Ylipainoindikaattorin tekeminen: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämän sovelluksen päätavoite on mitata esineen paino ja ilmoittaa siitä hälytysäänellä ylipainoisuuden sattuessa. Järjestelmän tulo tulee punnituskennosta. Tulo on analoginen signaali, joka on vahvistettu differentiaalivahvistimella. Analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi ADC: n avulla. ADC -lukutuloksen arvoa verrataan sitten tiettyyn arvoon, joka on asetettu siten, että se edustaa haluttua kuormitusrajaa. Jos ylipaino ilmenee, hälytys käynnistyy 1 Hz: n taajuudella. Tässä sovellushuomautuksessa käytämme venymämittaria painoanturina, SLG88104 differentiaalivahvistimena ja SLG46140V ADC: nä ja signaalin vakauttamisena. Järjestelmä voidaan todistaa kohdistamalla kuorma, joka ylittää halutun kuormitusrajan (60 kg). Järjestelmän toiminta on oikein, jos hälytys on tällöin päällä 1 Hz: n taajuudella. GreenPAK ™ -suunnittelun tärkeimmät edut ovat, että tuote on pienempi, halvempi, yksinkertaisempi ja helppo kehittää. GreenPAKissa on yksinkertainen graafinen käyttöliittymä GreenPAK Designerissa, jonka avulla insinöörit voivat nopeasti ja helposti toteuttaa uusia malleja ja vastata muuttuviin suunnitteluvaatimuksiin. Jos haluamme kehittää sitä edelleen, tämä ratkaisu on erinomainen valinta. GreenPAKin käyttö tekee tästä suunnittelusta erittäin yksinkertaisen, kevyen ja vain pienen alueen, joka on suunniteltu sen toteuttamiseen useimmissa sovelluksissa. GreenPAKin sisäisten piirien resurssien vuoksi tätä muotoilua voidaan parantaa useilla ominaisuuksilla lisäämättä liikaa lisäpiirejä. Tämän järjestelmän toimivuuden varmistamiseksi meidän on vain otettava käyttöön piiri, joka on suunniteltu GreenPAK -simulointityökalulla.

Tutustu kaikkiin tarvittaviin vaiheisiin ymmärtääksesi, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu hallitsemaan ylipainoindikaattoria. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK Development Kit tietokoneeseesi ja paina ohjelmaa luodaksesi mukautetun IC: n hallitsemaan ylipainoindikaattoriasi. Noudata alla kuvattuja vaiheita, jos olet kiinnostunut ymmärtämään piirin toimintaa.

Vaihe 1: Suunnittelutapa

Tämän suunnittelun keskeinen ajatus on helpottaa painon kalibrointia digitaalisessa vaa'assa alla olevan kaavion mukaisesti. Oletetaan, että tämän järjestelmän toimintaa kuvataan neljässä tilassa. Järjestelmässä on tyypillinen painoanturiosa (A), ja se muuntaa sitten analogisen digitaaliseksi. Anturit tuottavat tyypillisesti hyvin alhaisen tason analogisia arvoja, ja niitä voidaan käsitellä helpommin digitaalisten signaalien muuntamisen jälkeen. Käytettävä signaali sisältää luettavaa digitaalista dataa. Digitaalisessa muodossa saadut tiedot voidaan käsitellä uudelleen haluttuun digitaaliseen arvoon (raskaille tai kevyille esineille). Lopullisen arvon tilan ilmaisemiseksi käytämme summeria, mutta se voidaan vaihtaa helposti. Puheilmaisimessa voidaan käyttää vilkkua (Delay Sound Indicator (B)). Tässä kokeessa käytimme olemassa olevaa vaakaa, johon oli liitetty neljä punnituskennoanturia Wheatstone -sillan periaatteen mukaisesti. Mitä tulee digitaalinäyttöihin jo asennettuun nestekidenäyttöön, se jätetään vain olemassa olevien asteikkojen tuottaman arvon validointiin.

Vaihe 2: Palautteen syöttö

Tämän järjestelmän tulopalaute tulee paineesta, jonka anturi saa analogisen signaalin tuottamiseksi erittäin pienjännitteisenä, mutta se voidaan silti käsitellä punnitustietoina. Digitaalisen skannausanturin yksinkertaisin piiri on valmistettu yksinkertaisesta vastuksesta, joka voi muuttaa vastusarvonsa painon / paineen mukaan. Anturipiiri näkyy kuvassa 2.

