Cum se face un indicator de supraponderalitate: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Scopul principal al acestei aplicații este de a măsura greutatea unui obiect, apoi de a indica cu un sunet de alarmă în caz de supraponderalitate. Intrarea sistemului provine dintr-o celulă de încărcare. Intrarea este un semnal analogic care a fost amplificat de un amplificator diferențial. Semnalul analogic este convertit într-un semnal digital folosind un ADC. Valoarea rezultatului citirii ADC este apoi comparată cu o anumită valoare setată astfel încât să reprezinte limita de încărcare dorită. Dacă apare o supraponderalitate, atunci alerta se activează cu o frecvență de 1 Hz. În această notă a aplicației, vom folosi un manometru ca senzor de greutate, SLG88104 ca amplificator diferențial și SLG46140V ca ADC și condiționare a semnalului. Sistemul poate fi dovedit prin aplicarea unei sarcini care depășește limita de sarcină dorită (60 Kg). Funcționalitatea sistemului este corectă dacă în această stare alarma este activată cu o frecvență de 1 Hz. Avantajele cheie ale proiectării cu GreenPAK ™ sunt că produsul este mai mic, cost mai mic, mai simplu și ușor de dezvoltat. GreenPAK are o interfață GUI simplă în GreenPAK Designer, permițând inginerilor să implementeze rapid și ușor noi proiecte și să răspundă cerințelor de design în schimbare. Dacă vrem să o dezvoltăm în continuare, această soluție este o alegere excelentă. Folosirea GreenPAK face acest design foarte simplu, ușor și doar o mică suprafață ocupată pentru a-l implementa în majoritatea aplicațiilor. Datorită resurselor de circuit intern disponibile în cadrul GreenPAK, acest design poate fi îmbunătățit cu mai multe funcții fără a fi nevoie să adăugați prea multe IC-uri suplimentare. Pentru a verifica funcționalitatea acestui sistem, trebuie doar să implementăm circuitul proiectat cu instrumentul de simulare GreenPAK.

Descoperiți toți pașii necesari înțelegeți cum a fost programat cipul GreenPAK pentru a controla indicatorul supraponderal. Cu toate acestea, dacă doriți doar să obțineți rezultatul programării, descărcați software-ul GreenPAK pentru a vizualiza fișierul de proiectare GreenPAK deja finalizat. Conectați kitul de dezvoltare GreenPAK la computer și apăsați pe program pentru a crea un IC personalizat pentru a vă controla indicatorul de supraponderalitate. Urmați pașii descriși mai jos dacă sunteți interesat să înțelegeți cum funcționează circuitul.

Pasul 1: abordare de proiectare

O idee cheie a acestui design este de a facilita calibrarea greutății pe o cântare digitală, așa cum este ilustrat în diagrama de mai jos. Să presupunem că există patru stări pentru a descrie modul în care funcționează acest sistem. Sistemul are o secțiune tipică a senzorului de greutate (A) și apoi face o conversie a datelor analogice în digitale. Senzorii generează de obicei valori analogice de nivel foarte scăzut și pot fi procesate mai ușor după conversia în semnale digitale. Semnalul care va fi utilizat va avea date digitale lizibile. Datele obținute în formă digitală pot fi reprocesate în valoarea digitală dorită (pentru obiecte grele sau ușoare). Pentru a indica starea valorii finale, folosim un buzzer, dar poate fi schimbat cu ușurință. Pentru un indicator vocal, se poate utiliza un clipit bine cunoscut (Delay Sound Indicator (B)). În acest experiment am folosit o scară existentă cu patru senzori de celule de sarcină conectați utilizând principiul punții Wheatstone. În ceea ce privește ecranul LCD care se află deja pe cântarele digitale, acesta este lăsat doar pentru validarea valorii generate cu cântarele existente.

Pasul 2: Intrare de feedback

Feedback-ul de intrare pentru acest sistem provine din presiunea obținută de senzor pentru a furniza un semnal analogic sub forma unei tensiuni foarte mici, dar poate fi totuși prelucrată în date ale scalei de greutate. Cel mai simplu circuit al senzorului digital de scanare este realizat dintr-un rezistor simplu care își poate modifica valoarea rezistenței în funcție de greutatea / presiunea aplicată. Circuitul senzorului poate fi văzut în Figura 2.

