Πώς να φτιάξετε έναν δείκτη υπέρβαρου: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Ο κύριος στόχος αυτής της εφαρμογής είναι να μετρήσει το βάρος ενός αντικειμένου και στη συνέχεια να υποδείξει με έναν ήχο συναγερμού σε περίπτωση υπερβολικού βάρους. Η είσοδος του συστήματος προέρχεται από μια κυψέλη φορτίου. Η είσοδος είναι ένα αναλογικό σήμα που έχει ενισχυθεί από έναν διαφορικό ενισχυτή. Το αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα χρησιμοποιώντας ADC. Η τιμή του αποτελέσματος ανάγνωσης ADC συγκρίνεται στη συνέχεια με μια ορισμένη τιμή που έχει οριστεί έτσι ώστε να αντιπροσωπεύει το επιθυμητό όριο φορτίου. Εάν εμφανιστεί υπέρβαρο, τότε η ειδοποίηση ενεργοποιείται με συχνότητα 1 Hz. Σε αυτήν τη σημείωση εφαρμογής, θα χρησιμοποιήσουμε έναν μετρητή τάσης ως αισθητήρα βάρους, SLG88104 ως διαφορικό ενισχυτή και SLG46140V ως ADC και κλιματισμό σήματος. Το σύστημα μπορεί να αποδειχθεί εφαρμόζοντας ένα φορτίο που υπερβαίνει το επιθυμητό όριο φορτίου (60 Kg). Η λειτουργικότητα του συστήματος είναι σωστή εάν σε αυτήν την κατάσταση ο συναγερμός είναι ενεργοποιημένος με συχνότητα 1 Hz. Τα βασικά πλεονεκτήματα του σχεδιασμού με το GreenPAK ™ είναι ότι το προϊόν είναι μικρότερο, χαμηλότερο κόστος, απλούστερο και εύκολο στην ανάπτυξη. Το GreenPAK διαθέτει μια απλή διεπαφή GUI στο GreenPAK Designer, που επιτρέπει στους μηχανικούς να εφαρμόζουν γρήγορα και εύκολα νέα σχέδια και να ανταποκρίνονται στις μεταβαλλόμενες απαιτήσεις σχεδιασμού. Αν θέλουμε να το αναπτύξουμε περαιτέρω, αυτή η λύση είναι μια εξαιρετική επιλογή. Η χρήση του GreenPAK καθιστά αυτόν τον σχεδιασμό πολύ απλό, ελαφρύ και μόνο μια μικρή περιοχή που καταλαμβάνεται για την εφαρμογή του στις περισσότερες εφαρμογές. Λόγω των διαθέσιμων πόρων εσωτερικού κυκλώματος στο GreenPAK, αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να βελτιωθεί με περισσότερες δυνατότητες χωρίς να χρειάζεται να προσθέσετε πάρα πολλά επιπλέον IC. Για να επαληθεύσουμε τη λειτουργικότητα αυτού του συστήματος, πρέπει απλώς να εφαρμόσουμε το κύκλωμα που έχει σχεδιαστεί με το εργαλείο προσομοίωσης GreenPAK.

Ανακαλύψτε όλα τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσετε πώς το τσιπ GreenPAK έχει προγραμματιστεί για τον έλεγχο του δείκτη υπέρβαρου. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να λάβετε το αποτέλεσμα προγραμματισμού, κατεβάστε το λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο GreenPAK Design File. Συνδέστε το GreenPAK Development Kit στον υπολογιστή σας και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το προσαρμοσμένο IC για τον έλεγχο του Δείκτη Υπέρβαρου. Ακολουθήστε τα βήματα που περιγράφονται παρακάτω, εάν ενδιαφέρεστε να καταλάβετε πώς λειτουργεί το κύκλωμα.

