Hur man gör en övervikt indikator: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Huvudmålet med denna applikation är att mäta vikten av ett objekt och sedan indikera med ett larmljud vid övervikt. Inmatning av systemet kommer från en lastcell. Ingång är en analog signal som har förstärkts av en differentialförstärkare. Den analoga signalen omvandlas till en digital signal med hjälp av en ADC. Värdet på ADC -läsresultatet jämförs sedan med ett visst värde som är inställt så att det representerar den önskade belastningsgränsen. Om en övervikt uppstår aktiveras varningen med en frekvens på 1 Hz. I denna appnotering kommer vi att använda en töjningsmätare som viktgivare, SLG88104 som differentialförstärkare och SLG46140V som ADC och signalkonditionering. Systemet kan bevisas genom att applicera en belastning som överskrider önskad lastgräns (60 kg). Systemfunktionen är korrekt om larmet vid detta tillstånd är på med en frekvens på 1 Hz. De viktigaste fördelarna med att designa med GreenPAK ™ är att produkten är mindre, lägre kostnad, enklare och lätt att utveckla. GreenPAK har ett enkelt GUI -gränssnitt i GreenPAK Designer, så att ingenjörer snabbt och enkelt kan implementera nya konstruktioner och svara på förändrade designkrav. Om vi vill utveckla den ytterligare är denna lösning ett utmärkt val. Att använda GreenPAK gör denna design mycket enkel, lätt och endast ett litet område upptaget för att implementera den på de flesta applikationer. På grund av de interna kretsresurser som finns tillgängliga inom GreenPAK kan denna design förbättras med fler funktioner utan att behöva lägga till för många ytterligare IC: er. För att verifiera systemets funktionalitet behöver vi bara implementera kretsen som är utformad med GreenPAK -simuleringsverktyget.

Upptäck alla steg som behövs för att förstå hur GreenPAK -chipet har programmerats för att styra överviktindikatorn. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa en anpassad IC för att styra din överviktiga indikator. Följ stegen som beskrivs nedan om du är intresserad av att förstå hur kretsen fungerar.

Steg 1: Designmetod

En viktig idé med denna design är att underlätta kalibreringen av vikt på en digital skala, som illustreras i diagrammet nedan. Antag att det finns fyra tillstånd för att beskriva hur detta system fungerar. Systemet har en typisk viktgivarsektion (A), och gör sedan en konvertering av analog till digital data. Sensorer genererar vanligtvis mycket låga analoga värden och kan bearbetas lättare efter omvandling till digitala signaler. Signalen som ska användas kommer att ha läsbar digital data. Data som erhålls i digital form kan omarbetas till önskat digitalt värde (för tunga eller lätta föremål). För att ange tillståndet för det slutliga värdet använder vi en summer, men det kan enkelt ändras. För en röstindikator kan man använda en välkänd blinkning (Delay Sound Indicator (B)). I detta experiment använde vi en befintlig skala med fyra lastcellsensorer anslutna med Wheatstone bridge -principen. När det gäller LCD -skärmen som redan finns på digitala vågor lämnas den endast för validering av värdet som genereras med befintliga vågar.

Steg 2: Feedbackinmatning

Ingångsåterkoppling för detta system kommer från det tryck som sensorn erhåller för att tillhandahålla en analog signal i form av en mycket låg spänning men kan fortfarande bearbetas till viktskala data. Den enklaste kretsen för den digitala skanningssensorn är gjord av ett enkelt motstånd som kan ändra dess motståndsvärde enligt den vikt / tryck som appliceras. Sensorkretsen kan ses i figur 2.

Sensorerna som är placerade vid varje hörn av skalan ger exakta värden för den totala ingången. Sensorns motstånds huvudkomponenter kan monteras till broar som kan användas för att mäta varje sensor. Denna krets används vanligtvis i digitala kretsar som använder fyra källor som är beroende av varandra. Vi använder bara de fyra sensorerna inbäddade på en skala för våra experiment, och förinbäddade system på denna skala, såsom LCD och styrenhet, hålls endast för att validera vår design. Kretsarna vi använde syns i figur 3.

En Wheatstone -bro används vanligtvis för kalibrering av mätinstrument. Fördelarna med aWheatstone bridge är att den kan mäta mycket låga värden i milli-ohm-intervallet. På grund av detta kan digitala vågar med ganska lågmotståndssensorer vara mycket tillförlitliga. Vi kan se formel och Wheatstone bridge -krets i figur 4.

Eftersom spänningen är så liten behöver vi en instrumentförstärkare så att spänningen förstärks tillräckligt för att läsas av en styrenhet. Återkopplingsspänningen som erhålls från ingångsinstrumentförstärkaren bearbetas till en spänning som kan läsas av styrenheten (0 till 5 volt i denna konstruktion). Vi kan på rätt sätt justera förstärkningen genom att ställa in förstärkningsmotståndet i SLG88104 -kretsen. Figur 5 visar formeln för att bestämma utspänningen för SLG88104 -kretsen som användes.

Från denna formel beskrivs vinstförhållandet. Om värdet på förstärkningsmotståndet ökas, kommer den erhållna förstärkningen att vara lägre, och vice versa om förstärkningsmotståndets värde minskas. Utgångssvaret kommer att vara ganska accentuerat även om värdestegringen eller minskningen är liten. Digitala skalor kan bli mer känsliga för ingången (med bara en liten vikt ändras värdet dramatiskt), eller vice versa om den ökade känsligheten minskar. Detta kan ses i resultatavsnittet.