Senzorii care sunt amplasați la fiecare colț al scalei vor oferi valori exacte pentru intrarea totală. Componentele principale ale rezistențelor senzorilor pot fi asamblate în punți care pot fi utilizate pentru măsurarea fiecărui senzor. Acest circuit este utilizat în mod obișnuit în circuitele digitale care utilizează patru surse interdependente. Utilizăm doar cei patru senzori încorporați pe o scală pentru experimentele noastre, iar sistemele preîncorporate pe această scară, cum ar fi LCD și controler, sunt păstrate numai pentru validarea designului nostru. Circuitele pe care le-am folosit pot fi văzute în Figura 3.

O punte Wheatstone este de obicei utilizată pentru calibrarea instrumentelor de măsurare. Avantajele unei punți Wheatstone sunt că poate măsura valori foarte mici în gama de milli-ohm. Din această cauză, cântarele digitale cu senzori de rezistență destul de scăzute pot fi foarte fiabile. Putem vedea formula și circuitul de punte Wheatstone în Figura 4.

Deoarece tensiunea este atât de mică, avem nevoie de un amplificator de instrumentație, astfel încât tensiunea să fie amplificată suficient pentru a fi citită de un controler. Tensiunea de feedback obținută de la amplificatorul de instrumentare de intrare este procesată într-o tensiune care poate fi citită de controler (0 până la 5 volți în acest design). Putem ajusta în mod corespunzător câștigul setând rezistența de câștig în circuitul SLG88104. Figura 5 prezintă formula pentru a determina tensiunea de ieșire a circuitului SLG88104 care a fost utilizat.

Din această formulă, este descrisă relația de câștig. Dacă valoarea rezistenței de câștig este mărită, atunci câștigul obținut va fi mai mic și invers dacă valoarea rezistenței de câștig este scăzută. Răspunsul de ieșire va fi destul de accentuat chiar dacă creșterea sau scăderea valorii este mică. Cântarele digitale pot deveni mai sensibile la intrare (cu o greutate mică, valoarea se schimbă dramatic) sau invers dacă sensibilitatea adăugată scade. Acest lucru poate fi văzut în secțiunea de rezultate.

Pasul 3: Controlează câștigul

Acesta este un design care poate controla din nou câștigul după ce treceți prin procesul de calibrare a câștigului hardware (calibrarea rezistenței câștigului). Din proiectarea secțiunii senzorului de greutate (A), când datele obținute de la amplificatorul instrumentului, datele pot fi procesate din nou, astfel încât câștigul să poată fi setat mai ușor. Avantajul este că putem evita o schimbare a rezistenței de câștig hardware.

În Figura 5, cu modulul ADC există un PGA care poate regla câștigul înainte ca valoarea analogică să fie schimbată la digitală. Furnizăm referința de intrare de la ieșirea Vout a circuitului SLG88104. Câștigul PGA va fi stabilit în așa fel în funcție de măsurătorile de care avem nevoie. Folosim câștigul x0.25 cu modul ADC cu un singur capăt. Cu x0.25 câștigul nu este atât de mare încât intrarea obținută de convertorul ADC poate măsura greutatea suficient de mare sau maxim în conformitate cu ceea ce am încercat folosind Arduino, care este de 70 Kg. După aceea, folosim Comparați datele cu contorul CNT2 ca comparator ADC, astfel încât să putem cunoaște modificarea cu indicator de sunet. Trucul este comparatorul pe care îl facem prin schimbarea calibrării valorii CNT2, astfel încât atunci când greutatea> 60 kg, atunci ieșirea DCMP0 este "1". Indicatorul de sunet se va aprinde cu o frecvență prestabilită utilizând indicatorul de sunet de întârziere a blocului, astfel încât blocul să fie logic „1” când timpul este de 0,5 s. Întârzierea pe care o putem seta datele contorului CNT0 ajustează perioada de ieșire de 500 ms.

