Jak vytvořit indikátor nadváhy: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Hlavním cílem této aplikace je změřit hmotnost předmětu a poté jej v případě nadváhy indikovat zvukem alarmu. Vstup systému pochází ze snímače zatížení. Vstup je analogový signál, který byl zesílen diferenciálním zesilovačem. Analogový signál je převeden na digitální signál pomocí ADC. Hodnota výsledku čtení ADC je pak porovnána s určitou hodnotou, která je nastavena tak, aby představovala požadovaný limit zatížení. Pokud dojde k nadváze, výstraha se zapne s frekvencí 1 Hz. V této poznámce k aplikaci použijeme tenzometr jako snímač hmotnosti, SLG88104 jako diferenciální zesilovač a SLG46140V jako ADC a úpravu signálu. Systém lze prokázat použitím zatížení překračujícího požadovaný limit zatížení (60 kg). Funkčnost systému je správná, pokud je za těchto podmínek spuštěn alarm s frekvencí 1 Hz. Klíčovými výhodami navrhování pomocí GreenPAK ™ je, že produkt je menší, má nižší náklady, je jednodušší a snadno se vyvíjí. GreenPAK má v programu GreenPAK Designer jednoduché rozhraní GUI, které umožňuje technikům rychle a snadno implementovat nové návrhy a reagovat na měnící se požadavky na design. Pokud to chceme dále rozvíjet, je toto řešení vynikající volbou. Díky použití GreenPAK je tento design velmi jednoduchý, lehký a zabírá jen malou plochu, aby jej bylo možné implementovat ve většině aplikací. Díky zdrojům vnitřních obvodů, které jsou k dispozici v rámci GreenPAK, lze tento design vylepšit o další funkce, aniž byste museli přidávat příliš mnoho dalších integrovaných obvodů. K ověření funkčnosti tohoto systému nám stačí implementovat obvod navržený pomocí simulačního nástroje GreenPAK.

Objevte všechny potřebné kroky a porozumějte tomu, jak byl čip GreenPAK naprogramován k ovládání indikátoru nadváhy. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte vlastní integrovaný obvod pro ovládání indikátoru nadváhy. Pokud vás zajímá, jak obvod funguje, postupujte podle níže popsaných kroků.

Krok 1: Přístup k návrhu

Klíčovou myšlenkou tohoto návrhu je usnadnit kalibraci hmotnosti na digitální váze, jak je znázorněno na obrázku níže. Předpokládejme, že existují čtyři stavy, které popisují, jak tento systém funguje. Systém má typickou část (A) snímače hmotnosti a poté převádí analogová na digitální data. Senzory obvykle generují velmi nízké analogové hodnoty a lze je snadněji zpracovat po převodu na digitální signály. Použitý signál bude mít čitelná digitální data. Data získaná v digitální podobě lze přepracovat na požadovanou digitální hodnotu (pro těžké nebo lehké předměty). K indikaci stavu konečné hodnoty používáme bzučák, který však lze snadno změnit. Pro hlasový indikátor lze použít dobře známé blikání (indikátor zpoždění zvuku (B)). V tomto experimentu jsme použili stávající měřítko se čtyřmi snímači siloměrů připojenými na principu Wheatstoneova mostu. Pokud jde o LCD, který je již na digitálních stupnicích, je ponechán pouze pro ověření hodnoty generované u stávajících vah.

Krok 2: Vstup zpětné vazby

Vstupní zpětná vazba pro tento systém pochází z tlaku získaného senzorem, aby poskytl analogový signál ve formě velmi nízkého napětí, ale stále může být zpracován do dat váhových vah. Nejjednodušší obvod snímače digitálního skenování je vyroben z jednoduchého rezistoru, který může měnit jeho hodnotu odporu podle použité hmotnosti / tlaku. Obvod snímače je vidět na obrázku 2.

