Si të bëni një tregues mbipeshë: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Qëllimi kryesor i këtij aplikacioni është të masë peshën e një objekti, pastaj të tregojë me një zhurmë alarmi në rast të mbipeshës. Hyrja e sistemit vjen nga një qelizë ngarkese. Hyrja është një sinjal analog që është përforcuar nga një përforcues diferencial. Sinjali analog shndërrohet në një sinjal dixhital duke përdorur një ADC. Vlera e rezultatit të leximit ADC krahasohet më pas me një vlerë të caktuar që është vendosur në mënyrë që të përfaqësojë kufirin e dëshiruar të ngarkesës. Nëse ndodh një mbipeshë, atëherë alarmi ndizet me një frekuencë prej 1 Hz. Në këtë shënim të aplikacionit, ne do të përdorim një matës të tendosjes si sensor të peshës, SLG88104 si përforcues diferencial dhe SLG46140V si ADC dhe kondicionim të sinjalit. Sistemi mund të vërtetohet duke aplikuar një ngarkesë që tejkalon kufirin e dëshiruar të ngarkesës (60 Kg). Funksionaliteti i sistemit është i saktë nëse në atë gjendje alarmi është ndezur me një frekuencë prej 1 Hz. Përparësitë kryesore të dizajnimit me GreenPAK ™ është se produkti është më i vogël, me kosto më të ulët, më i thjeshtë dhe i lehtë për tu zhvilluar. GreenPAK ka një ndërfaqe të thjeshtë GUI në GreenPAK Designer, duke i lejuar inxhinierët të zbatojnë shpejt dhe me lehtësi modele të reja dhe t'u përgjigjen ndryshimeve të kërkesave të projektimit. Nëse duam ta zhvillojmë më tej, kjo zgjidhje është një zgjedhje e shkëlqyer. Përdorimi i GreenPAK e bën këtë dizajn shumë të thjeshtë, me peshë të lehtë dhe vetëm një zonë të vogël të zënë për ta zbatuar atë në shumicën e aplikacioneve. Për shkak të burimeve të qarkut të brendshëm të disponueshëm brenda GreenPAK, ky dizajn mund të përmirësohet me më shumë karakteristika pa pasur nevojë të shtoni shumë IC shtesë. Për të verifikuar funksionalitetin e këtij sistemi, ne vetëm duhet të zbatojmë qarkun e krijuar me mjetin e simulimit GreenPAK.

Zbuloni të gjitha hapat e nevojshëm kuptoni se si çipi GreenPAK është programuar për të kontrolluar Treguesin e Mbipeshës. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni Kompletin e Zhvillimit GreenPAK në kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar IC të personalizuar për të kontrolluar Treguesin tuaj të Mbipeshës. Ndiqni hapat e përshkruar më poshtë nëse jeni të interesuar të kuptoni se si funksionon qarku.

Hapi 1: Qasja e Dizajnit

Një ide kryesore e këtij dizajni është të lehtësojë kalibrimin e peshës në një shkallë dixhitale, siç ilustrohet në diagramin më poshtë. Supozoni se ka katër gjendje për të përshkruar se si funksionon ky sistem. Sistemi ka një seksion tipik të sensorit të peshës (A), dhe pastaj bën një shndërrim të të dhënave analoge në dixhitale. Sensorët zakonisht gjenerojnë vlera analoge të nivelit shumë të ulët dhe mund të përpunohen më lehtë pas shndërrimit në sinjale dixhitale. Sinjali që do të përdoret do të ketë të dhëna dixhitale të lexueshme. Të dhënat e marra në formë dixhitale mund të ripërpunohen në vlerën e dëshiruar dixhitale (për objekte të rënda ose të lehta). Për të treguar gjendjen e vlerës përfundimtare, ne përdorim një zile, por mund të ndryshohet lehtë. Për një tregues zëri, mund të përdorni një pulsim të mirënjohur (Treguesi i zërit të vonesës (B)). Në këtë eksperiment ne përdorëm një shkallë ekzistuese që kishte katër sensorë të qelizave të ngarkesës të lidhura duke përdorur parimin e urës Wheatstone. Sa i përket LCD -së tashmë në peshore dixhitale, ajo lihet vetëm për vërtetimin e vlerës së gjeneruar me shkallët ekzistuese.

Hapi 2: Hyrja e reagimeve

Reagimet hyrëse për këtë sistem vijnë nga presioni i marrë nga sensori për të siguruar një sinjal analog në formën e një tensioni shumë të ulët, por ende mund të përpunohet në të dhëna të peshës. Qarku më i thjeshtë i sensorit të skanimit dixhital është bërë nga një rezistencë e thjeshtë që mund të ndryshojë vlerën e tij të rezistencës sipas peshës / presionit të aplikuar. Qarku i sensorit mund të shihet në Figurën 2.

