Sådan laver du en overvægtig indikator: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hovedmålet med denne applikation er at måle vægten af et objekt og derefter angive med en alarmlyd i tilfælde af overvægt. Systemets input kommer fra en vejecelle. Input er et analogt signal, der er blevet forstærket af en differentialforstærker. Det analoge signal konverteres til et digitalt signal ved hjælp af en ADC. Værdien af ADC -læseresultatet sammenlignes derefter med en bestemt værdi, der er indstillet, så den repræsenterer den ønskede belastningsgrænse. Hvis der opstår en overvægt, tændes advarslen med en frekvens på 1 Hz. I denne app -note vil vi bruge en belastningsmåler som vægtsensor, SLG88104 som differentialforstærker og SLG46140V som ADC og signalkonditionering. Systemet kan bevises ved at anvende en belastning, der overstiger den ønskede belastningsgrænse (60 kg). Systemets funktionalitet er korrekt, hvis alarmen i denne tilstand er tændt med en frekvens på 1 Hz. De vigtigste fordele ved at designe med GreenPAK ™ er, at produktet er mindre, lavere omkostninger, enklere og let at udvikle. GreenPAK har en simpel GUI -grænseflade i GreenPAK Designer, der giver ingeniører mulighed for hurtigt og nemt at implementere nye designs og reagere på ændrede designkrav. Hvis vi vil udvikle den yderligere, er denne løsning et glimrende valg. Brug af GreenPAK gør dette design meget enkelt, let og kun et lille område optaget for at implementere det på de fleste applikationer. På grund af de interne kredsløbsressourcer, der er tilgængelige i GreenPAK, kan dette design forbedres med flere funktioner uden at skulle tilføje for mange ekstra IC'er. For at kontrollere funktionaliteten af dette system skal vi bare implementere kredsløbet designet med GreenPAK -simuleringsværktøjet.

Oplev alle de nødvendige trin, forstå hvordan GreenPAK -chippen er programmeret til at styre overvægtindikatoren. Men hvis du bare vil få resultatet af programmeringen, skal du downloade GreenPAK -software for at se den allerede gennemførte GreenPAK -designfil. Tilslut GreenPAK Development Kit til din computer, og tryk på programmet for at oprette den brugerdefinerede IC til at styre din overvægtindikator. Følg trinene beskrevet nedenfor, hvis du er interesseret i at forstå, hvordan kredsløbet fungerer.

Trin 1: Design tilgang

En central idé med dette design er at lette kalibreringen af vægten på en digital skala, som illustreret i diagrammet herunder. Antag, at der er fire tilstande, der beskriver, hvordan dette system fungerer. Systemet har en typisk vægtsensorsektion (A) og konverterer derefter analoge til digitale data. Sensorer genererer typisk analoge værdier på meget lavt niveau og kan lettere behandles efter konvertering til digitale signaler. Det signal, der skal bruges, vil have læsbare digitale data. Dataene i digital form kan omarbejdes til den ønskede digitale værdi (for tunge eller lette genstande). For at angive tilstanden for den endelige værdi bruger vi en summer, men den kan let ændres. For en stemmeindikator kan man bruge et velkendt blink (forsinkelseslydindikator (B)). I dette eksperiment brugte vi en eksisterende skala med fire vejecelle sensorer forbundet med Wheatstone bridge princippet. Hvad angår LCD'et, der allerede er på digitale skalaer, er det kun tilbage til validering af den værdi, der genereres med eksisterende skalaer.

Trin 2: Feedbackinput

Inputfeedback for dette system kommer fra det tryk, sensoren opnår for at tilvejebringe et analogt signal i form af en meget lav spænding, men kan stadig behandles til vægtskala -data. Det enkleste kredsløb i den digitale scanningssensor er lavet af en simpel modstand, der kan ændre dens modstandsværdi i henhold til den anvendte vægt / tryk. Sensorkredsløbet kan ses i figur 2.

