Hogyan készítsünk túlsúly -mutatót: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Az alkalmazás fő célja, hogy megmérje egy tárgy súlyát, majd riasztási hanggal jelezze túlsúly esetén. A rendszer bemenete egy mérőcellából származik. A bemenet analóg jel, amelyet differenciális erősítő erősített. Az analóg jelet egy ADC segítségével digitális jellé alakítják. Az ADC leolvasási eredmény értékét ezután összehasonlítjuk egy bizonyos értékkel, amelyet úgy állítunk be, hogy az a kívánt terhelési korlátot képviselje. Túlsúly esetén a riasztás 1 Hz -es frekvenciával kapcsol be. Ebben az alkalmazásjegyzetben nyúlásmérőt használunk súlyérzékelőként, SLG88104 -et differenciálerősítőként, és SLG46140V -t ADC -ként és jel kondicionálóként. A rendszer a kívánt terhelési határértéket (60 Kg) meghaladó terheléssel igazolható. A rendszer működése akkor megfelelő, ha ebben az állapotban a riasztás 1 Hz -es frekvenciával be van kapcsolva. A GreenPAK ™ tervezés fő előnyei, hogy a termék kisebb, alacsonyabb költségű, egyszerűbb és könnyen fejleszthető. A GreenPAK egyszerű GUI interfésszel rendelkezik a GreenPAK Designer alkalmazásban, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy gyorsan és egyszerűen megvalósítsák az új terveket, és reagáljanak a változó tervezési követelményekre. Ha tovább akarjuk fejleszteni, ez a megoldás kiváló választás. A GreenPAK használatával ez a kialakítás nagyon egyszerű, könnyű, és csak egy kis területet foglal el, hogy a legtöbb alkalmazásban megvalósítsa. A GreenPAK -ban rendelkezésre álló belső áramkör -erőforrások miatt ez a kialakítás további funkciókkal bővíthető anélkül, hogy túl sok további IC -t kellene hozzáadni. A rendszer működőképességének ellenőrzéséhez csak a GreenPAK szimulációs eszközzel tervezett áramkört kell megvalósítanunk.

Fedezze fel az összes szükséges lépést, hogy megértse, hogyan programozták a GreenPAK chipet a túlsúly -jelző vezérlésére. Ha azonban csak a programozás eredményét szeretné elérni, töltse le a GreenPAK szoftvert a már elkészült GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa a GreenPAK fejlesztői készletet a számítógépéhez, és nyomja meg a programot, hogy létrehozza az egyéni IC -t a túlsúlyjelző vezérléséhez. Kövesse az alábbi lépéseket, ha érdekli az áramkör működése.

1. lépés: Tervezési megközelítés

Ennek a kialakításnak az egyik legfontosabb ötlete, hogy megkönnyítse a súly digitális mérleg kalibrálását, amint azt az alábbi ábra szemlélteti. Tegyük fel, hogy négy állam írja le a rendszer működését. A rendszernek van egy tipikus súlyérzékelő szekciója (A), majd átalakítja az analóg digitális adatokat. Az érzékelők jellemzően nagyon alacsony szintű analóg értékeket generálnak, és könnyebben feldolgozhatók digitális jellé alakítás után. A használandó jel olvasható digitális adatokat tartalmaz. A digitális formában kapott adatok újra feldolgozhatók a kívánt digitális értékre (nehéz vagy könnyű tárgyak esetén). A végső érték állapotának jelzésére hangjelzőt használunk, de könnyen megváltoztatható. Hangjelzőként jól ismert villogást (késleltetett hangjelző (B)) használhat. Ebben a kísérletben egy meglévő skálát használtunk, amelyhez négy, a Wheatstone -híd elvével csatlakoztatott terhelésmérő érzékelő csatlakozott. Ami a digitális mérlegen már megjelenő LCD -t illeti, ez csak a meglévő skálákkal generált érték érvényesítésére marad.

2. lépés: Visszajelzés bevitele

Ennek a rendszernek a bemeneti visszajelzése az érzékelő által kapott nyomásból származik, hogy analóg jelet biztosítson nagyon alacsony feszültség formájában, de még mindig feldolgozható súlymérési adatokká. A digitális letapogató érzékelő legegyszerűbb áramköre egy egyszerű ellenállásból készül, amely az alkalmazott súlynak / nyomásnak megfelelően megváltoztathatja ellenállási értékét. Az érzékelő áramkör a 2. ábrán látható.