Asteikot, jotka on sijoitettu asteikon jokaiseen kulmaan, antavat tarkat arvot koko tulolle. Anturivastimien pääkomponentit voidaan koota siltoiksi, joita voidaan käyttää kunkin anturin mittaamiseen. Tätä piiriä käytetään yleisesti digitaalisissa piireissä, jotka käyttävät neljää toisistaan riippuvaista lähdettä. Käytämme kokeilussa vain neljää mittakaavaan upotettua anturia, ja tämän asteikon valmiiksi upotetut järjestelmät, kuten nestekidenäyttö ja ohjain, säilytetään vain suunnittelumme vahvistamiseksi. Käyttämämme piirit näkyvät kuvassa 3.

Wheatstone -siltaa käytetään tyypillisesti mittauslaitteiden kalibrointiin. Wheatstone-sillan etuna on se, että se voi mitata hyvin pieniä arvoja milliohmin alueella. Tästä syystä digitaaliset vaa'at, joilla on melko matala vastusanturi, voivat olla erittäin luotettavia. Näemme kaavan ja Wheatstonen siltapiirin kuviossa 4.

Koska jännite on niin pieni, tarvitsemme instrumentointivahvistimen, jotta jännite vahvistuu riittävästi ohjaimen luettavaksi. Tulovälinevahvistimesta saatu palautejännite prosessoidaan jännitteeksi, jonka ohjain voi lukea (0 - 5 volttia tässä mallissa). Voimme säätää vahvistusta asianmukaisesti asettamalla vahvistusvastuksen SLG88104 -piiriin. Kuva 5 esittää kaavan käytetyn SLG88104 -piirin lähtöjännitteen määrittämiseksi.

Tästä kaavasta kuvataan vahvistussuhde. Jos vahvistusvastuksen arvoa korotetaan, saatu vahvistus on pienempi ja päinvastoin, jos vahvistusvastuksen arvoa pienennetään. Lähtövaste on melko korostunut, vaikka arvon nousu tai lasku on pieni. Digitaaliset vaa'at voivat tulla herkemmiksi syötteelle (vain pienellä painolla arvo muuttuu dramaattisesti) tai päinvastoin, jos lisäherkkyys heikkenee. Tämä näkyy tulososiossa.

Vaihe 3: Control Gain

Tämä on malli, joka voi ohjata vahvistusta uudelleen laitteistovahvistuksen kalibrointiprosessin (vahvistusvastuksen kalibrointi) jälkeen. Painoanturiosan (A) suunnittelusta, kun instrumentin vahvistimesta saadut tiedot voidaan käsitellä uudelleen, jotta vahvistus voidaan asettaa helpommin. Etuna on, että voimme välttää laitteiston vahvistusvastuksen vaihtamisen.

Kuvassa 5 ADC -moduulilla on PGA, joka voi säätää vahvistusta ennen kuin analoginen arvo muutetaan digitaaliseksi. Tarjoamme tuloreferenssin SLG88104 -piirin Vout -lähdöstä. PGA -vahvistus asetetaan tällä tavalla tarvittavien mittausten mukaan. Käytämme x0,25-vahvistusta yksipäisessä ADC-tilassa. Kun x0.25, vahvistus ei ole niin suuri, että ADC -muuntimen tulo voi mitata riittävän suuren tai maksimaalisen painon sen mukaan, mitä olemme yrittäneet käyttää Arduinoa, joka on 70 kg. Sen jälkeen käytämme ADC -vertailijana Vertaa tietoja CNT2 -laskurilla, jotta voimme tietää muutoksen äänimerkillä. Temppu on vertailija, jonka teemme kalibroimalla CNT2 -arvon muutosta siten, että kun paino> 60 kg, DCMP0: n lähtö on "1". Äänimerkki syttyy ennalta määrätyllä taajuudella käyttämällä lohkon viiveäänimerkkiä, joten lohko on logiikka "1", kun aika on 0,5 s. Viive, jonka voimme asettaa CNT0 -laskuritiedoille, säätävät lähtöaikaa 500 ms.

Vaihe 4: Alipäästösuodatin

On suositeltavaa suodattaa differentiaalivahvistimen lähtösignaali. Se auttaa torjumaan häiriöitä ja vähentämään laajakaistaa. Alipäästösuodatin (LPF) vähentää tarpeetonta kohinaa. Tämä yksinkertainen alipäästösuodatinpiiri koostuu kuorman kanssa sarjassa olevasta vastuksesta ja kuorman rinnalla olevasta kondensaattorista. Jotkut kokeet osoittivat, että kohinakomponentti oli havaittavissa taajuusspektrianalyysin aikana kaistanpäästösuodattimessa, jonka päästöalue oli 32,5- 37,5 Hz. LPF: n rajataajuus, fco, asetettiin arvoon 20 Hz käyttämällä kaavaa 1.75f ??, = fpeak. Yleensä kondensaattoreiden tulisi olla hyvin pieniä, esimerkiksi 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Saatu R = 80 Ω.