Βήμα 1: Προσέγγιση σχεδιασμού

Μια βασική ιδέα αυτού του σχεδιασμού είναι να διευκολύνει τη βαθμονόμηση του βάρους σε ψηφιακή κλίμακα, όπως απεικονίζεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν τέσσερις καταστάσεις που περιγράφουν πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα. Το σύστημα διαθέτει ένα τυπικό τμήμα αισθητήρα βάρους (Α) και στη συνέχεια κάνει μετατροπή αναλογικών σε ψηφιακά δεδομένα. Οι αισθητήρες συνήθως παράγουν αναλογικές τιμές πολύ χαμηλού επιπέδου και μπορούν να υποστούν πιο εύκολη επεξεργασία μετά τη μετατροπή τους σε ψηφιακά σήματα. Το σήμα που θα χρησιμοποιηθεί θα έχει αναγνώσιμα ψηφιακά δεδομένα. Τα δεδομένα που λαμβάνονται σε ψηφιακή μορφή μπορούν να επανεπεξεργαστούν στην επιθυμητή ψηφιακή τιμή (για βαριά ή ελαφριά αντικείμενα). Για να υποδείξουμε την κατάσταση της τελικής τιμής, χρησιμοποιούμε έναν βομβητή, αλλά μπορεί να αλλάξει εύκολα. Για έναν δείκτη φωνής, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει ένα γνωστό αναβοσβήσιμο (Δείκτης καθυστέρησης ήχου (Β)). Σε αυτό το πείραμα χρησιμοποιήσαμε μια υπάρχουσα κλίμακα με τέσσερις αισθητήρες κυψελών φορτίου συνδεδεμένους χρησιμοποιώντας την αρχή της γέφυρας Wheatstone. Όσον αφορά την οθόνη LCD που υπάρχει ήδη σε ψηφιακές κλίμακες, αφήνεται μόνο για την επικύρωση της τιμής που δημιουργείται με τις υπάρχουσες κλίμακες.

Βήμα 2: Εισαγωγή ανατροφοδότησης

Η ανατροφοδότηση εισόδου για αυτό το σύστημα προέρχεται από την πίεση που λαμβάνει ο αισθητήρας για την παροχή ενός αναλογικού σήματος με τη μορφή πολύ χαμηλής τάσης, αλλά μπορεί ακόμα να επεξεργαστεί σε δεδομένα κλίμακας βάρους. Το απλούστερο κύκλωμα του αισθητήρα ψηφιακής σάρωσης είναι κατασκευασμένο από μια απλή αντίσταση που μπορεί να αλλάξει την τιμή αντίστασης ανάλογα με το βάρος / πίεση που εφαρμόζεται. Το κύκλωμα του αισθητήρα φαίνεται στο σχήμα 2.

Οι αισθητήρες που τοποθετούνται σε κάθε γωνία της κλίμακας παρέχουν ακριβείς τιμές για τη συνολική είσοδο. Τα κύρια συστατικά των αντιστάσεων του αισθητήρα μπορούν να συναρμολογηθούν σε γέφυρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση κάθε αισθητήρα. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται συνήθως σε ψηφιακά κυκλώματα που χρησιμοποιούν τέσσερις πηγές αλληλοεξαρτώμενες. Χρησιμοποιούμε μόνο τους τέσσερις αισθητήρες που είναι ενσωματωμένοι σε μια κλίμακα για τα πειράματά μας και τα προ-ενσωματωμένα συστήματα αυτής της κλίμακας, όπως η οθόνη LCD και ο ελεγκτής διατηρούνται μόνο για την επικύρωση του σχεδιασμού μας. Τα κυκλώματα που χρησιμοποιήσαμε φαίνονται στο σχήμα 3.

Μια γέφυρα Wheatstone χρησιμοποιείται συνήθως για τη βαθμονόμηση των οργάνων μέτρησης. Τα πλεονεκτήματα της γέφυρας aWheatstone είναι ότι μπορεί να μετρήσει πολύ χαμηλές τιμές στο εύρος χιλιοστών. Εξαιτίας αυτού, οι ψηφιακές ζυγαριές με αισθητήρες αρκετά χαμηλής αντίστασης μπορεί να είναι πολύ αξιόπιστες. Μπορούμε να δούμε τον τύπο και το κύκλωμα γέφυρας Wheatstone στο σχήμα 4.

