Ako urobiť indikátor nadváhy: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Hlavným cieľom tejto aplikácie je zmerať hmotnosť predmetu a potom ho v prípade nadváhy oznámiť zvukovým signálom. Vstup systému pochádza z snímača zaťaženia. Vstup je analógový signál, ktorý bol zosilnený diferenciálnym zosilňovačom. Analógový signál je konvertovaný na digitálny signál pomocou ADC. Hodnota výsledku čítania ADC sa potom porovná s určitou hodnotou, ktorá je nastavená tak, aby predstavovala požadovaný limit zaťaženia. Ak dôjde k nadváhe, výstraha sa zapne s frekvenciou 1 Hz. V tejto poznámke k aplikácii použijeme tenzometer ako snímač hmotnosti, SLG88104 ako diferenciálny zosilňovač a SLG46140V ako ADC a úpravu signálu. Systém je možné preukázať použitím zaťaženia prekračujúceho požadovaný limit zaťaženia (60 kg). Funkčnosť systému je správna, ak je v tomto stave zapnutý alarm s frekvenciou 1 Hz. Kľúčovými výhodami navrhovania pomocou GreenPAK ™ je, že výrobok je menší, má nižšie náklady, je jednoduchší a ľahko sa vyvíja. GreenPAK má v programe GreenPAK Designer jednoduché rozhranie GUI, ktoré umožňuje inžinierom rýchlo a jednoducho implementovať nové návrhy a reagovať na meniace sa požiadavky na dizajn. Ak ho chceme ďalej rozvíjať, je toto riešenie vynikajúcou voľbou. Vďaka aplikácii GreenPAK je tento dizajn veľmi jednoduchý, ľahký a zaberá iba malú plochu na implementáciu vo väčšine aplikácií. Vzhľadom na zdroje vnútorných obvodov, ktoré sú k dispozícii v rámci programu GreenPAK, je možné tento dizajn vylepšiť o ďalšie funkcie bez toho, aby bolo potrebné pridávať príliš veľa ďalších integrovaných obvodov. Na overenie funkčnosti tohto systému nám stačí implementovať obvod navrhnutý pomocou simulačného nástroja GreenPAK.

Zoznámte sa so všetkými potrebnými krokmi a pochopte, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na kontrolu indikátora nadváhy. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustite program, aby ste vytvorili vlastný integrovaný obvod na ovládanie indikátora nadváhy. Ak máte záujem porozumieť fungovaniu obvodu, postupujte podľa nižšie uvedených krokov.

Krok 1: Prístup k návrhu

Kľúčovou myšlienkou tohto návrhu je uľahčiť kalibráciu hmotnosti na digitálnej váhe, ako je znázornené na obrázku nižšie. Predpokladajme, že existujú štyri stavy, ktoré popisujú, ako tento systém funguje. Systém má typickú časť (A) snímača hmotnosti a potom prevádza analógové údaje na digitálne. Senzory spravidla generujú veľmi nízke analógové hodnoty a po konverzii na digitálne signály sa dajú jednoduchšie spracovať. Použitý signál bude mať čitateľné digitálne údaje. Údaje získané v digitálnej forme je možné znova spracovať na požadovanú digitálnu hodnotu (pre ťažké alebo ľahké predmety). Na indikáciu stavu konečnej hodnoty používame bzučiak, ktorý je však možné ľahko zmeniť. Ako hlasový indikátor môžete použiť dobre známe žmurknutie (indikátor oneskoreného zvuku (B)). V tomto experimente sme použili existujúcu škálu so štyrmi snímačmi silomerov pripojenými na princípe Wheatstoneovho mosta. Pokiaľ ide o LCD, ktorý je už na digitálnych váhach, je ponechaný iba na overenie hodnoty generovanej pomocou existujúcich váh.

Krok 2: Vstup spätnej väzby

Vstupná spätná väzba pre tento systém pochádza z tlaku získaného snímačom na poskytnutie analógového signálu vo forme veľmi nízkeho napätia, ale stále ho možno spracovať do údajov váhových váh. Najjednoduchší obvod snímača digitálneho skenovania je vyrobený z jednoduchého odporu, ktorý môže meniť hodnotu svojho odporu podľa použitej hmotnosti / tlaku. Obvod snímača je možné vidieť na obrázku 2.

