Как сделать индикатор лишнего веса: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Основная цель этого приложения - измерить вес объекта, а затем включить звуковой сигнал в случае превышения веса. Вход в систему поступает от тензодатчика. Вход представляет собой аналоговый сигнал, усиленный дифференциальным усилителем. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с помощью АЦП. Затем значение результата чтения АЦП сравнивается с определенным значением, установленным таким образом, чтобы оно представляло желаемый предел нагрузки. При появлении лишнего веса оповещение включается с частотой 1 Гц. В этом примечании к приложению мы будем использовать тензодатчик в качестве датчика веса, SLG88104 в качестве дифференциального усилителя и SLG46140V в качестве АЦП и формирования сигнала. Система может быть проверена путем приложения нагрузки, превышающей желаемый предел нагрузки (60 кг). Функционал системы исправен, если в этом состоянии сигнал тревоги включается с частотой 1 Гц. Ключевые преимущества проектирования с помощью GreenPAK ™ заключаются в том, что продукт меньше, дешевле, проще и удобнее в разработке. GreenPAK имеет простой графический интерфейс в GreenPAK Designer, что позволяет инженерам быстро и легко реализовывать новые проекты и реагировать на меняющиеся требования к дизайну. Если мы хотим развить его дальше, это решение - отличный выбор. Использование GreenPAK делает эту конструкцию очень простой, легкой и занимает лишь небольшую площадь для ее реализации в большинстве приложений. Благодаря внутренним ресурсам схемы, доступным в GreenPAK, эта конструкция может быть расширена за счет дополнительных функций без необходимости добавления слишком большого количества дополнительных IC. Чтобы проверить работоспособность этой системы, нам просто нужно реализовать схему, разработанную с помощью инструмента моделирования GreenPAK.

Откройте для себя все необходимые шаги и поймите, как чип GreenPAK был запрограммирован для управления индикатором избыточного веса. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и нажмите программу, чтобы создать индивидуальную ИС для управления индикатором избыточного веса. Выполните шаги, описанные ниже, если вы хотите понять, как работает схема.

Шаг 1: подход к дизайну

Ключевая идея этой конструкции - облегчить калибровку веса на цифровых весах, как показано на диаграмме ниже. Предположим, есть четыре состояния, чтобы описать, как работает эта система. Система имеет типичную секцию датчика веса (A), которая затем выполняет преобразование аналоговых данных в цифровые. Датчики обычно генерируют аналоговые значения очень низкого уровня, и их легче обрабатывать после преобразования в цифровые сигналы. Используемый сигнал будет иметь читаемые цифровые данные. Данные, полученные в цифровой форме, можно преобразовать в желаемое цифровое значение (для тяжелых или легких объектов). Чтобы указать состояние конечного значения, мы используем зуммер, но его можно легко изменить. В качестве голосового индикатора можно использовать известное мигание (индикатор задержки звука (B)). В этом эксперименте мы использовали существующие весы с четырьмя датчиками веса, подключенными по принципу моста Уитстона. Что касается ЖК-дисплея, который уже находится на цифровых весах, он оставлен только для проверки значения, сгенерированного с помощью существующих весов.

Шаг 2: ввод обратной связи

Входная обратная связь для этой системы исходит из давления, полученного датчиком, чтобы обеспечить аналоговый сигнал в виде очень низкого напряжения, но все же может быть преобразован в данные весов. Самая простая схема цифрового сканирующего датчика состоит из простого резистора, который может изменять значение своего сопротивления в зависимости от приложенного веса / давления. Схема датчика представлена на рисунке 2.

Датчики, расположенные в каждом углу шкалы, будут обеспечивать точные значения для общего ввода. Основные компоненты резисторов датчика могут быть собраны в мосты, которые можно использовать для измерения каждого датчика. Эта схема обычно используется в цифровых схемах, которые используют четыре взаимозависимых источника. Мы используем только четыре датчика, встроенных в шкалу для наших экспериментов, а предварительно встроенные системы этой шкалы, такие как ЖК-дисплей и контроллер, сохраняются только для проверки нашей конструкции. Используемые нами схемы показаны на рисунке 3.

Мост Уитстона обычно используется для калибровки измерительных приборов. Преимущества моста Уитстона заключаются в том, что он может измерять очень низкие значения в миллиомном диапазоне. Из-за этого цифровые весы с датчиками довольно низкого сопротивления могут быть очень надежными. Мы можем видеть формулу и схему моста Уитстона на рисунке 4.

Поскольку напряжение настолько мало, нам нужен инструментальный усилитель, чтобы напряжение было достаточно усиленным, чтобы его мог считывать контроллер. Напряжение обратной связи, полученное от входного инструментального усилителя, преобразуется в напряжение, которое может быть считано контроллером (от 0 до 5 вольт в этой конструкции). Мы можем соответствующим образом отрегулировать усиление, установив резистор усиления в схеме SLG88104. На рисунке 5 показана формула для определения выходного напряжения использованной схемы SLG88104.

По этой формуле описывается соотношение усиления. Если значение резистора усиления увеличивается, то полученное усиление будет ниже, и наоборот, если значение резистора усиления уменьшается. Отклик на выходе будет довольно сильно выраженным, даже если увеличение или уменьшение значения небольшое. Цифровые весы могут стать более чувствительными к вводу (при небольшом весе значение резко меняется) или наоборот, если добавленная чувствительность уменьшается. Это можно увидеть в разделе результатов.

