Kako napraviti pokazatelj prekomjerne težine: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Glavni cilj ove aplikacije je izmjeriti težinu predmeta, a zatim upozoriti zvukom alarma u slučaju prekomjerne težine. Ulaz sustava dolazi iz mjerne ćelije. 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 osjetnik 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). Funkcionalnost sustava 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 je rješenje izvrstan izbor. Korištenje GreenPAK -a čini ovaj dizajn vrlo jednostavnim, laganim i zauzima samo malu površinu za njegovu primjenu u većini aplikacija. Zbog resursa unutarnjeg kruga dostupnih u GreenPAK -u, ovaj dizajn može se poboljšati s više značajki bez dodavanja previše dodatnih IC -ova. Da bismo provjerili funkcionalnost ovog sustava, samo trebamo implementirati sklop osmišljen pomoću alata za simulaciju GreenPAK.

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

Korak 1: Pristup dizajnu

Ključna ideja ovog dizajna je omogućiti kalibraciju težine na digitalnoj vagi, kako je prikazano na donjem dijagramu. Pretpostavimo da postoje četiri stanja koja opisuju kako ovaj sustav funkcionira. Sustav ima tipičan odjeljak osjetnika težine (A), a zatim vrši pretvorbu analognih u digitalne podatke. Senzori obično generiraju analogne vrijednosti vrlo niske razine i mogu se lakše obraditi nakon pretvorbe u digitalne signale. Signal koji će se koristiti imati će 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, no ona se 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 je već na digitalnoj ljestvici, ostaje samo za provjeru vrijednosti generirane postojećim ljestvicama.

Korak 2: Unos povratne informacije

Ulazna povratna informacija za ovaj sustav dolazi od tlaka 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 izrađen je od jednostavnog otpornika koji može promijeniti vrijednost otpora ovisno o težini / primijenjenom tlaku. Krug senzora može se vidjeti na slici 2.

Senzori postavljeni na svakom kutu ljestvice pružit će točne vrijednosti ukupnog unosa. Glavne komponente otpornika senzora mogu se sastaviti u mostove koji se mogu koristiti za mjerenje svakog senzora. Ovaj se krug obično koristi u digitalnim krugovima koji koriste četiri izvora koji su međusobno ovisni. Za eksperimente koristimo samo četiri senzora ugrađena u vagu, a unaprijed ugrađeni sustavi na ovoj ljestvici, poput LCD-a i kontrolera, čuvaju se samo radi potvrde našeg dizajna. Krugovi koje smo koristili mogu se vidjeti na slici 3.

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

Budući da je napon tako mali, potrebno nam je instrumentalno pojačalo tako da je napon dovoljno pojačan da ga regulator može očitati. Povratni napon dobiven iz ulaznog instrumentalnog pojačala obrađuje se u napon koji se može očitati pomoću regulatora (0 do 5 volti u ovom dizajnu). Možemo na odgovarajući način prilagoditi pojačanje postavljanjem otpornika pojačanja u krugu SLG88104. Slika 5 prikazuje formulu za određivanje izlaznog napona upotrijebljenog kruga SLG88104.

Iz ove formule opisuje se odnos dobitka. 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 postupak kalibracije pojačanja hardvera (kalibracija pojačanja otpornika). Iz dizajna odjeljka osjetnika težine (A), kada se podaci dobiveni s instrumentnog pojačala, podaci mogu ponovno obraditi tako da se pojačanje može lakše postaviti. Prednost je u tome što možemo izbjeći promjenu otpornika hardverskog pojačanja.

Na slici 5, s ADC modulom postoji PGA koji može podesiti pojačanje prije nego se analogna vrijednost promijeni u digitalnu. Dajemo ulaznu referencu iz Vout izlaza kruga 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 usporedbu, tako da možemo znati promjenu pomoću zvučnog indikatora. Trik je u usporedbi koju napravimo pomoću kalibracijske promjene vrijednosti CNT2 tako da kada je težina> 60 kg, izlaz DCMP0 je "1". Indikator zvuka svijetlit će s unaprijed određenom frekvencijom pomoću indikatora zvuka kašnjenja bloka, tako da će blok biti logičko "1" kada vrijeme bude 0,5 s. Kašnjenje koje možemo postaviti podacima brojača CNT0 prilagođava izlazni period od 500 ms.

Korak 4: Niskopropusni filtar

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

f ?? = 1/2 ???

Dobiveno R = 80 Ω.

Korak 5: GreenPAK komponenta dizajna

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

U odjeljku ADC modula, PGA dobitak može prema potrebi smanjiti ili povećati pojačanje. PGA pojačanje ima istu funkciju kao otpornik pojačanja u krugu 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. Tu 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 napravili smo dva testa. Prvo pokušavamo saznati učinak pojačanja otpornika na ulaz dobiven kasnije za obradu i dobiti kalibracijsku vrijednost otpornika pojačanja koja najbolje odgovara napravljenoj digitalnoj ljestvici. Drugi je dizajn pomoću SLG46140 kako bi bio u mogućnosti usavršiti dobitak koji želite postići. Nakon testa, tražili smo najvišu točku vrijednosti otpornika za digitalne vage kako bismo povećali mogućnosti stvorenog kruga pojačala i sposobnosti razvijenih digitalnih vaga. S 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 (pomoću SLG46140 i njegovih značajki) 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. To je vrlo korisno pri postavljanju pojačala u usporedbi s ručnim promjenama hardvera. Također povoljno uspoređujemo veličinu s kontrolerom koji može podesiti kalibraciju pojačanja pojačala, a ima i ADC značajku. 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 postavljene pokazatelje težine. Gornji dizajn Dialog Semiconductor GreenPAK dovršen je pomoću SLG88104. Niži usporedni troškovi, mala površina, mala snaga, zajedno s lakoćom programiranja GreenPAK -a izdvaja ovaj uređaj u odnosu na dizajn mikrokontrolera. Prikazani su Wheatstoneov most, diferencijalno pojačalo i principi podesivog pojačanja. Ovaj primjer projektiranja može se proširiti i na druge primjene Wheatstone mostova, jer je vrlo pouzdan na instrumentima vrlo niskog otpora.