Steg 3: Kontrollförstärkning

Detta är en design som kan styra förstärkningen igen efter att ha gått igenom hårdvaruförstärkningskalibreringsprocessen (förstärkningsmotståndskalibrering). Från viktsensorsektionens (A) design, när data som erhållits från instrumentförstärkaren, kan data bearbetas igen så att förstärkningen lättare kan ställas in. Fördelen är att vi kan undvika att hårdvaruförstärkningsmotståndet ändras.

I figur 5, med ADC -modulen, finns det en PGA som kan justera förstärkningen innan det analoga värdet ändras till digitalt. Vi tillhandahåller ingångsreferensen från Vout -utgången från SLG88104 -kretsen. PGA -förstärkningen kommer att ställas in på ett sådant sätt enligt de mätningar vi behöver. Vi använder x0,25 förstärkning med ADC-läge med ena änden. Med x0,25 är förstärkningen inte så stor att ingången från ADC -omvandlaren kan mäta vikten på tillräckligt stor eller maximalt enligt vad vi har försökt med Arduino som är 70 kg. Därefter använder vi Jämför data med CNT2 -räknare som ADC -komparator, så att vi kan känna förändringen med ljudindikator. Tricket är den komparator vi gör med hjälp av kalibreringsändring av CNT2 -värdet så att när vikten> 60 kg är Output för DCMP0 "1". Ljudindikatorn tänds med en förutbestämd frekvens med hjälp av blockindikatorljudindikator så att blocket blir logiskt "1" när tiden är 0,5 s. Den fördröjning vi kan ställa in CNT0 -räknardata justerar utgångsperioden på 500 ms.

Steg 4: Lågpassfilter

Det är att föredra att filtrera differentialförstärkarens utsignal. Det hjälper till att avvisa störningar och minskar bredbandsbrus. Lågpassfiltret (LPF) som implementeras minskar onödigt buller. Denna enkla lågpassfilterkrets består av ett motstånd i serie med en belastning och en kondensator parallellt med belastningen. Vissa experiment visade att bruskomponenten var detekterbar i bandpassfiltret med 32,5-37,5 Hz passband under frekvensspektrumanalys. Avstängningsfrekvensen,, fco, för LPF sattes till 20 Hz, med hjälp av formeln 1.75f ??, = fpeak. Vanligtvis bör kondensatorerna vara mycket små, till exempel 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Erhållet R = 80 Ω.

Steg 5: GreenPAK Design Component

Vi kan se från figur 8 GreenPAK innehåller komponenterna vi behöver ADC -modulen och räknare för väntetid.

I avsnittet ADC -modul kan PGA -förstärkning minska eller öka förstärkningen efter behov. PGA -förstärkningen har samma funktion som förstärkningsmotståndet i SLG88104 -kretsen.

Utdata som erhålls av ADC, arrangeras på ett sådant sätt genom räknarkalibreringsdata genom att lägga till eller minska värdet på räknedata. Vi kan ställa in det enligt den hårdvara vi har skapat och lämplig vikt för att matas ut. För denna demo får vi och ställer in mätdatavärdet på 250 för 60 kg.

Räknaren för väntetid är CNT0. Motdata på CNT0 avgör hur länge ljudindikatorn kommer att vara på. Vi kan ställa in detta värde som vi behöver. För denna demo använder vi dataräknaren 3125 i 0,5 s.

Vi använder LUT0 för att jämföra med standard OCH -grindar så att om den exakta tiden på 0,5 s och väger överstiger 60 kg, kommer ljudindikatorn att låta.

Steg 6: Resultat

För denna simulering gjorde vi två tester. Först försöker vi veta effekten av Resistor Gain på den ingång som erhålls senare för att bearbetas och få kalibreringsvärdet för förstärkningsmotståndet som bäst matchar den digitala skalan. Det andra är att göra designen med SLG46140 för att kunna perfekta den vinst du vill få. Efter testet letade vi efter den högsta motståndsvärdet för digitala vågar för att maximera kapaciteten hos den skapade förstärkarkretsen och möjligheterna hos de utvecklade digitala skalorna. Med denna design får vi det högsta förstärkningsmotståndet på ± 6,8 Ohm och den maximala vikten som mäts är ± 60 kg. Det är ganska komplicerat att justera värdet på förstärkningsmotståndet eftersom konstruktionen också påverkar det erforderliga förstärkningsmotståndet kraftigt. För den digitala vågen som används i detta exempel har det varit svårt att överstiga 6,8 Ohm i ett försök att uppnå högre vikt.

Från det andra testet (med SLG46140 och dess funktioner) kan den maximala vikt du vill mäta ställas in med PGA -modulen som ställer in förstärkningen. Vi testar med en förstärkning x 0,25 och ljudindikatorn utlöses med vikt> 60 kg. Baserat på ovanstående resultat går funktionell digital kalibrering bra. Detta är till stor hjälp för att ställa in förstärkaren jämfört med manuella hårdvaruändringar. Vi jämför också positivt i storlek mot en styrenhet som kan justera förstärkarens förstärkningskalibrering och har ADC -funktion också. Designfördelarna som presenteras här inkluderar mindre fysisk storlek, enkelhet, strömförbrukning, pris och lätt anpassningsbar.

Slutsats

Denna överviktiga indikator med SLG46140 är en idealisk lösning för en förinställd viktindikator. TheDialog Semiconductor GreenPAK -designen ovan kompletteras med SLG88104. Den lägre jämförande kostnaden, det lilla området, den låga effekten, tillsammans med den enkla programmeringen av GreenPAK gör att det sticker ut jämfört med en mikrokontroller -design. Wheatstone -bron, differentialförstärkare och justerbara förstärkningsprinciper demonstrerades. Detta designexempel kan också utökas till andra Wheatstone bridge -applikationer, eftersom det är mycket tillförlitligt på instrument med mycket låg resistans.