Pasul 4: Filtru de trecere redusă

Este de preferat să filtrați semnalul de ieșire al amplificatorului diferențial. Ajută la respingerea interferențelor și reduce zgomotul în bandă largă. Filtrul low pass (LPF) implementat reduce zgomotul inutil. Acest circuit simplu de filtrare trece-jos constă dintr-un rezistor în serie cu o sarcină și un condensator în paralel cu sarcina. Unele experimente au arătat că componenta de zgomot a fost detectabilă în filtrul de trecere a benzii cu banda de trecere de 32,5 - 37,5 Hz în timpul analizei spectrului de frecvență. Frecvența de întrerupere,, fco, a LPF a fost setată la 20 Hz, utilizând formula 1.75f ??, = fpeak. De obicei, condensatorii ar trebui să fie foarte mici, de exemplu 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Obținut R = 80 Ω.

Pasul 5: Componenta de proiectare GreenPAK

Putem vedea din Figura 8 GreenPAK conține componentele de care avem nevoie modulul ADC și Contor pentru timpul de așteptare.

În secțiunea Modul ADC, câștigul PGA poate scădea sau crește câștigul după cum este necesar. Câștigul PGA are aceeași funcție ca și rezistorul de câștig din circuitul SLG88104.

Datele de ieșire obținute de ADC, aranjate în așa fel prin date de calibrare a contorului prin adăugarea sau reducerea valorii datelor de contor. Îl putem seta în funcție de hardware-ul pe care l-am creat și de greutatea adecvată pentru a fi redată. Pentru această demonstrație obținem și setăm valoarea contorului de 250 pentru 60 kg.

Contorul pentru timpul de așteptare este CNT0. Datele contorului de pe CNT0 vor determina cât timp va fi activat indicatorul sonor. Putem seta această valoare după cum avem nevoie. Pentru această demonstrație folosim contorul de date 3125 timp de 0,5 s.

Folosim LUT0 pentru a compara cu porțile AND standard, astfel încât, dacă timpul exact de 0,5 s și greutatea depășește 60 kg, atunci indicatorul de sunet va suna.

Pasul 6: Rezultat

Pentru această simulare am făcut două teste. În primul rând, încercăm să cunoaștem efectul câștigului rezistorului la intrarea obținută ulterior pentru a fi procesată și să obținem valoarea de calibrare a rezistorului de câștig care se potrivește cel mai bine cu scala digitală realizată. Al doilea este să faceți designul folosind SLG46140 pentru a putea perfecționa câștigul pe care doriți să îl obțineți. După test, am căutat cel mai înalt punct de rezistență pentru scale digitale pentru a maximiza capacitatea circuitului amplificatorului creat și capacitățile scalei digitale dezvoltate. Cu acest design obținem cea mai mare valoare a rezistenței de câștig de ± 6,8 Ohm și greutatea maximă măsurată este de ± 60 Kg. Este destul de complicat să reglați valoarea rezistorului de câștig, deoarece designul afectează de asemenea rezistența de câștig necesară. Pentru cântarul digital utilizat în acest exemplu, a fost dificil să depășești 6,8 Ohm în încercarea de a obține o greutate mai mare.

În plus, de la al doilea test (folosind SLG46140 și caracteristicile sale), greutatea maximă pe care doriți să o măsurați poate fi setată utilizând modulul PGA care setează câștigul. Testăm cu o setare a câștigului x 0,25 și indicatorul sonor este declanșat cu greutate> 60 kg. Pe baza rezultatelor de mai sus, funcțional, calibrarea digitală a scalei merge bine. Acest lucru este foarte util în setarea amplificatorului în comparație cu modificările manuale ale hardware-ului. De asemenea, comparăm dimensiunile în mod favorabil cu un controler care poate regla calibrarea câștigului amplificatorului și are și caracteristică ADC. Avantajele de design prezentate aici includ dimensiuni fizice mai mici, simplitate, consum de energie, preț și ușor de personalizat.

Concluzie

Acest indicator de supraponderalitate care utilizează SLG46140 este o soluție ideală pentru un indicator de greutate presetat. Designul Dialog Semiconductor GreenPAK de mai sus este completat prin utilizarea SLG88104. Costul comparativ mai scăzut, suprafața mică, puterea redusă, împreună cu ușurința de programare GreenPAK îl fac să iasă în evidență în comparație cu un design de microcontroler. Au fost demonstrate puntea Wheatstone, amplificatorul diferențial și principiile de câștig reglabile. Acest exemplu de proiectare poate fi extins și la alte aplicații de punte Wheatstone, deoarece este extrem de fiabil pe instrumentele cu rezistență foarte mică.