Kā izveidot liekā svara indikatoru: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šīs lietojumprogrammas galvenais mērķis ir izmērīt objekta svaru un pēc tam ar trauksmes signālu norādīt liekā svara gadījumā. Sistēmas ievadi nodrošina slodzes sensors. Ieeja ir analogs signāls, ko pastiprinājis diferenciālais pastiprinātājs. Analogais signāls tiek pārveidots par ciparu signālu, izmantojot ADC. Pēc tam ADC nolasījuma rezultāta vērtība tiek salīdzināta ar noteiktu vērtību, kas ir iestatīta tā, lai tā atspoguļotu vēlamo slodzes ierobežojumu. Ja rodas liekais svars, brīdinājums ieslēdzas ar 1 Hz frekvenci. Šajā lietotnes piezīmē mēs izmantosim deformācijas mērītāju kā svara sensoru, SLG88104 kā diferenciālo pastiprinātāju un SLG46140V kā ADC un signāla kondicionēšanu. Sistēmu var pierādīt, pieliekot slodzi, kas pārsniedz vēlamo slodzes robežu (60 kg). Sistēmas funkcionalitāte ir pareiza, ja šādā stāvoklī trauksme ir ieslēgta ar 1 Hz frekvenci. Projektēšanas ar GreenPAK ™ galvenās priekšrocības ir tas, ka produkts ir mazāks, zemākas izmaksas, vienkāršāks un viegli izstrādājams. GreenPAK ir vienkāršs GUI interfeiss GreenPAK Designer, kas ļauj inženieriem ātri un viegli ieviest jaunus dizainus un reaģēt uz mainīgajām dizaina prasībām. Ja mēs vēlamies to attīstīt tālāk, šis risinājums ir lieliska izvēle. Izmantojot GreenPAK, šis dizains ir ļoti vienkāršs, viegls un aizņem tikai nelielu platību, lai to ieviestu lielākajā daļā lietojumprogrammu. Tā kā GreenPAK ir pieejami iekšējās shēmas resursi, šo dizainu var uzlabot ar vairākām funkcijām, nepievienojot pārāk daudz papildu IC. Lai pārbaudītu šīs sistēmas funkcionalitāti, mums vienkārši jāievieš ķēde, kas izstrādāta ar GreenPAK simulācijas rīku.

Atklājiet visas nepieciešamās darbības, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai kontrolētu liekā svara indikatoru. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu pielāgotu IC, lai kontrolētu savu liekā svara indikatoru. Izpildiet tālāk aprakstītās darbības, ja vēlaties uzzināt, kā darbojas ķēde.

1. darbība: dizaina pieeja

Šī dizaina galvenā ideja ir atvieglot svara kalibrēšanu digitālā mērogā, kā parādīts zemāk redzamajā diagrammā. Pieņemsim, ka ir četri stāvokļi, lai aprakstītu šīs sistēmas darbību. Sistēmai ir tipiska svara sensora sadaļa (A), un pēc tam tā pārveido analogo uz ciparu datiem. Sensori parasti ģenerē ļoti zema līmeņa analogās vērtības, un tos var vieglāk apstrādāt pēc pārveidošanas ciparu signālos. Izmantojamam signālam būs nolasāmi digitālie dati. Digitālā veidā iegūtos datus var pārstrādāt vēlamajā digitālajā vērtībā (smagiem vai viegliem priekšmetiem). Lai norādītu galīgās vērtības stāvokli, mēs izmantojam skaņas signālu, taču to var viegli mainīt. Balss indikatoram var izmantot labi zināmu mirgošanu (aiztures skaņas indikators (B)). Šajā eksperimentā mēs izmantojām esošu skalu ar četriem slodzes šūnu sensoriem, kas savienoti, izmantojot Wheatstone tilta principu. Kas attiecas uz LCD jau digitālajos svaros, tas tiek atstāts tikai ar esošajām skalām ģenerētās vērtības apstiprināšanai.

2. darbība. Atsauksmju ievade

Šīs sistēmas ievades atgriezeniskā saite rodas no spiediena, ko sensors iegūst, lai nodrošinātu analogo signālu ļoti zema sprieguma veidā, bet to joprojām var apstrādāt svara svaru datos. Vienkāršākā digitālā skenēšanas sensora shēma ir izgatavota no vienkārša rezistora, kas var mainīt pretestības vērtību atbilstoši pielietotajam svaram / spiedienam. Sensora ķēdi var redzēt 2. attēlā.

