina> 60 kg, izlaz DCMP0 je "1". Indikator zvuka će zasvijetliti na unaprijed određenoj frekvenciji pomoću indikatora zvuka kašnjenja bloka, tako da će blok biti logički "1" kada vrijeme bude 0,5 s. Kašnjenje koje možemo postaviti podacima CNT0 brojača prilagođava izlazni period od 500 ms.

Korak 4: Niskopropusni filter

Poželjno je filtrirati izlazni signal diferencijalnog pojačala. Pomaže u odbacivanju smetnji i smanjuje širokopojasnu buku. Implementirani niskopropusni filter (LPF) smanjuje nepotrebnu buku. Ovaj jednostavan niskopropusni filtarski krug sastoji se od otpornika u nizu s opterećenjem i kondenzatora paralelno s opterećenjem. Neki su eksperimenti pokazali da se komponenta šuma mogla detektirati u propusnom filtru koji ima propusni opseg 32,5- 37,5 Hz tokom analize frekvencijskog spektra. Granična frekvencija,, fco, LPF -a postavljena je na 20 Hz, koristeći formulu 1.75f ??, = fpeak. Obično bi kondenzatori trebali biti vrlo mali, na primjer 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Dobijeno R = 80 Ω.

Korak 5: GreenPAK komponenta dizajna

Na slici 8 vidimo da GreenPAK sadrži komponente koje su nam potrebne za ADC modul i brojač vremena čekanja.

U odjeljku ADC modul, PGA dobitak može se smanjiti ili povećati po potrebi. PGA pojačanje ima istu funkciju kao otpornik pojačanja u kolu SLG88104.

Izlazni podaci dobiveni od ADC -a raspoređeni su na takav način pomoću kalibracijskih podataka brojača dodavanjem ili smanjenjem vrijednosti brojačkih podataka. Možemo ga postaviti prema hardveru koji smo stvorili i odgovarajućoj težini za ispis. Za ovaj demo dobivamo i postavljamo vrijednost brojača 250 za 60 kg.

Brojač vremena čekanja je CNT0. Podaci brojača na CNT0 će odrediti koliko dugo će indikator zvuka biti uključen. Ovu vrijednost možemo postaviti prema potrebi. Za ovu demonstraciju koristimo brojač podataka 3125 za 0,5 s.

Koristimo LUT0 za usporedbu sa standardnim vratima AND tako da ako točno vrijeme od 0,5 s i težina prelazi 60 kg, tada će se oglasiti zvučni indikator.

Korak 6: Rezultat

Za ovu simulaciju uradili smo dva testa. Prvo pokušavamo saznati učinak pojačanja otpornika na ulaz koji se kasnije obrađuje i dobiti kalibracijsku vrijednost pojačanog otpornika koja najbolje odgovara napravljenoj digitalnoj skali. Drugi je da dizajn napravite pomoću SLG46140 kako biste mogli usavršiti dobitak koji želite postići. Nakon testa, tražili smo najvišu vrijednost otpornika za digitalne vage kako bismo povećali mogućnosti stvorenog kola pojačala i sposobnosti razvijenih digitalnih vaga. Ovim dizajnom dobivamo najveću vrijednost otpornika pojačanja od ± 6,8 Ohma, a najveća izmjerena težina je ± 60 kg. Prilično je komplicirano prilagoditi vrijednost otpornika pojačanja jer dizajn također uvelike utječe na potrebni otpornik pojačanja. Za digitalnu vagu koja se koristi u ovom primjeru bilo je teško premašiti 6,8 Ohma u pokušaju postizanja veće težine.

Nadalje, iz drugog testa (koristeći SLG46140 i njegove karakteristike), maksimalna težina koju želite izmjeriti može se postaviti pomoću PGA modula koji postavlja pojačanje. Testiramo s postavkom pojačanja x 0,25 i indikator zvuka se aktivira s težinom> 60 kg. Na temelju gornjih rezultata, funkcionalno, kalibracija digitalne vage ide dobro. Ovo je od velike pomoći pri postavljanju pojačala u usporedbi s ručnim izmjenama hardvera. Takođe povoljno usporedimo veličinu s kontrolerom koji može podesiti kalibraciju pojačanja pojačala, a ima i ADC funkciju. Prednosti dizajna predstavljene ovdje uključuju manju fizičku veličinu, jednostavnost, potrošnju energije, cijenu i lako prilagođavanje.

Zaključak

Ovaj indikator prekomjerne težine koji koristi SLG46140 idealno je rješenje za unaprijed postavljeni indikator težine. Gore navedeni dizajn Dialog Semiconductor GreenPAK upotpunjen je SLG88104. Niži uporedni troškovi, mala površina, niska snaga, zajedno s lakoćom programiranja GreenPAK -a čine ga izdvojenim u odnosu na dizajn mikrokontrolera. Prikazani su Wheatstoneov most, diferencijalno pojačalo i principi podesivog pojačanja. Ovaj primjer dizajna može se proširiti i na druge primjene Wheatstone mostova, jer je vrlo pouzdan na instrumentima vrlo niskog otpora.