Hvordan lage en overvektsindikator: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hovedmålet med denne applikasjonen er å måle vekten til et objekt og deretter indikere med en alarmlyd ved overvekt. Inngang fra systemet kommer fra en lastcelle. Inngang er et analogt signal som har blitt forsterket av en differensialforsterker. Det analoge signalet konverteres til et digitalt signal ved hjelp av en ADC. Verdien av ADC -leseresultatet blir deretter sammenlignet med en viss verdi som er satt slik at den representerer ønsket lastgrense. Hvis det oppstår en overvekt, slår varselet seg på med en frekvens på 1 Hz. I dette appnotatet bruker vi en strekkmåler som vektsensor, SLG88104 som differensialforsterker, og SLG46140V som ADC og signalkondisjonering. Systemet kan bevises ved å påføre en belastning som overstiger ønsket lastgrense (60 kg). Systemfunksjonaliteten er korrekt hvis alarmen er i den tilstanden med en frekvens på 1 Hz. De viktigste fordelene med å designe med GreenPAK ™ er at produktet er mindre, lavere kostnad, enklere og lett å utvikle. GreenPAK har et enkelt GUI -grensesnitt i GreenPAK Designer, slik at ingeniører raskt og enkelt kan implementere nye design og svare på endrede designkrav. Hvis vi ønsker å utvikle den videre, er denne løsningen et utmerket valg. Ved å bruke GreenPAK gjør dette designet veldig enkelt, lett og bare et lite område opptatt for å implementere det på de fleste applikasjoner. På grunn av de interne kretsressursene som er tilgjengelige i GreenPAK, kan dette designet forbedres med flere funksjoner uten å måtte legge til for mange ekstra IC -er. For å verifisere funksjonaliteten til dette systemet trenger vi bare å implementere kretsen designet med GreenPAK -simuleringsverktøyet.

Oppdag alle trinnene du trenger for å forstå hvordan GreenPAK -brikken er programmert til å kontrollere overvektsindikatoren. Men hvis du bare vil få resultatet av programmeringen, kan du laste ned GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte GreenPAK -designfilen. Koble GreenPAK Development Kit til datamaskinen din og trykk på programmet for å lage den egendefinerte ICen for å kontrollere din overvektsindikator. Følg trinnene beskrevet nedenfor hvis du er interessert i å forstå hvordan kretsen fungerer.

Trinn 1: Design Approach

En nøkkelidé med dette designet er å lette kalibrering av vekt på en digital skala, som illustrert i diagrammet nedenfor. Anta at det er fire stater som beskriver hvordan dette systemet fungerer. Systemet har en typisk vektsensorseksjon (A), og konverterer deretter analoge til digitale data. Sensorer genererer vanligvis analoge verdier på svært lavt nivå og kan behandles lettere etter konvertering til digitale signaler. Signalet som skal brukes, vil ha lesbare digitale data. Dataene som er oppnådd i digital form kan omarbeides til ønsket digital verdi (for tunge eller lette gjenstander). For å indikere tilstanden til den endelige verdien bruker vi en summer, men den kan enkelt endres. For en stemmeindikator kan man bruke et velkjent blink (Delay Sound Indicator (B)). I dette eksperimentet brukte vi en eksisterende skala som hadde fire lastcellesensorer tilkoblet ved bruk av Wheatstone bridge -prinsippet. Når det gjelder LCD -en som allerede er på digitale skalaer, er det bare igjen for validering av verdien generert med eksisterende skalaer.

Trinn 2: Tilbakemelding

Inngangstilbakemelding for dette systemet kommer fra trykket oppnådd av sensoren for å gi et analogt signal i form av en veldig lav spenning, men kan fortsatt behandles til vektskala -data. Den enkleste kretsen til den digitale skanningssensoren er laget av en enkel motstand som kan endre dens motstandsverdi i henhold til vekten / trykket som brukes. Sensorkretsen kan sees på figur 2.