Επειδή η τάση είναι τόσο μικρή χρειαζόμαστε έναν ενισχυτή οργάνων έτσι ώστε η τάση να ενισχυθεί αρκετά για να διαβαστεί από έναν ελεγκτή. Η τάση ανάδρασης που λαμβάνεται από τον ενισχυτή οργάνων εισόδου μετατρέπεται σε τάση που μπορεί να διαβαστεί από τον ελεγκτή (0 έως 5 βολτ σε αυτό το σχέδιο). Μπορούμε να προσαρμόσουμε κατάλληλα το κέρδος ρυθμίζοντας την αντίσταση κέρδους στο κύκλωμα SLG88104. Το σχήμα 5 δείχνει τον τύπο για τον προσδιορισμό της τάσης εξόδου του κυκλώματος SLG88104 που χρησιμοποιήθηκε.

Από αυτόν τον τύπο, περιγράφεται η σχέση κέρδους. Εάν αυξηθεί η τιμή του αντιστάτη κέρδους, τότε το κέρδος που λαμβάνεται θα είναι χαμηλότερο και αντίστροφα εάν μειωθεί η τιμή αντίστασης κέρδους. Η απόκριση εξόδου θα τονιστεί αρκετά ακόμη και αν η αύξηση ή μείωση της τιμής είναι μικρή. Οι ψηφιακές κλίμακες μπορούν να γίνουν πιο ευαίσθητες στην είσοδο (με μικρό μόνο βάρος, η τιμή αλλάζει δραματικά) ή αντίστροφα εάν μειωθεί η προστιθέμενη ευαισθησία. Αυτό φαίνεται στην ενότητα αποτελεσμάτων.

Βήμα 3: Κέρδος ελέγχου

Αυτό είναι ένα σχέδιο που μπορεί να ελέγξει ξανά το κέρδος αφού περάσει από τη διαδικασία βαθμονόμησης κέρδους υλικού (βαθμονόμηση αντίστασης κέρδους). Από το σχεδιασμό του τμήματος του αισθητήρα βάρους (Α), όταν τα δεδομένα που λαμβάνονται από τον ενισχυτή οργάνων, τα δεδομένα μπορούν να υποβληθούν ξανά σε επεξεργασία έτσι ώστε το κέρδος να μπορεί να οριστεί πιο εύκολα. Το πλεονέκτημα είναι ότι μπορούμε να αποφύγουμε μια αλλαγή αντίστασης κέρδους υλικού.

Στο Σχήμα 5, με τη μονάδα ADC υπάρχει ένα PGA που μπορεί να προσαρμόσει το κέρδος προτού η αναλογική τιμή αλλάξει σε ψηφιακή. Παρέχουμε την αναφορά εισόδου από την έξοδο Vout του κυκλώματος SLG88104. Το κέρδος PGA θα καθοριστεί με τέτοιο τρόπο σύμφωνα με τις μετρήσεις που χρειαζόμαστε. Χρησιμοποιούμε κέρδος x0.25 με λειτουργία ADC μονής λήξης. Με το x0.25 το κέρδος δεν είναι τόσο μεγάλο ώστε η είσοδος που λαμβάνεται από τον μετατροπέα ADC να μπορεί να μετρήσει το βάρος του αρκετά μεγάλου ή μέγιστου σύμφωνα με αυτό που δοκιμάσαμε χρησιμοποιώντας το Arduino που είναι 70 Kg. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούμε τη Σύγκριση δεδομένων με τον μετρητή CNT2 ως συγκριτή ADC, ώστε να μπορούμε να γνωρίζουμε την αλλαγή με την ένδειξη ήχου. Το κόλπο είναι ο συγκριτής που κάνουμε μέσω αλλαγής βαθμονόμησης της αξίας CNT2 έτσι ώστε όταν το βάρος> 60 κιλά, τότε η έξοδος του DCMP0 είναι "1". Η ένδειξη ήχου θα ανάψει με μια προκαθορισμένη συχνότητα χρησιμοποιώντας τον δείκτη ήχου καθυστέρησης μπλοκ, έτσι ώστε το μπλοκ να είναι λογικό "1" όταν ο χρόνος είναι 0,5 s. Η καθυστέρηση που μπορούμε να ορίσουμε στα δεδομένα μετρητή CNT0 προσαρμόζει την περίοδο εξόδου 500 ms.