Sensori, kas atrodas katrā skalas stūrī, nodrošinās precīzas kopējās ievades vērtības. Sensora rezistoru galvenās sastāvdaļas var salikt tiltos, kurus var izmantot katra sensora mērīšanai. Šo shēmu parasti izmanto digitālajās shēmās, kurās tiek izmantoti četri savstarpēji atkarīgi avoti. Saviem eksperimentiem mēs izmantojam tikai četrus skalā iestrādātus sensorus, un šajā mērogā iebūvētās sistēmas, piemēram, LCD un kontrolieris, tiek saglabātas tikai mūsu dizaina apstiprināšanai. Mūsu izmantotās shēmas var redzēt 3. attēlā.

Mērinstrumentu kalibrēšanai parasti izmanto Wheatstone tiltu. Kviešu akmens tilta priekšrocības ir tādas, ka tas var izmērīt ļoti zemas vērtības mili omu diapazonā. Šī iemesla dēļ digitālie svari ar diezgan zemas pretestības sensoriem var būt ļoti uzticami. Mēs varam redzēt formulu un Wheatstone tilta ķēdi 4. attēlā.

Tā kā spriegums ir tik mazs, mums ir nepieciešams instrumentu pastiprinātājs, lai spriegums tiktu pietiekami pastiprināts, lai to varētu nolasīt kontrolieris. Atgriezeniskais spriegums, kas iegūts no ieejas instrumentu pastiprinātāja, tiek apstrādāts spriegumā, ko kontrolieris var nolasīt (šajā dizainā no 0 līdz 5 voltiem). Mēs varam atbilstoši pielāgot pastiprinājumu, iestatot pastiprinājuma rezistoru SLG88104 ķēdē. 5. attēlā parādīta formula, lai noteiktu izmantotās SLG88104 ķēdes izejas spriegumu.

No šīs formulas ir aprakstītas peļņas attiecības. Ja pastiprinājuma rezistora vērtība tiek palielināta, iegūtais pastiprinājums būs mazāks un otrādi, ja pastiprinājuma rezistora vērtība tiks samazināta. Izvades reakcija būs diezgan akcentēta, pat ja vērtības pieaugums vai samazinājums ir neliels. Digitālie svari var kļūt jutīgāki pret ievadi (tikai ar nelielu svaru vērtība ir dramatiski mainījusies) vai otrādi, ja papildu jutība samazinās. To var redzēt rezultātu sadaļā.

3. solis: kontroles pastiprinājums

Tas ir dizains, kas var atkal kontrolēt pastiprinājumu pēc aparatūras pastiprinājuma kalibrēšanas procesa (pastiprinājuma rezistora kalibrēšanas). No svara sensora sadaļas (A) konstrukcijas, kad dati, kas iegūti no instrumenta pastiprinātāja, datus var atkal apstrādāt, lai palielinājumu varētu vieglāk iestatīt. Priekšrocība ir tā, ka mēs varam izvairīties no aparatūras pastiprinājuma rezistora maiņas.

5. attēlā ar ADC moduli ir PGA, kas var pielāgot pastiprinājumu, pirms analogā vērtība tiek mainīta uz ciparu. Mēs nodrošinām ievades atsauci no SLG88104 ķēdes Vout izejas. PGA pastiprinājums tiks iestatīts šādā veidā atbilstoši mums nepieciešamajiem mērījumiem. Mēs izmantojam x0.25 pastiprinājumu ar vienpusēju ADC režīmu. Izmantojot x0.25, pieaugums nav tik liels, lai ADC pārveidotāja iegūtā ieeja varētu izmērīt pietiekami lielu vai maksimālu svaru atbilstoši tam, ko esam izmēģinājuši, izmantojot Arduino, kas ir 70 kg. Pēc tam mēs izmantojam Salīdzināt datus ar CNT2 skaitītāju kā ADC salīdzinātāju, lai mēs varētu zināt izmaiņas ar skaņas indikatoru. Triks ir salīdzinājums, ko mēs veicam, mainot CNT2 vērtību tā, ka, ja svars> 60 kg, tad DCMP0 izeja ir "1". Skaņas indikators iedegsies ar iepriekš noteiktu frekvenci, izmantojot bloka aizkaves skaņas indikatoru, tāpēc, kad laiks ir 0,5 s, bloks būs loģisks "1". Kavēšanās mēs varam iestatīt CNT0 skaitītāja datus, lai pielāgotu izvades periodu 500 ms.

4. solis: zemas caurlaides filtrs

Vēlams filtrēt diferenciālā pastiprinātāja izejas signālu. Tas palīdz novērst traucējumus un samazina platjoslas troksni. Ieviestais zemas caurlaidības filtrs (LPF) samazina nevajadzīgu troksni. Šī vienkāršā zemas caurlaidības filtra ķēde sastāv no rezistora virknē ar slodzi un kondensatora paralēli slodzei. Daži eksperimenti parādīja, ka frekvenču spektra analīzes laikā trokšņa komponents bija nosakāms joslas caurlaidības filtrā ar 32,5–37,5 Hz caurlaides joslu. LPF robežfrekvence, fco, tika iestatīta uz 20 Hz, izmantojot formulu 1.75f ??, = fpeak. Parasti kondensatoriem jābūt ļoti maziem, piemēram, 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Iegūtais R = 80 Ω.