Senzory umístěné v každém rohu stupnice poskytnou přesné hodnoty pro celkový vstup. Hlavní součásti odporů senzorů lze sestavit do můstků, které lze použít k měření každého senzoru. Tento obvod se běžně používá v digitálních obvodech, které používají čtyři zdroje, které jsou na sobě závislé. Pro naše experimenty používáme pouze čtyři senzory vložené na stupnici a předem zabudované systémy v tomto měřítku, jako je LCD a ovladač, slouží pouze k ověření našeho návrhu. Obvody, které jsme použili, můžeme vidět na obrázku 3.

Ke kalibraci měřicích přístrojů se obvykle používá Wheatstoneův můstek. Výhodou můstku aWheatstone je, že dokáže měřit velmi nízké hodnoty v rozsahu miliohmů. Z tohoto důvodu mohou být digitální váhy se senzory s poměrně nízkým odporem velmi spolehlivé. Na obrázku 4 můžeme vidět vzorec a obvod mostu Wheatstone.

Protože je napětí tak malé, potřebujeme přístrojový zesilovač, aby bylo napětí zesíleno, aby bylo možné jej přečíst pomocí ovladače. Zpětnovazební napětí získané ze vstupního zesilovače instrumentace je zpracováno na napětí, které může číst regulátor (0 až 5 voltů v tomto provedení). Zesílení můžeme vhodně upravit nastavením zesilovacího odporu v obvodu SLG88104. Obrázek 5 ukazuje vzorec pro určení výstupního napětí použitého obvodu SLG88104.

Z tohoto vzorce je popsán vztah zesílení. Pokud je hodnota zesílení rezistoru zvýšena, získaný zisk bude nižší a naopak, pokud je hodnota zesílení rezistoru snížena. Výstupní odezva bude docela zdůrazněna, i když je zvýšení nebo snížení hodnoty malé. Digitální váhy mohou být citlivější na vstup (s malou hmotností se hodnota dramaticky mění) nebo naopak, pokud se přidaná citlivost sníží. Je to vidět v sekci výsledků.

Krok 3: Ovládejte zisk

Toto je design, který může znovu kontrolovat zesílení poté, co prošel procesem kalibrace hardwarového zesílení (kalibrace zisku odporu). Z konstrukce sekce (A) snímače hmotnosti, kdy jsou data získaná z přístrojového zesilovače, lze data znovu zpracovat, takže zisk lze snadněji nastavit. Výhodou je, že se můžeme vyhnout změně odporu hardwarového zesílení.

Na obrázku 5 s modulem ADC je PGA, který může upravit zisk před změnou analogové hodnoty na digitální. Poskytujeme vstupní referenci z výstupu Vout obvodu SLG88104. Zisk PGA bude nastaven tak, aby odpovídal potřebám měření. Používáme zisk x0,25 s jednostranným režimem ADC. S x0,25 není zisk tak velký, aby vstup získaný převodníkem ADC mohl měřit dostatečně velkou hmotnost nebo maximálně podle toho, co jsme vyzkoušeli pomocí Arduina, což je 70 kg. Poté použijeme jako komparátor ADC data Porovnat s čítačem CNT2, abychom mohli znát změnu pomocí zvukového indikátoru. Trik je komparátor, který děláme pomocí kalibrační změny hodnoty CNT2 tak, že když je hmotnost> 60 kg, pak je výstup DCMP0 "1". Indikátor zvuku se rozsvítí s předem stanovenou frekvencí pomocí zvukového indikátoru zpoždění bloku, takže blok bude logický „1“, když je čas 0,5 s. Zpoždění můžeme nastavit data čítače CNT0 upravit výstupní období 500 ms.

Krok 4: Nízkoprůchodový filtr

Je vhodnější filtrovat výstupní signál diferenciálního zesilovače. Pomáhá potlačit rušení a snižuje širokopásmový šum. Implementovaný dolní propust (LPF) snižuje zbytečný hluk. Tento jednoduchý nízkoprůchodový filtrační obvod se skládá z odporu v sérii se zátěží a kondenzátoru paralelně se zátěží. Některé experimenty ukázaly, že šumová složka byla detekovatelná v pásmovém filtru s pásmem 32,5- 37,5 Hz při analýze frekvenčního spektra. Mezní frekvence, fco, LPF byla nastavena na 20 Hz pomocí vzorce 1,75f ??, = fpeak. Obvykle by kondenzátory měly být velmi malé, například 100 μF.