Βήμα 4: Φίλτρο χαμηλής διέλευσης

Είναι προτιμότερο να φιλτράρετε το σήμα εξόδου διαφορικού ενισχυτή. Βοηθά στην απόρριψη παρεμβολών και μειώνει τον θόρυβο ευρείας ζώνης. Το φίλτρο χαμηλής διέλευσης (LPF) που εφαρμόζεται μειώνει τον περιττό θόρυβο. Αυτό το απλό κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης αποτελείται από μια σειρά αντιστάσεων με φορτίο και έναν πυκνωτή παράλληλα με το φορτίο. Ορισμένα πειράματα έδειξαν ότι το συστατικό θορύβου ήταν ανιχνεύσιμο στο φίλτρο ζώνης διέλευσης που είχε ζώνη διέλευσης 32,5-37,5 Hz κατά την ανάλυση φάσματος συχνοτήτων. Η συχνότητα διακοπής,, fco, του LPF ορίστηκε στα 20 Hz, χρησιμοποιώντας τον τύπο 1.75f ??, = fpeak. Συνήθως, οι πυκνωτές πρέπει να είναι πολύ μικροί, για παράδειγμα 100 μF.

φά?? = 1/2 ???

Λήφθηκε R = 80 Ω.

Βήμα 5: Εξαρτήματα σχεδιασμού GreenPAK

Μπορούμε να δούμε από το Σχήμα 8 Το GreenPAK περιέχει τα στοιχεία που χρειαζόμαστε την ενότητα ADC και Counter για χρόνο αναμονής.

Στην ενότητα ADC Module, το κέρδος PGA μπορεί να μειώσει ή να αυξήσει το κέρδος όπως απαιτείται. Το PGA έχει την ίδια λειτουργία με την αντίσταση κέρδους στο κύκλωμα SLG88104.

Τα δεδομένα εξόδου που λαμβάνονται από το ADC, διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο με δεδομένα μετρητή βαθμονόμησης με προσθήκη ή μείωση της τιμής μετρητή δεδομένων. Μπορούμε να το ρυθμίσουμε σύμφωνα με το υλικό που έχουμε δημιουργήσει και το κατάλληλο βάρος για έξοδο. Για αυτό το demo παίρνουμε και ορίζουμε την τιμή δεδομένων μετρητή 250 για 60 κιλά.

Ο μετρητής για τον χρόνο αναμονής είναι CNT0. Τα δεδομένα μετρητή στο CNT0 θα καθορίσουν πόσο καιρό θα είναι ενεργοποιημένος ο δείκτης ήχου. Μπορούμε να ορίσουμε αυτήν την τιμή όπως χρειαζόμαστε. Για αυτό το demo χρησιμοποιούμε τον μετρητή δεδομένων 3125 για 0,5 s.

Χρησιμοποιούμε το LUT0 για σύγκριση με τις τυπικές πύλες AND, έτσι ώστε εάν ο ακριβής χρόνος των 0,5 s και το βάρος υπερβαίνει τα 60 kg, τότε θα ακουστεί η ένδειξη Sound.