5. darbība: GreenPAK dizaina sastāvdaļa

Mēs varam redzēt no 8. attēla. GreenPAK satur komponentus, kas nepieciešami ADC modulim, un skaitītāju gaidīšanas laikam.

Sadaļā ADC modulis PGA pastiprinājums pēc vajadzības var samazināt vai palielināt pastiprinājumu. PGA pastiprinājumam ir tāda pati funkcija kā pastiprinājuma rezistoram SLG88104 ķēdē.

ADC iegūtie izvaddati, kas šādā veidā sakārtoti ar skaitītāja kalibrēšanas datiem, pievienojot vai samazinot skaitītāja datu vērtību. Mēs varam to iestatīt atbilstoši mūsu izveidotajai aparatūrai un atbilstošajam izvades svaram. Šai demonstrācijai mēs iegūstam un iestatām skaitītāja datu vērtību 250 uz 60 kg.

Gaidīšanas laika skaitītājs ir CNT0. CNT0 skaitītāju dati noteiks, cik ilgi skaņas indikators būs ieslēgts. Mēs varam iestatīt šo vērtību pēc nepieciešamības. Šai demonstrācijai mēs izmantojam datu skaitītāju 3125 0,5 s.

Mēs izmantojam LUT0, lai salīdzinātu ar standarta AND vārtiem, lai, ja precīzs laiks 0,5 s un svars pārsniegtu 60 kg, skanētu skaņas indikators.

6. darbība: rezultāts

Šai simulācijai mēs veicām divus testus. Pirmkārt, mēs cenšamies uzzināt rezistoru pastiprinājuma ietekmi uz ievadi, kas iegūta vēlāk, lai to apstrādātu, un iegūt pastiprinājuma rezistora kalibrēšanas vērtību, kas vislabāk atbilst izveidotajai digitālajai skalai. Otrais ir izveidot dizainu, izmantojot SLG46140, lai varētu pilnveidot vēlamo ieguvumu. Pēc testa mēs meklējām augstāko rezistora vērtības punktu digitālajiem svariem, lai maksimāli palielinātu izveidotās pastiprinātāja ķēdes iespējas un izstrādāto digitālo skalu iespējas. Ar šo dizainu mēs iegūstam vislielāko pastiprinājuma rezistora vērtību ± 6,8 omi, un maksimālais izmērītais svars ir ± 60 kg. Pastiprinājuma rezistora vērtības pielāgošana ir diezgan sarežģīta, jo dizains arī lielā mērā ietekmē nepieciešamo pastiprinājuma rezistoru. Šajā piemērā izmantotajai digitālajai skalai ir bijis grūti pārsniegt 6,8 omus, mēģinot sasniegt lielāku svaru.

Turklāt no otrā testa (izmantojot SLG46140 un tā funkcijas) maksimālo svaru, ko vēlaties izmērīt, var iestatīt, izmantojot PGA moduli, kas nosaka pastiprinājumu. Mēs pārbaudām ar pastiprinājuma iestatījumu x 0,25, un skaņas indikators tiek iedarbināts ar svaru> 60 kg. Pamatojoties uz iepriekš minētajiem rezultātiem, funkcionāli digitālās skalas kalibrēšana norit labi. Tas ir ļoti noderīgi, lai iestatītu pastiprinātāju, salīdzinot ar manuālām aparatūras izmaiņām. Mēs arī salīdzinām izmērus ar kontrolieri, kas var pielāgot pastiprinātāja pastiprinājuma kalibrēšanu, un tam ir arī ADC funkcija. Šeit piedāvātās dizaina priekšrocības ietver mazāku fizisko izmēru, vienkāršību, enerģijas patēriņu, cenu un viegli pielāgojamu.

Secinājums

Šis liekā svara indikators, izmantojot SLG46140, ir ideāls risinājums iepriekš iestatītam svara indikatoram. Iepriekš minētais Dialog Semiconductor GreenPAK dizains ir pabeigts, izmantojot SLG88104. Zemākas salīdzinošās izmaksas, neliela platība, maza jauda, kā arī GreenPAK programmēšanas vieglums padara to izcilu salīdzinājumā ar mikrokontrollera dizainu. Tika demonstrēts Wheatstone tilts, diferenciālais pastiprinātājs un regulējams pastiprinājuma princips. Šo dizaina piemēru var attiecināt arī uz citiem Wheatstone tilta lietojumiem, jo tas ir ļoti uzticams ļoti zemas pretestības instrumentos.