Vaihe 5: GreenPAK -suunnittelukomponentti

Kuvasta 8 näemme, että GreenPAK sisältää tarvitsemamme komponentit ADC -moduulin ja laskurin odotusajalle.

ADC -moduuli -osassa PGA -vahvistus voi pienentää tai lisätä vahvistusta tarpeen mukaan. PGA -vahvistuksella on sama toiminto kuin SLG88104 -piirin vahvistusvastuksella.

ADC: n saamat lähtötiedot, jotka on järjestetty tällä tavalla laskurin kalibrointitiedoilla lisäämällä tai pienentämällä laskurin data -arvoa. Voimme asettaa sen luomamme laitteiston ja tulostettavan painon mukaan. Tätä esittelyä varten saamme ja asetamme laskurin data -arvon 250 60 kg: lle.

Odotusajan laskuri on CNT0. CNT0: n laskuritiedot määrittävät, kuinka kauan äänimerkki on päällä. Voimme asettaa tämän arvon tarpeen mukaan. Tässä esittelyssä käytämme datalaskuria 3125 0,5 sekunnin ajan.

Käytämme LUT0 -vertailua tavallisiin AND -portteihin, joten jos tarkka 0,5 sekunnin paino ja paino ylittävät 60 kg, äänimerkki soi.

Vaihe 6: Tulos

Tätä simulaatiota varten teimme kaksi testiä. Ensinnäkin yritämme tietää vastusvahvistuksen vaikutuksen myöhemmin käsiteltävään tuloon ja saada vahvistusvastuksen kalibrointiarvo, joka parhaiten vastaa tehtyä digitaalista mittakaavaa. Toinen on tehdä suunnittelu SLG46140: llä, jotta voit saavuttaa haluamasi hyödyn. Testin jälkeen etsimme digitaalisten vaakojen korkeinta vastusarvoa maksimoidaksesi luodun vahvistinpiirin suorituskyvyn ja kehittyneiden digitaalisten vaakojen ominaisuudet. Tällä rakenteella saamme suurimman vahvistusvastuksen arvon ± 6,8 ohmia ja mitattu suurin paino on ± 60 kg. Vahvistusvastuksen arvon säätäminen on melko monimutkaista, koska rakenne vaikuttaa myös suuresti vaadittuun vahvistusvastukseen. Tässä esimerkissä käytetyn digitaalisen vaa'an osalta on ollut vaikeaa ylittää 6,8 ohmia suuremman painon saavuttamiseksi.

Lisäksi toisesta testistä (käyttäen SLG46140: tä ja sen ominaisuuksia) voit määrittää mitattavan enimmäispainon käyttämällä vahvistusta määrittävää PGA -moduulia. Testaamme vahvistusasetuksella x 0,25 ja äänimerkki laukeaa, kun paino on> 60 kg. Edellä esitettyjen tulosten perusteella digitaalisen asteikon kalibrointi toimii toiminnallisesti hyvin. Tämä on erittäin hyödyllistä vahvistimen asetuksessa manuaalisiin laitteiston muutoksiin verrattuna. Vertaamme myös kooltaan edullisesti ohjainta, joka voi säätää vahvistimen vahvistuksen kalibrointia ja jolla on myös ADC -ominaisuus. Tässä esitettyjä suunnittelun etuja ovat pienempi fyysinen koko, yksinkertaisuus, virrankulutus, hinta ja helposti muokattavissa.

Johtopäätös

Tämä SLG46140: tä käyttävä ylipainoilmaisin on ihanteellinen ratkaisu esiasetettuun painoindikaattoriin. Yllä oleva Dialog Semiconductor GreenPAK -suunnittelu on viimeistelty käyttämällä SLG88104: ää. Pienemmät vertailukustannukset, pieni alue, pieni teho ja GreenPAK -ohjelmoinnin helppous tekevät tästä erottuvan verrattuna mikro -ohjaimen suunnitteluun. Wheatstonen silta, differentiaalivahvistin ja säädettävät vahvistusperiaatteet esiteltiin. Tätä suunnitteluesimerkkiä voidaan laajentaa myös muihin Wheatstone -silta -sovelluksiin, koska se on erittäin luotettava erittäin alhaisen vastuksen mittalaitteissa.