Sensorët që vendosen në çdo cep të shkallës do të japin vlera të sakta për hyrjen totale. Komponentët kryesorë të rezistorëve të sensorit mund të mblidhen në ura që mund të përdoren për të matur secilin sensor. Ky qark përdoret zakonisht në qarqet dixhitale që përdorin katër burime që janë të ndërvarura. Ne përdorim vetëm katër sensorë të përfshirë në një shkallë për eksperimentet tona, dhe sistemet e para-integruara në këtë shkallë si LCD dhe kontrolluesi mbahen vetëm për të vërtetuar modelin tonë. Qarqet që kemi përdorur mund të shihen në Figurën 3.

Një urë gur gruri përdoret zakonisht për kalibrimin e instrumenteve të matjes. Përparësitë e urës aWheatstone është se ajo mund të masë vlera shumë të ulëta në intervalin milli-ohm. Për shkak të kësaj, peshoret dixhitale me sensorë mjaft të ulët të rezistencës mund të jenë shumë të besueshme. Ne mund të shohim formulën dhe qarkun e urës Wheatstone në Figurën 4.

Për shkak se voltazhi është aq i vogël, ne kemi nevojë për një përforcues instrumentesh në mënyrë që tensioni të amplifikohet mjaftueshëm për t'u lexuar nga një kontrollues. Tensioni i reagimit i marrë nga përforcuesi i instrumenteve hyrës përpunohet në një tension që mund të lexohet nga kontrolluesi (0 deri në 5 volt në këtë dizajn). Ne mund të rregullojmë fitimin në mënyrë të përshtatshme duke vendosur rezistencën e fitimit në qarkun SLG88104. Figura 5 tregon formulën për të përcaktuar tensionin dalës të qarkut SLG88104 që është përdorur.

Nga kjo formulë, përshkruhet marrëdhënia e fitimit. Nëse vlera e rezistencës së fitimit rritet, atëherë fitimi i marrë do të jetë më i ulët, dhe anasjelltas nëse vlera e rezistencës së fitimit zvogëlohet. Përgjigja e prodhimit do të jetë mjaft e theksuar edhe nëse rritja ose ulja e vlerës është e vogël. Peshoret dixhitale mund të bëhen më të ndjeshme ndaj hyrjes (me vetëm pak peshë, vlera ndryshon në mënyrë dramatike), ose anasjelltas nëse ndjeshmëria e shtuar zvogëlohet. Kjo mund të shihet në pjesën e rezultateve.

Hapi 3: Fitimi i Kontrollit

Ky është një dizajn që mund të kontrollojë fitimin përsëri pasi të kalojë procesin e kalibrimit të fitimit të harduerit (kalibrimi i rezistencës së fitimit). Nga dizajni i seksionit të sensorit të peshës (A), kur të dhënat e marra nga amplifikuesi i instrumentit, të dhënat mund të përpunohen përsëri në mënyrë që fitimi të vendoset më lehtë. Avantazhi është se ne mund të shmangim një ndryshim të rezistencës së fitimit të harduerit.

Në Figurën 5, me modulin ADC ekziston një PGA që mund të rregullojë fitimin para se vlera analoge të shndërrohet në dixhitale. Ne ofrojmë referencën hyrëse nga dalja Vout e qarkut SLG88104. Fitimi i PGA do të vendoset në një mënyrë të tillë sipas matjeve që na duhen. Ne përdorim fitimin x0.25 me modalitetin ADC me një përfundim. Me x0.25 fitimi nuk është aq i madh sa hyrja e marrë nga konvertuesi ADC mund të masë peshën e mjaftueshme ose maksimalisht sipas asaj që kemi provuar duke përdorur Arduino i cili është 70 Kg. Pas kësaj, ne përdorim Krahasoni të dhënat me numëruesin CNT2 si krahasues ADC, kështu që ne mund të dimë ndryshimin me treguesin e zërit. Truku është krahasuesi që bëjmë me anë të ndryshimit të kalibrimit të vlerës CNT2 në mënyrë që kur pesha> 60 kg, atëherë Prodhimi i DCMP0 të jetë "1". Treguesi i zërit do të ndizet me një frekuencë të paracaktuar duke përdorur treguesin e zërit të vonesës së bllokut në mënyrë që blloku të jetë logjik "1" kur koha është 0.5 s. Vonesa që mund të vendosim të dhënat e numëruesit CNT0 rregullojnë periudhën e daljes prej 500 ms.

Hapi 4: Filtri me kalim të ulët

Preferohet të filtroni sinjalin dalës të amplifikatorit diferencial. Ndihmon për të refuzuar ndërhyrjen dhe zvogëlon zhurmën me brez të gjerë. Filtri i kalimit të ulët (LPF) i zbatuar zvogëlon zhurmën e panevojshme. Ky qark i thjeshtë filtri me kalim të ulët përbëhet nga një rezistencë në seri me një ngarkesë dhe një kondensator paralelisht me ngarkesën. Disa eksperimente treguan se përbërësi i zhurmës ishte i dallueshëm në filtrin me brez që kishte brez kalimi 32.5- 37.5 Hz gjatë analizës së spektrit të frekuencës. Frekuenca e ndërprerjes,, fco, e LPF u vendos në 20 Hz, duke përdorur formulën 1.75f ??, = fpeak. Zakonisht, kondensatorët duhet të jenë shumë të vegjël, për shembull 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Marrë R = 80 Ω.