A skála minden sarkában elhelyezett érzékelők pontos értékeket adnak a teljes bemenethez. Az érzékelő ellenállások fő alkotóelemei hidakba szerelhetők össze, amelyekkel mérni lehet az egyes érzékelőket. Ezt az áramkört általában olyan digitális áramkörökben használják, amelyek négy, egymástól függő forrást használnak. Kísérleteinkhez csak egy skálába ágyazott négy érzékelőt használunk, és az ilyen méretű skálákat, például az LCD-t és a vezérlőt, csak tervezésünk érvényesítésére tartjuk fenn. Az általunk használt áramkörök a 3. ábrán láthatók.

A Wheatstone hidat jellemzően a mérőműszerek kalibrálására használják. A Wheatstone híd előnye, hogy nagyon alacsony értékeket tud mérni a milli-ohm tartományban. Emiatt a meglehetősen alacsony ellenállású érzékelőkkel rendelkező digitális mérlegek nagyon megbízhatóak lehetnek. Láthatjuk a képletet és a Wheatstone -híd áramkört a 4. ábrán.

Mivel a feszültség olyan kicsi, szükségünk van egy műszeres erősítőre, hogy a feszültséget elég erősítsük, hogy a vezérlő le tudja olvasni. A bemeneti műszeres erősítőből kapott visszacsatoló feszültséget a vezérlő által leolvasható feszültséggé dolgozzák fel (0-5 volt ebben a kivitelben). Az erősítést megfelelően beállíthatjuk az erősítési ellenállás beállításával az SLG88104 áramkörben. Az 5. ábra a használt SLG88104 áramkör kimeneti feszültségének meghatározására szolgáló képletet mutatja.

Ebből a képletből írható le a nyereségviszony. Ha az erősítési ellenállás értékét növeljük, akkor a kapott erősítés alacsonyabb lesz, és fordítva, ha az erősítési ellenállás értéke csökken. A kimeneti válasz akkor is hangsúlyos lesz, ha az érték növekedése vagy csökkenése kicsi. A digitális mérlegek érzékenyebbé válhatnak a bemenetre (csak kis súly esetén az érték drámaian megváltozik), vagy fordítva, ha a hozzáadott érzékenység csökken. Ez látható az eredmény részben.

3. lépés: Control Gain

Ez egy olyan konstrukció, amely a hardver erősítés kalibrálási folyamatának (erősítési ellenállás kalibrálása) után ismét képes szabályozni az erősítést. A súlyérzékelő szakasz (A) kialakításából, amikor a műszererősítőből nyert adatok újra feldolgozhatók, így a nyereség könnyebben beállítható. Előnye, hogy elkerülhetjük a hardver erősítés ellenállás cseréjét.

Az 5. ábrán az ADC modullal van egy PGA, amely beállíthatja az erősítést, mielőtt az analóg értéket digitálisra változtatja. A bemeneti referenciát az SLG88104 áramkör Vout kimenetéből adjuk meg. A PGA erősítést a szükséges méréseknek megfelelően állítjuk be. Az egyvégű ADC móddal x0,25 erősítést használunk. X0.25 esetén a nyereség nem olyan nagy, hogy az ADC konverter által kapott bemenet meg tudja mérni az elég nagy vagy maximális súlyt annak megfelelően, amit megpróbáltunk az Arduino használatával, ami 70 kg. Ezt követően a Compare data with CNT2 számlálót használjuk ADC összehasonlítónak, így a hangjelzővel ismerhetjük meg a változást. A trükk az összehasonlító, amelyet a CNT2 érték kalibrálásának megváltoztatásával készítünk úgy, hogy ha a súly> 60 kg, akkor a DCMP0 kimenete "1". A hangjelző előre meghatározott frekvenciával világít a blokk késleltetés hangjelző használatával, így a mondat logikailag "1" lesz, amikor az idő 0,5 másodperc. A késleltetéssel beállíthatjuk a CNT0 számláló adatait, és beállíthatjuk a kimeneti időtartamot 500 ms -ig.

4. lépés: Aluláteresztő szűrő

Célszerű szűrni a differenciálerősítő kimeneti jelét. Segít elhárítani az interferenciát és csökkenti a szélessávú zajt. Az aluláteresztő szűrő (LPF) csökkenti a felesleges zajt. Ez az egyszerű aluláteresztő szűrőkör egy terheléses soros ellenállásból és egy terheléssel párhuzamos kondenzátorból áll. Egyes kísérletek azt mutatták, hogy a zajkomponens kimutatható volt a sávszűrőben, amelynek 32,5-37,5 Hz átviteli sávja volt a frekvenciaspektrum-elemzés során. Az LPF határfrekvenciáját,, fco, 20 Hz -re állítottuk be, az 1.75f ??, = fpeak képlet használatával. Általában a kondenzátoroknak nagyon kicsiknek kell lenniük, például 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

R = 80 Ω.