Senzory, ktoré sú umiestnené v každom rohu stupnice, poskytnú presné hodnoty pre celkový vstup. Hlavné komponenty odporov senzorov je možné zostaviť do mostov, ktoré je možné použiť na meranie každého senzora. Tento obvod sa bežne používa v digitálnych obvodoch, ktoré používajú štyri zdroje, ktoré sú na sebe závislé. Na naše experimenty používame iba štyri senzory vložené na váhe a vopred zabudované systémy v tejto stupnici, ako napríklad LCD a ovládač, slúžia iba na overenie nášho návrhu. Obvody, ktoré sme použili, je možné vidieť na obrázku 3.

Na kalibráciu meracích prístrojov sa spravidla používa Wheatstoneov most. Výhody mosta aWheatstone sú v tom, že dokáže merať veľmi nízke hodnoty v rozsahu miliohmov. Z tohto dôvodu môžu byť digitálne váhy so snímačmi s pomerne nízkym odporom veľmi spoľahlivé. Na obrázku 4 môžeme vidieť vzorec a obvod mosta Wheatstone.

Pretože je napätie tak malé, potrebujeme prístrojový zosilňovač, aby bolo napätie zosilnené, aj keď ho môže čítať regulátor. Spätnoväzbové napätie získané zo vstupného zosilňovača prístrojov je spracované na napätie, ktoré môže odčítať regulátor (0 až 5 voltov v tomto prevedení). Zisk môžeme vhodne upraviť nastavením zosilňovacieho odporu v obvode SLG88104. Obrázok 5 ukazuje vzorec na určenie výstupného napätia obvodu SLG88104, ktorý bol použitý.

Z tohto vzorca je popísaný vzťah zisku. Ak sa zvýši hodnota zosilňovacieho odporu, získaný zisk bude nižší a naopak, ak sa zníži hodnota zosilňovacieho odporu. Výstupná odozva bude dosť zvýraznená, aj keď je zvýšenie alebo zníženie hodnoty malé. Digitálne váhy môžu byť citlivejšie na vstup (iba s malou hmotnosťou sa hodnota dramaticky zmení) alebo naopak, ak sa pridaná citlivosť zníži. Je to vidieť v sekcii výsledkov.

Krok 3: Ovládajte zisk

Toto je konštrukcia, ktorá môže znova ovládať zosilnenie po prechode hardvérovou kalibráciou zisku (kalibrácia zosilňovacieho odporu). Z konštrukcie časti (A) snímača hmotnosti, keď sú údaje získané z prístrojového zosilňovača, môžu byť údaje opäť spracované, aby bolo možné jednoduchšie nastaviť zosilnenie. Výhodou je, že sa môžeme vyhnúť zmene odporu hardvérového zosilnenia.

Na obrázku 5 s modulom ADC je PGA, ktorý môže nastaviť zosilnenie pred zmenou analógovej hodnoty na digitálnu. Poskytujeme vstupnú referenciu z výstupu Vout obvodu SLG88104. Zisk PGA bude nastavený takým spôsobom podľa meraní, ktoré potrebujeme. Pri režime ADC s jedným koncom používame zisk x0,25. Pri x0,25 nie je zisk taký veľký, aby vstup získaný prevodníkom ADC dokázal zmerať dostatočne veľkú alebo maximálne hmotnosť podľa toho, čo sme vyskúšali pomocou Arduina, čo je 70 kg. Potom použijeme ako komparátor ADC údaje Porovnať údaje s počítadlom CNT2, aby sme zmenu poznali pomocou zvukového indikátora. Trik je komparátor, ktorý robíme pomocou zmeny kalibrácie hodnoty CNT2 tak, že keď je hmotnosť> 60 kg, potom je výstup DCMP0 „1“. Indikátor zvuku sa rozsvieti s vopred určenou frekvenciou pomocou zvukového indikátora oneskorenia bloku, takže blok bude logický „1“, keď je čas 0,5 s. Oneskorenie, ktorým môžeme nastaviť údaje počítadla CNT0, upraví dobu výstupu 500 ms.

Krok 4: Nízkopriepustný filter

Je vhodnejšie filtrovať výstupný signál diferenciálneho zosilňovača. Pomáha odmietnuť rušenie a znižuje širokopásmový šum. Implementovaný dolnopriepustný filter (LPF) znižuje zbytočný hluk. Tento jednoduchý nízkopriepustný filtračný obvod sa skladá z odporu v sérii so záťažou a kondenzátora paralelne so záťažou. Niektoré experimenty ukázali, že šumová zložka bola detegovateľná v pásmovom filtri s pásmom pásma 32,5- 37,5 Hz počas analýzy frekvenčného spektra. Medzná frekvencia, fco, LPF bola nastavená na 20 Hz pomocou vzorca 1.75f?, = Fpeak. Kondenzátory by mali byť zvyčajne veľmi malé, napríklad 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Získané R = 80 Ω.