Sensorene som er plassert i hvert hjørne av skalaen vil gi nøyaktige verdier for den totale inngangen. Hovedkomponentene i sensormotstandene kan settes sammen til broer som kan brukes til å måle hver sensor. Denne kretsen brukes ofte i digitale kretser som bruker fire kilder som er avhengige av hverandre. Vi bruker bare de fire sensorene som er innebygd på en skala for våre eksperimenter, og forhåndsinnbygde systemer på denne skalaen, for eksempel LCD og kontrolleren, beholdes bare for å validere designet vårt. Kretsene vi brukte kan sees på figur 3.

En Wheatstone -bro brukes vanligvis til kalibrering av måleinstrumenter. Fordelene med en Wheatstone-bro er at den kan måle svært lave verdier i milli-ohm-området. På grunn av dette kan digitale vekter med ganske lave motstandssensorer være veldig pålitelige. Vi kan se formel og Wheatstone bridge -krets i figur 4.

Fordi spenningen er så liten trenger vi en instrumenteringsforsterker slik at spenningen forsterkes nok til å bli lest av en kontroller. Tilbakemeldingsspenningen hentet fra inngangsinstrumentforsterkeren blir behandlet til en spenning som kan leses av kontrolleren (0 til 5 volt i dette designet). Vi kan passende justere forsterkningen ved å sette forsterkningsmotstanden i SLG88104 -kretsen. Figur 5 viser formelen for å bestemme utgangsspenningen til SLG88104 -kretsen som ble brukt.

Fra denne formelen er gevinstforholdet beskrevet. Hvis verdien på forsterkningsmotstanden økes, vil gevinsten som oppnås være lavere, og omvendt hvis forsterkningsmotstandsverdien reduseres. Utgangssvaret vil bli ganske fremhevet selv om økningen eller reduksjonen i verdi er liten. Digitale skalaer kan bli mer følsomme for inngangen (med bare litt vekt, verdien endres dramatisk), eller omvendt hvis den ekstra følsomheten reduseres. Dette kan sees i resultatdelen.

Trinn 3: Kontrollgevinst

Dette er et design som kan kontrollere forsterkningen igjen etter å ha gått gjennom maskinvareforsterkningskalibreringsprosessen (forsterkningsmotstandskalibrering). Fra vektfølerseksjonen (A) -designet, når dataene hentet fra instrumentforsterkeren, kan dataene behandles igjen slik at forsterkningen lettere kan angis. Fordelen er at vi kan unngå endring i motstand mot maskinvareforsterkning.

I figur 5 er det med ADC -modulen en PGA som kan justere forsterkningen før den analoge verdien endres til digital. Vi gir inngangsreferansen fra Vout -utgangen til SLG88104 -kretsen. PGA -forsterkningen vil bli satt på en slik måte i henhold til målingene vi trenger. Vi bruker x0,25 forsterkning med ADC-modus med én ende. Med x0,25 er forsterkningen ikke så stor at inngangen fra ADC -omformeren kan måle vekten til stor nok eller maksimalt i henhold til det vi har prøvd å bruke Arduino som er 70 kg. Etter det bruker vi Sammenlign data med CNT2 -teller som ADC -komparator, slik at vi kan kjenne endringen med lydindikator. Trikset er komparatoren vi gjør ved hjelp av kalibreringsendring av CNT2 -verdien slik at når vekten> 60 kg, så er Output for DCMP0 "1". Lydindikatoren lyser med en forhåndsbestemt frekvens ved hjelp av blokkforsinkelseslydindikator, slik at blokken vil være logisk "1" når tiden er 0,5 s. Forsinkelsen vi kan angi CNT0 -tellerdata justerer utgangsperioden på 500 ms.

Trinn 4: Lavpassfilter

Det er å foretrekke å filtrere differensialforsterkerens utgangssignal. Det hjelper til med å avvise forstyrrelser og reduserer bredbåndsstøy. Lavpassfilteret (LPF) som implementeres reduserer unødvendig støy. Denne enkle lavpassfilterkretsen består av en motstand i serie med en belastning, og en kondensator parallelt med lasten. Noen eksperimenter viste at støykomponenten var påviselig i båndpassfilteret med 32,5-37,5 Hz passbånd under frekvensspekteranalyse. Cutoff -frekvensen,, fco, for LPF ble satt til 20 Hz ved å bruke formelen 1.75f ??, = fpeak. Vanligvis bør kondensatorene være veldig små, for eksempel 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Oppnådd R = 80 Ω.