5. lépés: GreenPAK tervezési összetevő

A 8. ábrán láthatjuk, hogy a GreenPAK tartalmazza azokat az összetevőket, amelyekre szükségünk van az ADC modulhoz, és a számlálót a várakozási időhöz.

Az ADC modul szakaszban a PGA erősítés szükség szerint csökkentheti vagy növelheti az erősítést. A PGA erősítésnek ugyanaz a funkciója, mint az SLG88104 áramkör erősítési ellenállásának.

Az ADC által megszerzett kimeneti adatok, számlálókalibrációs adatok szerint rendezve, a számlálóadatok értékének hozzáadásával vagy csökkentésével. Beállíthatjuk az általunk létrehozott hardvernek és a kimeneti súlynak megfelelően. Ehhez a demóhoz megkapjuk és beállítjuk a 250 -es számláló adatértéket 60 kg -ra.

A várakozási idő számlálója CNT0. A CNT0 számláló adatai határozzák meg, hogy mennyi ideig lesz bekapcsolva a hangjelző. Ezt az értéket szükség szerint beállíthatjuk. Ehhez a demóhoz a 3125 adatszámlálót használjuk 0,5 másodpercig.

A LUT0 -t használjuk a standard ÉS kapukhoz való összehasonlításhoz, így ha a 0,5 másodperces pontos idő és a súly meghaladja a 60 kg -ot, akkor a hangjelző megszólal.

6. lépés: Eredmény

Ehhez a szimulációhoz két tesztet végeztünk. Először megpróbáljuk megismerni az ellenállás -erősítés hatását a később feldolgozandó bemenetre, és megkapjuk az erősítési ellenállás kalibrációs értékét, amely a legjobban megfelel az elkészített digitális skálának. A második az, hogy a tervezést az SLG46140 használatával tegyük lehetővé, hogy tökéletesíteni tudjuk a kívánt nyereséget. A teszt után a digitális mérlegek legmagasabb ellenállási értékét kerestük, hogy maximalizáljuk a létrehozott erősítő áramkör képességeit és a kifejlesztett digitális mérlegek képességeit. Ezzel a konstrukcióval a legnagyobb erősítési ellenállás értékét kapjuk ± 6,8 Ohm, és a maximális mért érték ± 60 Kg. Elég bonyolult az erősítő ellenállás értékének beállítása, mivel a kialakítás nagyban befolyásolja a szükséges erősítési ellenállást is. A példában használt digitális mérleg esetében nehéz volt meghaladni a 6,8 Ohm -ot nagyobb súly elérése érdekében.

Ezenkívül a második tesztből (az SLG46140 és annak jellemzői használatával) a kívánt maximális súlyt beállíthatja a nyereség beállítását lehetővé tevő PGA modul használatával. Tesztelünk x 0,25 erősítési beállítással, és a hangjelző 60 kg -nál nagyobb súly esetén aktiválódik. A fenti eredmények alapján funkcionálisan jól megy a digitális skála kalibrálása. Ez nagyon hasznos az erősítő beállításában a manuális hardvercserékhez képest. Méretben is összehasonlítjuk a vezérlővel, amely beállíthatja az erősítő erősítésének kalibrálását, és rendelkezik ADC funkcióval is. Az itt bemutatott tervezési előnyök közé tartozik a kisebb fizikai méret, az egyszerűség, az energiafogyasztás, az ár és a könnyen testre szabható.

Következtetés

Ez az SLG46140 -et használó túlsúlyjelző ideális megoldás egy előre beállított súlyjelzőhöz. A fenti Dialog Semiconductor GreenPAK tervezés az SLG88104 használatával készült. Az alacsonyabb összehasonlító költségek, a kis terület, az alacsony energiafogyasztás, valamint a GreenPAK egyszerű programozása teszi ezt kiemelkedővé a mikrokontroller kialakításhoz képest. Bemutatták a Wheatstone -hidat, a differenciális erősítőt és az állítható erősítési elveket. Ez a tervezési példa más Wheatstone -híd alkalmazásokra is kiterjeszthető, mivel nagyon megbízható nagyon alacsony ellenállású műszerekkel.