Krok 5: Komponent dizajnu GreenPAK

Z obrázku 8 vidíme, že GreenPAK obsahuje komponenty, ktoré potrebujeme, modul ADC a počítadlo času čakania.

V sekcii ADC Module môže zisk PGA zosilnenie podľa potreby znížiť alebo zvýšiť. Zisk PGA má rovnakú funkciu ako zosilňovací odpor v obvode SLG88104.

Výstupné údaje získané pomocou ADC sú usporiadané takýmto spôsobom pomocou údajov kalibrácie počítadla pridaním alebo znížením hodnoty údajov počítadla. Môžeme ho nastaviť podľa hardvéru, ktorý sme vytvorili, a podľa príslušnej hmotnosti, ktorá má byť výstupná. Pre toto demo dostaneme a nastavíme hodnotu počítadla 250 na 60 kg.

Počítadlo času čakania je CNT0. Údaje počítadla na CNT0 určia, ako dlho bude zvukový indikátor zapnutý. Túto hodnotu môžeme nastaviť tak, ako potrebujeme. Na toto demo používame počítadlo údajov 3125 na 0,5 s.

Na porovnanie so štandardnými bránami AND používame LUT0, takže ak presný čas 0,5 s a hmotnosť vážia 60 kg, zaznie zvukový indikátor.

Krok 6: Výsledok

Pre túto simuláciu sme urobili dva testy. Najprv sa pokúsime zistiť vplyv zosilnenia odporu na vstup získaný neskôr na spracovanie a získať kalibračnú hodnotu zosilňovacieho odporu, ktorá najlepšie zodpovedá vyrobenej digitálnej stupnici. Druhým je návrh pomocou SLG46140, aby bol schopný zdokonaliť požadovaný zisk. Po teste sme hľadali najvyšší bod hodnoty odporu pre digitálne váhy, aby sme maximalizovali schopnosť vytvoreného obvodu zosilňovača a možnosti vyvinutých digitálnych váh. S týmto návrhom dostaneme najvyššiu hodnotu zosilňovacieho odporu ± 6,8 Ohm a maximálna nameraná hmotnosť je ± 60 Kg. Úprava hodnoty zosilňovacieho odporu je dosť komplikovaná, pretože konštrukcia tiež výrazne ovplyvňuje požadovaný zosilňovací odpor. Pre digitálnu váhu použitú v tomto prípade bolo ťažké prekročiť 6,8 ohmu pri pokuse o dosiahnutie vyššej hmotnosti.

Okrem toho z druhého testu (pomocou SLG46140 a jeho funkcií) je možné pomocou modulu PGA, ktorý nastavuje zosilnenie, nastaviť maximálnu hmotnosť, ktorú chcete merať. Testujeme s nastavením zisku x 0,25 a zvukový indikátor sa spustí s hmotnosťou> 60 kg. Na základe vyššie uvedených výsledkov funkčne funguje digitálna kalibrácia váhy dobre. Toto je veľmi užitočné pri nastavovaní zosilňovača v porovnaní s manuálnymi hardvérovými zmenami. Priaznivo porovnávame aj veľkosť s ovládačom, ktorý dokáže nastaviť kalibráciu zosilnenia zosilňovača a má tiež funkciu ADC. Tu uvedené výhody dizajnu zahŕňajú menšiu fyzickú veľkosť, jednoduchosť, spotrebu energie, cenu a jednoduché prispôsobenie.

Záver

Tento indikátor nadváhy pomocou SLG46140 je ideálnym riešením pre indikátor prednastavenej hmotnosti. Vyššie uvedený dizajn TheDialog Semiconductor GreenPAK je dokončený pomocou SLG88104. Vďaka nižším komparatívnym nákladom, malej ploche, nízkemu výkonu a jednoduchému programovaniu je GreenPAK v porovnaní s dizajnom mikrokontroléra výnimočný. Predviedol sa Wheatstoneov most, diferenciálny zosilňovač a nastaviteľné princípy zosilnenia. Tento príklad dizajnu je možné rozšíriť aj na ďalšie aplikácie mostov Wheatstone, pretože je veľmi spoľahlivý na prístrojové nástroje s veľmi nízkym odporom.