Kuidas teha ülekaalulisuse indikaatorit: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Selle rakenduse põhieesmärk on mõõta eseme kaalu ja seejärel ülekaalu korral häireheliga märku anda. Süsteemi sisend pärineb koormusandurist. Sisend on analoogsignaal, mida on võimendatud diferentsiaalvõimendi. Analoogsignaal teisendatakse ADC abil digitaalsignaaliks. Seejärel võrreldakse ADC lugemistulemuse väärtust teatud väärtusega, mis on seatud nii, et see esindab soovitud koormuspiiri. Kui tekib ülekaal, lülitub hoiatus sisse sagedusega 1 Hz. Selles rakenduse märkuses kasutame kaaluandurina deformatsioonimõõturit, diferentsiaalvõimendina SLG88104 ja ADC ja signaali konditsioneerimiseks SLG46140V. Süsteemi saab tõestada, rakendades koormust, mis ületab soovitud koormuspiiri (60 kg). Süsteemi funktsionaalsus on õige, kui sellisel juhul on häire sisse lülitatud sagedusega 1 Hz. GreenPAK ™ -iga disainimise peamised eelised on see, et toode on väiksem, odavam, lihtsam ja hõlpsasti arendatav. GreenPAKil on GreenPAK Designeris lihtne GUI -liides, mis võimaldab inseneridel kiiresti ja hõlpsalt uusi disainilahendusi rakendada ja vastata muutuvatele disaininõuetele. Kui tahame seda edasi arendada, on see lahendus suurepärane valik. GreenPAKi kasutamine muudab selle disaini väga lihtsaks, kergeks ja selle rakendamiseks enamikus rakendustes on hõivatud vaid väike ala. GreenPAKis saadaolevate sisemise vooluahela ressursside tõttu saab seda disaini täiendada rohkemate funktsioonidega, ilma et peaksite lisama liiga palju täiendavaid IC -sid. Selle süsteemi funktsionaalsuse kontrollimiseks peame lihtsalt rakendama GreenPAK simulatsioonitööriistaga loodud vooluringi.

Avastage kõik vajalikud sammud, et mõista, kuidas GreenPAK kiip on programmeeritud ülekaalulisuse indikaatori juhtimiseks. Kui aga soovite lihtsalt programmeerimise tulemust saada, laadige GreenPAKi tarkvara alla, et vaadata juba valminud GreenPAK disainifaili. Ühendage GreenPAK arenduskomplekt arvutiga ja klõpsake programmi, et luua kohandatud IC, mis kontrollib teie ülekaalulisuse indikaatorit. Kui olete huvitatud vooluahela toimimisest, järgige allpool kirjeldatud samme.

1. samm: disainilahendus

Selle disaini põhiidee on hõlbustada kaalu kalibreerimist digitaalsel skaalal, nagu on näidatud alloleval diagrammil. Oletame, et selle süsteemi toimimise kirjeldamiseks on neli olekut. Süsteemil on tüüpiline kaaluandurite sektsioon (A) ja seejärel teisendatakse analoogandmed digitaalseks. Andurid genereerivad tavaliselt väga madala taseme analoogväärtusi ja neid saab pärast digitaalsignaalideks muundamist kergemini töödelda. Kasutataval signaalil on loetavad digitaalsed andmed. Digitaalsel kujul saadud andmeid saab uuesti töödelda soovitud digitaalseks väärtuseks (raskete või kergete esemete puhul). Lõpliku väärtuse oleku näitamiseks kasutame helisignaali, kuid seda on lihtne muuta. Hääleindikaatori jaoks võib kasutada tuntud vilkumist (viivitusheli indikaator (B)). Selles katses kasutasime olemasolevat skaalat, millel oli neli koormusandurit, mis olid ühendatud Wheatstone'i silla põhimõttega. Mis puudutab LCD -d juba digitaalskaalal, siis jääb see ainult olemasolevate skaaladega loodud väärtuse kinnitamiseks.

2. samm: tagasiside sisend

Selle süsteemi sisendi tagasiside pärineb andurilt saadud rõhust, mis annab analoogsignaali väga madala pinge kujul, kuid mida saab siiski kaaluskaalu andmeteks töödelda. Digitaalse skaneerimisanduri lihtsaim vooluring on valmistatud lihtsast takistusest, mis võib muuta selle takistuse väärtust vastavalt rakendatud kaalule / rõhule. Anduri vooluringi on näha joonisel 2.