Trinn 5: GreenPAK Design Component

Vi kan se fra figur 8 GreenPAK inneholder komponentene vi trenger ADC -modulen, og teller for ventetid.

I delen ADC -modul kan PGA -forsterkning redusere eller øke forsterkningen etter behov. PGA -forsterkningen har samme funksjon som forsterkningsmotstanden i SLG88104 -kretsen.

Utdataene som er oppnådd av ADC, ordnet på en slik måte ved tellerkalibreringsdata ved å legge til eller redusere tellerdataverdien. Vi kan sette det i henhold til maskinvaren vi har laget og den riktige vekten som skal sendes ut. For denne demoen får vi og setter tellerdataverdien på 250 for 60 kg.

Telleren for ventetid er CNT0. Motdata på CNT0 vil avgjøre hvor lenge lydindikatoren vil være på. Vi kan sette denne verdien etter behov. For denne demoen bruker vi datatelleren 3125 i 0,5 s.

Vi bruker LUT0 til å sammenligne med standard OG -porter, slik at hvis den nøyaktige tiden på 0,5 s og veier overstiger 60 kg, vil lydindikatoren lyde.

Trinn 6: Resultat

For denne simuleringen gjorde vi to tester. Først prøver vi å kjenne effekten av Resistor Gain på inngangen som ble oppnådd senere for å bli behandlet og få kalibreringsverdien til forsterkningsmotstanden som best matcher den digitale skalaen. Den andre er å lage designet ved hjelp av SLG46140 for å kunne perfeksjonere gevinsten du ønsker å få. Etter testen søkte vi etter det høyeste punktet med motstandsverdi for digitale vekter for å maksimere evnen til forsterkerkretsen og mulighetene til de utviklede digitale skalaene. Med denne designen får vi den høyeste forsterkningsmotstandsverdien på ± 6,8 Ohm og maksimal vekt målt ± 60 kg. Det er ganske komplisert å justere verdien av forsterkningsmotstanden fordi designet også i stor grad påvirker den nødvendige forsterkningsmotstanden. For den digitale skalaen som ble brukt i dette eksemplet, har det vært vanskelig å overstige 6,8 Ohm i et forsøk på å oppnå høyere vekt.

Videre, fra den andre testen (ved bruk av SLG46140 og dens funksjoner), kan maksimalvekten du vil måle settes med PGA -modulen som angir forsterkningen. Vi tester med en forsterkningsinnstilling x 0,25 og lydindikatoren utløses med vekt> 60 kg. Basert på resultatene ovenfor, går funksjonell, digital skala kalibrering bra. Dette er veldig nyttig for å sette forsterkeren sammenlignet med manuelle maskinvareendringer. Vi sammenligner også gunstig i størrelse med en kontroller som kan justere forsterkerens forsterkningskalibrering og også har ADC -funksjon. Designfordelene som presenteres her inkluderer mindre fysisk størrelse, enkelhet, strømforbruk, pris og lett tilpassbar.

Konklusjon

Denne overvektsindikatoren som bruker SLG46140 er en ideell løsning for en forhåndsinnstilt vektindikator. TheDialog Semiconductor GreenPAK -designen ovenfor fullføres ved å bruke SLG88104. Lavere sammenligningskostnad, lite område, lav effekt, sammen med enkel programmering av GreenPAK gjør at dette skiller seg ut sammenlignet med en mikrokontroller -design. Wheatstone -broen, differensialforsterker og justerbare forsterkningsprinsipper ble demonstrert. Dette designeksemplet kan også utvides til andre Wheatstone bridge -applikasjoner, ettersom det er svært pålitelig på instrumenter med svært lav motstand.