Hapi 5: Komponenti i Dizajnit GreenPAK

Ne mund të shohim nga Figura 8 GreenPAK përmban komponentët që na duhen moduli ADC, dhe Counter për kohën e pritjes.

Në seksionin e modulit ADC, fitimi i PGA mund të zvogëlojë ose rrisë fitimin sipas nevojës. PGA fiton të njëjtin funksion si rezistenca e fitimit në qarkun SLG88104.

Të dhënat dalëse të marra nga ADC, të rregulluara në një mënyrë të tillë nga të dhënat e kalibrimit kundër, duke shtuar ose zvogëluar vlerën e të dhënave të kundër. Ne mund ta vendosim atë sipas harduerit që kemi krijuar dhe peshës së përshtatshme që do të dalë. Për këtë demonstrim ne marrim dhe vendosim vlerën e të dhënave të numëruesit 250 për 60 kg.

Numëruesi për kohën e pritjes është CNT0. Të dhënat e numëruara në CNT0 do të përcaktojnë sa kohë do të jetë i ndezur treguesi i zërit. Ne mund ta vendosim këtë vlerë ashtu siç na nevojitet. Për këtë demonstrim ne përdorim numëruesin e të dhënave 3125 për 0.5 s.

Ne përdorim LUT0 për t'u krahasuar me portat standarde AND në mënyrë që nëse koha e saktë prej 0.5 s dhe pesha tejkalon 60 kg, atëherë do të tingëllojë treguesi i Zërit.

Hapi 6: Rezultati

Për këtë simulim ne bëmë dy teste. Së pari, ne përpiqemi të dimë efektin e Resistor Gain në hyrjen e marrë më vonë për t'u përpunuar dhe të marrim vlerën e kalibrimit të rezistencës së fitimit që përputhet më së miri me shkallën dixhitale të bërë. E dyta është të bëni modelin duke përdorur SLG46140 për të qenë në gjendje të përsosni fitimin që dëshironi të merrni. Pas testit, ne kërkuam pikën më të lartë të vlerës së rezistencës për peshore dixhitale për të maksimizuar aftësinë e qarkut të amplifikatorit të krijuar dhe aftësitë e peshoreve dixhitale të zhvilluara. Me këtë dizajn marrim vlerën më të lartë të rezistencës së fitimit prej ± 6.8 Ohm dhe pesha maksimale e matur është ± 60 Kg. Quiteshtë mjaft e ndërlikuar të rregullosh vlerën e rezistencës së fitimit sepse dizajni gjithashtu ndikon shumë në rezistencën e kërkuar të fitimit. Për shkallën dixhitale të përdorur në këtë shembull, ka qenë e vështirë të tejkalosh 6.8 Ohm në përpjekje për të arritur peshë më të madhe.

Për më tepër, nga testi i dytë (duke përdorur SLG46140 dhe veçoritë e tij), pesha maksimale që dëshironi të matni mund të vendoset duke përdorur modulin PGA që përcakton fitimin. Ne testojmë me një përcaktim fitimi x 0.25 dhe treguesi i zërit aktivizohet me peshë> 60 kg. Bazuar në rezultatet e mësipërme, në mënyrë funksionale, kalibrimi i shkallës dixhitale shkon mirë. Kjo është shumë e dobishme në vendosjen e amplifikatorit në krahasim me ndryshimet manuale të harduerit. Ne gjithashtu krahasojmë në mënyrë të favorshme në madhësi me një kontrollues që mund të rregullojë kalibrimin e fitimit të amplifikatorit dhe ka veçori ADC gjithashtu. Përparësitë e projektimit të paraqitura këtu përfshijnë madhësinë më të vogël fizike, thjeshtësinë, konsumin e energjisë, çmimin dhe lehtësisht të personalizueshme.

Përfundim

Ky tregues mbipeshë duke përdorur SLG46140 është një zgjidhje ideale për një tregues të paracaktuar të peshës. Dizajni TheDialog Semiconductor GreenPAK më sipër është përfunduar duke përdorur SLG88104. Kostoja më e ulët krahasuese, zona e vogël, fuqia e ulët, së bashku me lehtësinë e programimit GreenPAK e bën këtë të dallohet në krahasim me modelin e mikrokontrolluesit. Ura Wheatstone, përforcuesi diferencial dhe parimet e rregullueshme të fitimit u demonstruan. Ky shembull i projektimit mund të shtrihet edhe në aplikimet e tjera të urës Wheatstone, pasi është shumë i besueshëm në instrumentet me rezistencë shumë të ulët.