Andurid, mis on paigutatud skaala igasse nurka, annavad kogu sisendi täpsed väärtused. Anduritakistite põhikomponendid saab kokku panna sildadeks, mida saab kasutada iga anduri mõõtmiseks. Seda vooluahelat kasutatakse tavaliselt digitaalahelates, mis kasutavad nelja allikat, mis on üksteisest sõltuvad. Kasutame oma katsetes ainult nelja skaalal manustatud andurit ning selle skaala eelseadistatud süsteeme, nagu LCD ja kontroller, hoitakse alles meie disaini kinnitamiseks. Meie kasutatavaid vooluahelaid saab näha jooniselt 3.

Mõõteseadmete kalibreerimiseks kasutatakse tavaliselt Wheatstone'i silda. Wheatstone'i silla eelised on see, et see suudab mõõta väga madalaid väärtusi millioomides. Seetõttu võivad üsna madala takistusega anduritega digitaalsed kaalud olla väga usaldusväärsed. Valemit ja Wheatstone'i silda näeme joonisel 4.

Kuna pinge on nii väike, vajame mõõteriistade võimendit, nii et kontroller saaks pinget piisavalt võimendada. Sisendinstrumentide võimendist saadud tagasisidepinge töödeldakse pingeks, mida kontroller saab lugeda (selles konstruktsioonis 0 kuni 5 volti). Võime võimendust sobivalt reguleerida, seadistades võimendustakisti ahelas SLG88104. Joonis 5 näitab valemit SLG88104 vooluahela väljundpinge määramiseks.

Sellest valemist kirjeldatakse võimendussuhet. Kui võimendustakisti väärtust suurendatakse, on saadud võimendus väiksem ja vastupidi, kui võimendustakisti väärtust vähendatakse. Väljundi reaktsioon on üsna rõhutatud isegi siis, kui väärtuse tõus või langus on väike. Digitaalsed kaalud võivad muutuda sisendi suhtes tundlikumaks (vaid väikese kaalu korral on väärtus dramaatiliselt muutunud) või vastupidi, kui lisatundlikkus väheneb. Seda saab näha tulemuste jaotises.

3. samm: kontrolli võimendus

See on disain, mis saab pärast riistvara võimenduse kalibreerimisprotsessi (võimendustakisti kalibreerimine) võimendust uuesti juhtida. Kaaluanduri sektsiooni (A) konstruktsioonist saab instrumendi võimendist saadud andmeid uuesti töödelda, et võimendust oleks lihtsam seadistada. Eeliseks on see, et saame vältida riistvara võimendustakisti muutmist.

Joonisel 5 on ADC -mooduliga PGA, mis saab võimendust enne analoogväärtuse muutmist digitaalseks reguleerida. Anname sisendviite SLG88104 vooluahela Vout väljundist. PGA võimendus määratakse selliselt vastavalt vajalikele mõõtmistele. Me kasutame x0.25 võimendust ühe otsa ADC režiimis. Kui väärtus on x0,25, ei ole võimendus nii suur, et ADC -muunduri saadud sisend saaks mõõta piisavalt suurt või maksimaalselt vastavalt sellele, mida oleme proovinud kasutada Arduino abil, mis on 70 kg. Pärast seda kasutame ADC võrdlusena võrdlusandmeid CNT2 loenduriga, et saaksime muutust heliindikaatoriga teada. Trikk on võrdlus, mille teeme CNT2 väärtuse kalibreerimise muutmise abil, nii et kui kaal> 60 kg, on DCMP0 väljund "1". Heliindikaator süttib etteantud sagedusega, kasutades ploki viivituse heliindikaatorit, nii et plokk on loogiline "1", kui aeg on 0,5 s. Viivitusega saame CNT0 loenduri andmed seadistada väljundperioodi 500 ms.