Βήμα 6: Αποτέλεσμα

Για αυτήν την προσομοίωση κάναμε δύο δοκιμές. Αρχικά, προσπαθούμε να γνωρίζουμε την επίδραση του Resistor Gain στην είσοδο που λαμβάνεται αργότερα για επεξεργασία και να λάβουμε την τιμή βαθμονόμησης του αντιστάτη κέρδους που ταιριάζει καλύτερα με την ψηφιακή κλίμακα που έγινε. Το δεύτερο είναι να κάνετε το σχέδιο χρησιμοποιώντας το SLG46140 για να μπορείτε να τελειοποιήσετε το κέρδος που θέλετε να αποκτήσετε. Μετά τη δοκιμή, αναζητήσαμε το υψηλότερο σημείο αντίστασης για ψηφιακές κλίμακες για να μεγιστοποιήσουμε την ικανότητα του δημιουργημένου κυκλώματος ενισχυτή και τις δυνατότητες των ανεπτυγμένων ψηφιακών ζυγών. Με αυτόν τον σχεδιασμό παίρνουμε την υψηλότερη τιμή αντίστασης κέρδους ± 6,8 Ohm και το μέγιστο βάρος που μετριέται είναι ± 60 Kg. Είναι αρκετά περίπλοκο να προσαρμόσετε την τιμή της αντίστασης κέρδους επειδή ο σχεδιασμός επηρεάζει επίσης πολύ την απαιτούμενη αντίσταση κέρδους. Για την ψηφιακή κλίμακα που χρησιμοποιείται σε αυτό το παράδειγμα, ήταν δύσκολο να ξεπεράσουμε τα 6,8 Ohm σε μια προσπάθεια να επιτύχουμε μεγαλύτερο βάρος.

Επιπλέον, από τη δεύτερη δοκιμή (χρησιμοποιώντας το SLG46140 και τις δυνατότητές του), το μέγιστο βάρος που θέλετε να μετρήσετε μπορεί να οριστεί χρησιμοποιώντας τη μονάδα PGA που καθορίζει το κέρδος. Δοκιμάζουμε με ρύθμιση κέρδους x 0,25 και ο δείκτης ήχου ενεργοποιείται με βάρος> 60 kg. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, λειτουργικά, η βαθμονόμηση ψηφιακής κλίμακας πηγαίνει καλά. Αυτό είναι πολύ χρήσιμο στη ρύθμιση του ενισχυτή σε σύγκριση με τις χειροκίνητες αλλαγές υλικού. Συγκρίνουμε επίσης ευνοϊκά σε μέγεθος με έναν ελεγκτή που μπορεί να προσαρμόσει τη βαθμονόμηση κέρδους ενισχυτή και έχει επίσης τη δυνατότητα ADC. Τα πλεονεκτήματα σχεδιασμού που παρουσιάζονται εδώ περιλαμβάνουν μικρότερο φυσικό μέγεθος, απλότητα, κατανάλωση ενέργειας, τιμή και εύκολη προσαρμογή.

συμπέρασμα

Αυτός ο δείκτης υπέρβαρου χρησιμοποιώντας το SLG46140 είναι η ιδανική λύση για έναν προκαθορισμένο δείκτη βάρους. Ο παραπάνω σχεδιασμός TheDialog Semiconductor GreenPAK ολοκληρώνεται χρησιμοποιώντας το SLG88104. Το χαμηλότερο συγκριτικό κόστος, η μικρή περιοχή, η χαμηλή ισχύς, μαζί με την ευκολία προγραμματισμού του GreenPAK το κάνει να ξεχωρίζει σε σύγκριση με το σχέδιο μικροελεγκτή. Η γέφυρα Wheatstone, ο διαφορικός ενισχυτής και οι ρυθμιζόμενες αρχές κέρδους αποδείχθηκαν. Αυτό το παράδειγμα σχεδίασης μπορεί επίσης να επεκταθεί σε άλλες εφαρμογές γέφυρας Wheatstone, καθώς είναι εξαιρετικά αξιόπιστο σε όργανα πολύ χαμηλής αντίστασης.