F?? = 1/2 ???

Získané R = 80 Ω.

Krok 5: Součást GreenPAK Design

Z obrázku 8 vidíme, že GreenPAK obsahuje komponenty, které potřebujeme, modul ADC a počítadlo doby čekání.

V sekci ADC Module může zisk PGA snížit nebo zvýšit zisk podle potřeby. Zisk PGA má stejnou funkci jako ziskový odpor v obvodu SLG88104.

Výstupní data získaná ADC, uspořádaná takovým způsobem pomocí kalibračních dat čítače přidáním nebo snížením hodnoty dat čítače. Můžeme jej nastavit podle hardwaru, který jsme vytvořili, a podle příslušné hmotnosti, která má být vydána. Pro toto demo dostaneme a nastavíme hodnotu počitadla dat 250 na 60 kg.

Počitadlo doby čekání je CNT0. Data čítače na CNT0 určují, jak dlouho bude zvukový indikátor zapnutý. Tuto hodnotu můžeme nastavit, jak potřebujeme. Pro toto demo používáme datový čítač 3125 po dobu 0,5 s.

Pro srovnání se standardními branami AND používáme LUT0, takže pokud přesný čas 0,5 s váží 60 kg, ozve se zvukový indikátor.

Krok 6: Výsledek

Pro tuto simulaci jsme provedli dva testy. Nejprve se pokusíme znát účinek zesílení rezistoru na vstup získaný později ke zpracování a získáme kalibrační hodnotu zesilujícího odporu, která nejlépe odpovídá vytvořené digitální stupnici. Druhým je vytvořit design pomocí SLG46140, aby bylo možné zdokonalit zisk, kterého chcete dosáhnout. Po testu jsme hledali nejvyšší bod hodnoty odporu pro digitální váhy, abychom maximalizovali schopnost vytvořeného obvodu zesilovače a možnosti vyvinutých digitálních měřítek. S touto konstrukcí získáme nejvyšší hodnotu zesílení odporu ± 6,8 Ohm a maximální naměřená hmotnost je ± 60 Kg. Je poměrně komplikované upravit hodnotu zesílení rezistoru, protože konstrukce také výrazně ovlivňuje požadovaný zisk rezistoru. Pro digitální váhu použitou v tomto příkladu bylo obtížné překročit 6,8 Ohm ve snaze dosáhnout vyšší hmotnosti.

Kromě toho z druhého testu (pomocí SLG46140 a jeho funkcí) lze maximální hmotnost, kterou chcete měřit, nastavit pomocí modulu PGA, který nastavuje zisk. Testujeme s nastavením zisku x 0,25 a zvukový indikátor se spustí s hmotností> 60 kg. Na základě výše uvedených výsledků jde funkčně dobře digitální kalibrace váhy. To je velmi užitečné při nastavování zesilovače ve srovnání s ručními změnami hardwaru. Rovněž příznivě porovnáváme velikost s ovladačem, který dokáže upravit kalibraci zesílení zesilovače a má také funkci ADC. Zde uvedené výhody designu zahrnují menší fyzickou velikost, jednoduchost, spotřebu energie, cenu a snadné přizpůsobení.

Závěr

Tento indikátor nadváhy pomocí SLG46140 je ideálním řešením pro indikátor přednastavené hmotnosti. Výše uvedený design The Dialog Semiconductor GreenPAK je dokončen pomocí SLG88104. Díky nižším komparativním nákladům, malé ploše, nízkému výkonu a snadnému programování je GreenPAK ve srovnání s designem mikrokontroléru výjimečný. Byl předveden Wheatstoneův most, diferenciální zesilovač a nastavitelné principy zisku. Tento příklad návrhu lze také rozšířit na další aplikace mostu Wheatstone, protože je vysoce spolehlivý na instrumentaci s velmi nízkým odporem.