De sensorer, der er placeret i hvert hjørne af skalaen, giver nøjagtige værdier for det samlede input. Hovedkomponenterne i sensormodstandene kan samles til broer, der kan bruges til at måle hver sensor. Dette kredsløb bruges almindeligvis i digitale kredsløb, der bruger fire kilder, der er indbyrdes afhængige. Vi bruger kun de fire sensorer, der er indlejret i en skala til vores eksperimenter, og præindlejrede systemer på denne skala, såsom LCD og controlleren, opbevares kun til validering af vores design. De kredsløb, vi brugte, kan ses i figur 3.

En Wheatstone -bro bruges typisk til kalibrering af måleinstrumenter. Fordelene ved en Wheatstone-bro er, at den kan måle meget lave værdier i milli-ohm-området. På grund af dette kan digitale vægte med temmelig lave modstandssensorer være meget pålidelige. Vi kan se formel og Wheatstone -brokredsløb i figur 4.

Fordi spændingen er så lille, har vi brug for en instrumenteringsforstærker, så spændingen forstærkes nok til at aflæses af en controller. Feedback -spændingen opnået fra input -instrumenteringsforstærkeren behandles til en spænding, der kan aflæses af controlleren (0 til 5 volt i dette design). Vi kan passende justere forstærkningen ved at indstille forstærkningsmodstanden i SLG88104 kredsløbet. Figur 5 viser formlen til bestemmelse af udgangsspændingen for SLG88104 -kredsløbet, der blev brugt.

Fra denne formel beskrives gevinstforholdet. Hvis værdien af forstærkningsmodstanden øges, vil den opnåede forstærkning være lavere og omvendt, hvis forstærkningsmodstandens værdi reduceres. Outputresponsen vil blive ret accentueret, selvom værdistigning eller fald er lille. Digitale skalaer kan blive mere følsomme over for input (med kun en lille vægt ændres værdien dramatisk) eller omvendt, hvis den tilføjede følsomhed falder. Dette kan ses i resultatafsnittet.

Trin 3: Kontrolgevinst

Dette er et design, der kan styre forstærkningen igen efter at have været igennem hardwareforstærkningskalibreringsprocessen (forstærkningsmodstandskalibrering). Fra vægtsensorsektionen (A) -designet, når dataene hentet fra instrumentforstærkeren, kan dataene behandles igen, så forstærkningen lettere kan indstilles. Fordelen er, at vi kan undgå en ændring i hardware gain -modstand.

I figur 5 er der med ADC -modulet en PGA, der kan justere forstærkningen, før den analoge værdi ændres til digital. Vi leverer inputreferencen fra Vout -udgangen fra SLG88104 -kredsløbet. PGA -forstærkningen indstilles på en sådan måde i henhold til de målinger, vi har brug for. Vi bruger x0,25 gain med single-ended ADC-tilstand. Med x0,25 er forstærkningen ikke så stor, at input opnået af ADC -konverteren kan måle vægten af stor nok eller maksimalt i henhold til, hvad vi har prøvet at bruge Arduino, som er 70 kg. Derefter bruger vi Sammenlign data med CNT2 -tæller som ADC -komparator, så vi kan kende ændringen med lydindikator. Tricket er den komparator, vi foretager ved hjælp af kalibreringsændring af CNT2 -værdien, så når vægten> 60 kg, så er Output for DCMP0 "1". Lydindikatoren lyser med en forudbestemt frekvens ved hjælp af blokforsinkelseslydindikator, så blokken vil være logisk "1", når tiden er 0,5 s. Den forsinkelse, vi kan indstille CNT0 -tællerdata, justerer outputperioden på 500 ms.

Trin 4: Lavpasfilter

Det foretrækkes at filtrere differentialforstærkerens udgangssignal. Det hjælper med at afvise interferens og reducerer bredbåndsstøj. Lavpassfilteret (LPF) implementeret reducerer unødvendig støj. Dette enkle lavpasfilterkredsløb består af en modstand i serie med en belastning og en kondensator parallelt med belastningen. Nogle eksperimenter viste, at støjkomponenten var påviselig i båndpasfilteret med 32,5-37,5 Hz passbånd under frekvensspektrumanalyse. Afbrydelsesfrekvensen,, fco, for LPF blev indstillet til 20 Hz ved hjælp af formlen 1.75f ??, = fpeak. Normalt skal kondensatorerne være meget små, for eksempel 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Opnået R = 80 Ω.