Samm: madalpääsfilter

Eelistatud on diferentsiaalvõimendi väljundsignaali filtreerimine. See aitab vältida häireid ja vähendab lairiba müra. Rakendatud madalpääsfilter (LPF) vähendab tarbetut müra. See lihtne madalpääsfiltriahel koosneb koormusega jadamisi takistusest ja koormusega paralleelsest kondensaatorist. Mõned katsed näitasid, et mürakomponent oli sagedusspektri analüüsi ajal tuvastatav ribalaiuse filtris, mille pääsuriba oli 32,5–37,5 Hz. LPF -i piirsagedus, fco, seati 20 Hz, kasutades valemit 1.75f ??, = fpeak. Tavaliselt peaksid kondensaatorid olema väga väikesed, näiteks 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Saadud R = 80 Ω.

Samm: GreenPAK disainikomponent

Näeme jooniselt 8 GreenPAK sisaldab komponente, mida vajame ADC moodulit, ja loendurit ooteaja jaoks.

Jaotises ADC moodul võib PGA võimendust vastavalt vajadusele vähendada või suurendada. PGA võimendusel on sama funktsioon kui võimendustakistil ahelas SLG88104.

ADC saadud väljundandmed, mis on selliselt korraldatud loenduri kalibreerimisandmetega, lisades või vähendades loenduri andmete väärtust. Saame selle seadistada vastavalt meie loodud riistvarale ja väljundi sobivale kaalule. Selle demo jaoks saame ja määrame loenduri andmete väärtuseks 250 kg 60 kg kohta.

Ooteaja loendur on CNT0. CNT0 loenduri andmed määravad, kui kaua heliindikaator töötab. Me saame selle väärtuse seada vastavalt vajadusele. Selle demo jaoks kasutame andmete loendurit 3125 0,5 sekundi jooksul.

Kasutame standardse AND -väravaga võrdlemiseks LUT0, nii et kui täpne aeg 0,5 s ja kaal ületab 60 kg, kõlab helisignaal.

6. samm: tulemus

Selle simulatsiooni jaoks tegime kaks katset. Esiteks püüame teada takisti võimenduse mõju hiljem töödeldavale sisendile ja saada võimendustakisti kalibreerimisväärtus, mis vastab kõige paremini tehtud digitaalsele skaalale. Teine eesmärk on kujundada SLG46140 abil, et oleks võimalik saavutada täius, mida soovite saada. Pärast testi otsisime digitaalsete kaalude jaoks kõrgeimat takisti väärtuse punkti, et maksimeerida loodud võimendusahela võimekust ja välja töötatud digitaalsete kaalude võimalusi. Selle konstruktsiooniga saame suurima võimendustakisti väärtuse ± 6,8 oomi ja maksimaalseks mõõdetud kaaluks on ± 60 kg. Võimendustakisti väärtuse reguleerimine on üsna keeruline, kuna disain mõjutab oluliselt ka nõutavat võimendustakistust. Selles näites kasutatud digitaalse skaala puhul on suurema kaalu saavutamiseks olnud raske ületada 6,8 oomi.

Peale selle saab alates teisest testist (kasutades SLG46140 ja selle funktsioone) maksimaalse kaalu, mida soovite mõõta, kasutades võimendust seadistavat PGA -moodulit. Testime võimenduse seadistusega x 0,25 ja helinäidik käivitub kaaluga> 60 kg. Ülaltoodud tulemuste põhjal läheb funktsionaalselt digitaalse skaala kalibreerimine hästi. See on võimendi seadistamisel väga kasulik, võrreldes riistvara käsitsi muutmisega. Samuti võrdleme oma suurust soodsalt kontrolleriga, mis suudab võimendi võimenduse kalibreerimist reguleerida ja millel on ka ADC -funktsioon. Siin esitatud disainieeliste hulka kuuluvad väiksem füüsiline suurus, lihtsus, energiatarve, hind ja hõlpsasti kohandatav.

Järeldus

See SLG46140 kasutav ülekaalulisuse indikaator on ideaalne lahendus eelseadistatud kaalunäidikule. Ülaltoodud Dialog Semiconductor GreenPAK disain on lõpetatud SLG88104 abil. Madalamad võrdluskulud, väike pindala, väike võimsus ja GreenPAK -i programmeerimise lihtsus muudavad selle mikrokontrolleri disainiga võrreldes silmapaistvamaks. Demonstreeriti Wheatstone'i silda, diferentsiaalvõimendit ja reguleeritava võimenduse põhimõtteid. Seda disaininäidet saab laiendada ka teistele Wheatstone'i sillarakendustele, kuna see on väga usaldusväärne väga väikese takistusega mõõteriistade puhul.