Шаг 3: Контроль усиления

Это конструкция, которая может снова управлять усилением после прохождения процесса аппаратной калибровки усиления (калибровка резистора усиления). Из конструкции секции весового датчика (A), когда данные получены от усилителя прибора, данные могут быть снова обработаны, чтобы можно было более легко установить коэффициент усиления. Преимущество состоит в том, что мы можем избежать аппаратной замены резистора усиления.

На рисунке 5 с модулем АЦП есть PGA, который может регулировать усиление до того, как аналоговое значение будет изменено на цифровое. Мы обеспечиваем входную ссылку с выхода Vout схемы SLG88104. Коэффициент усиления PGA будет настроен таким образом, согласно нужным нам измерениям. Мы используем усиление x0,25 в режиме несимметричного АЦП. При x0,25 усиление не настолько велико, чтобы входной сигнал, полученный преобразователем АЦП, мог измерять вес, достаточно большой или максимальный, в соответствии с тем, что мы пытались использовать с Arduino, который составляет 70 кг. После этого мы используем Сравнить данные со счетчиком CNT2 в качестве компаратора АЦП, чтобы мы могли узнать изменение с помощью звукового индикатора. Хитрость заключается в том, что компаратор мы делаем путем изменения калибровки значения CNT2, так что, когда вес> 60 кг, выход DCMP0 равен «1». Индикатор звука загорится с заданной частотой с использованием индикатора задержки блока, так что блок будет иметь логическую «1», когда время составляет 0,5 с. Задержку мы можем установить, данные счетчика CNT0 регулируют период вывода 500 мс.

Шаг 4: фильтр низких частот

Предпочтительно фильтровать выходной сигнал дифференциального усилителя. Это помогает подавлять помехи и снижает широкополосный шум. Реализованный фильтр нижних частот (LPF) снижает ненужный шум. Эта простая схема фильтра нижних частот состоит из резистора, включенного последовательно с нагрузкой, и конденсатора, подключенного параллельно нагрузке. Некоторые эксперименты показали, что шумовая составляющая обнаруживается в полосовом фильтре с полосой пропускания 32,5–37,5 Гц во время анализа частотного спектра. Частота среза,, fco, LPF была установлена на 20 Гц по формуле 1.75f ??, = fpeak. Обычно конденсаторы должны быть очень маленькими, например 100 мкФ.

е ?? = 1/2 ???

Получено R = 80 Ом.

Шаг 5: Компонент дизайна GreenPAK

Как видно из рисунка 8, GreenPAK содержит необходимые нам компоненты: модуль АЦП и счетчик времени ожидания.

В разделе «Модуль АЦП» усиление PGA может уменьшать или увеличивать усиление по мере необходимости. Усиление PGA выполняет ту же функцию, что и резистор усиления в схеме SLG88104.

Выходные данные, полученные АЦП, упорядочены таким образом по данным калибровки счетчика путем добавления или уменьшения значения данных счетчика. Мы можем установить его в соответствии с созданным нами оборудованием и соответствующим весом, который будет выводиться. Для этой демонстрации мы получаем и устанавливаем значение данных счетчика 250 для 60 кг.

Счетчик времени ожидания - CNT0. Данные счетчика на CNT0 определяют, как долго звуковой индикатор будет включен. Мы можем установить это значение по своему усмотрению. Для этой демонстрации мы используем счетчик данных 3125 на 0,5 с.

Мы используем LUT0 для сравнения со стандартными воротами AND, так что если точное время 0,5 с и вес превышает 60 кг, то будет звучать индикатор звука.

Шаг 6: Результат

Для этого моделирования мы провели два теста. Во-первых, мы пытаемся узнать влияние усиления резистора на вход, полученный позже для обработки, и получить калибровочное значение резистора усиления, которое наилучшим образом соответствует сделанной цифровой шкале. Второй - сделать дизайн с использованием SLG46140, чтобы можно было улучшить желаемое усиление. После испытания мы провели поиск наивысшего значения сопротивления резистора для цифровых весов, чтобы максимально увеличить возможности созданной схемы усилителя и возможности разработанных цифровых весов. При такой конструкции мы получаем максимальное значение резистора усиления ± 6,8 Ом, а максимальный измеренный вес составляет ± 60 кг. Отрегулировать номинал резистора усиления довольно сложно, потому что конструкция также сильно влияет на требуемый резистор усиления. Для цифровых весов, используемых в этом примере, было трудно превысить 6,8 Ом в попытке достичь большего веса.

Кроме того, во втором тесте (с использованием SLG46140 и его функций) максимальный вес, который вы хотите измерить, можно установить с помощью модуля PGA, который устанавливает коэффициент усиления. Мы тестируем с настройкой усиления x 0,25, и звуковой индикатор срабатывает при весе> 60 кг. Исходя из приведенных выше результатов, функционально калибровка цифровой шкалы проходит хорошо. Это очень помогает при настройке усилителя по сравнению с ручной заменой оборудования. Мы также выгодно отличаемся по размеру от контроллера, который может регулировать калибровку усиления усилителя и также имеет функцию АЦП. Представленные здесь преимущества дизайна включают меньший физический размер, простоту, энергопотребление, цену и легкость настройки.

Заключение

Этот индикатор избыточного веса, использующий SLG46140, является идеальным решением для предварительно настроенного индикатора веса. Вышеупомянутая конструкцияDialog Semiconductor GreenPAK дополняется использованием SLG88104. Более низкая сравнительная стоимость, небольшая площадь, низкое энергопотребление, а также простота программирования GreenPAK выделяют его по сравнению с конструкцией микроконтроллера. Были продемонстрированы мост Уитстона, дифференциальный усилитель и принципы регулировки усиления. Этот пример конструкции также может быть распространен на другие приложения моста Уитстона, поскольку он очень надежен на приборах с очень низким сопротивлением.