Trin 5: GreenPAK Design Component

Vi kan se fra figur 8 GreenPAK indeholder de komponenter, vi har brug for ADC -modulet, og tæller til ventetid.

I sektionen ADC -modul kan PGA -forstærkning reducere eller øge forstærkningen efter behov. PGA -forstærkningen har samme funktion som forstærkningsmodstanden i SLG88104 -kredsløbet.

Outputdataene opnået af ADC, arrangeret på en sådan måde ved tællerkalibreringsdata ved at tilføje eller reducere tællerdataværdien. Vi kan indstille det i henhold til den hardware, vi har skabt, og den passende vægt, der skal output. Til denne demo får vi og indstiller tællerdataværdien på 250 for 60 kg.

Tælleren for ventetid er CNT0. Tællerdata på CNT0 bestemmer, hvor længe lydindikatoren vil være tændt. Vi kan indstille denne værdi, som vi har brug for. Til denne demo bruger vi datatælleren 3125 i 0,5 sek.

Vi bruger LUT0 til at sammenligne med standard OG -porte, så hvis den nøjagtige tid på 0,5 s og vejen overstiger 60 kg, vil lydindikatoren lyde.

Trin 6: Resultat

Til denne simulering lavede vi to tests. Først forsøger vi at kende virkningen af Resistor Gain til det input, der senere opnås for at blive behandlet, og få kalibreringsværdien af forstærkningsmodstanden, der bedst matcher den digitale skala. Den anden er at lave designet ved hjælp af SLG46140 for at kunne perfektionere den gevinst, du ønsker at få. Efter testen søgte vi efter det højeste punkt af modstandsværdi for digitale skalaer for at maksimere kapaciteten i det oprettede forstærkerkredsløb og de udviklede digitale skalaers muligheder. Med dette design får vi den højeste forstærkningsmodstandsværdi på ± 6,8 Ohm, og den maksimale vægt, der måles, er ± 60 kg. Det er ret kompliceret at justere værdien af forstærkningsmodstanden, fordi designet også i høj grad påvirker den nødvendige forstærkningsmodstand. For den digitale vægt, der blev brugt i dette eksempel, har det været svært at overstige 6,8 Ohm i et forsøg på at opnå en højere vægt.

Fra den anden test (ved hjælp af SLG46140 og dens funktioner) kan den maksimale vægt, du vil måle, indstilles ved hjælp af PGA -modulet, der indstiller forstærkningen. Vi tester med en gain -indstilling x 0,25, og lydindikatoren udløses med vægt> 60 kg. Baseret på de ovennævnte resultater går digital skala kalibrering funktionelt godt. Dette er meget nyttigt ved indstilling af forstærkeren sammenlignet med manuelle hardwareændringer. Vi sammenligner også gunstigt i størrelse med en controller, der kan justere forstærkerens forstærkningskalibrering og også har ADC -funktion. Designfordelene, der præsenteres her, omfatter mindre fysisk størrelse, enkelhed, strømforbrug, pris og let tilpasselig.

Konklusion

Denne overvægt indikator ved hjælp af SLG46140 er en ideel løsning til en forudindstillet vægtindikator. TheDialog Semiconductor GreenPAK -designet ovenfor afsluttes ved hjælp af SLG88104. De lavere komparative omkostninger, lille område, lav effekt sammen med den lette programmering af GreenPAK gør, at dette skiller sig ud i forhold til et mikrocontroller -design. Wheatstone -broen, differentialforstærker og justerbare forstærkningsprincipper blev demonstreret. Dette designeksempel kan også udvides til andre Wheatstone -broapplikationer, da det er yderst pålideligt på instrumenter med meget lav modstand.