Com es fa un indicador de sobrepès: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

L’objectiu principal d’aquesta aplicació és mesurar el pes d’un objecte i després indicar-lo amb un so d’alarma en cas de sobrepès. L’entrada del sistema prové d’una cel·la de càrrega. L’entrada és un senyal analògic que ha estat amplificat per un amplificador diferencial. El senyal analògic es converteix en un senyal digital mitjançant un ADC. Aleshores, es compara el valor del resultat de la lectura ADC amb un valor determinat que es defineix de manera que representi el límit de càrrega desitjat. Si es produeix un sobrepès, l’alerta s’activa amb una freqüència d’1 Hz. En aquesta nota de l'aplicació, utilitzarem un tensímetre com a sensor de pes, SLG88104 com a amplificador diferencial i SLG46140V com a ADC i condicionament del senyal. El sistema es pot demostrar aplicant una càrrega que superi el límit de càrrega desitjat (60 Kg). La funcionalitat del sistema és correcta si en aquesta condició l'alarma està activada amb una freqüència d'1 Hz. Els avantatges clau del disseny amb GreenPAK ™ és que el producte és més petit, de menor cost, més senzill i fàcil de desenvolupar. GreenPAK té una interfície GUI senzilla a GreenPAK Designer, que permet als enginyers implementar de forma ràpida i senzilla nous dissenys i respondre als requisits de disseny canviants. Si volem desenvolupar-la encara més, aquesta solució és una opció excel·lent. L’ús de GreenPAK fa que aquest disseny sigui molt senzill, lleuger i només ocupi una petita àrea per implementar-lo a la majoria d’aplicacions. A causa dels recursos de circuits interns disponibles a GreenPAK, aquest disseny es pot millorar amb més funcions sense haver d’afegir massa IC addicionals. Per verificar la funcionalitat d’aquest sistema, només necessitem implementar el circuit dissenyat amb l’eina de simulació GreenPAK.

Descobriu tots els passos necessaris per comprendre com s’ha programat el xip GreenPAK per controlar l’indicador de sobrepès. Tot i això, si només voleu obtenir el resultat de la programació, descarregueu-vos el programari GreenPAK per veure el fitxer de disseny GreenPAK ja completat. Connecteu el kit de desenvolupament de GreenPAK a l’ordinador i premeu el programa per crear un IC personalitzat per controlar l’indicador de sobrepès. Seguiu els passos que es descriuen a continuació si esteu interessats en entendre com funciona el circuit.

Pas 1: enfocament del disseny

Una idea clau d’aquest disseny és facilitar el calibratge del pes en una bàscula digital, tal com s’il·lustra al diagrama següent. Suposem que hi ha quatre estats per descriure el funcionament d’aquest sistema. El sistema té una secció típica del sensor de pes (A) i, a continuació, fa una conversió de dades analògiques a digitals. Normalment, els sensors generen valors analògics de molt baix nivell i es poden processar més fàcilment després de la conversió en senyals digitals. El senyal que s’utilitzarà tindrà dades digitals llegibles. Les dades obtingudes en format digital es poden reprocessar al valor digital desitjat (per a objectes pesats o lleugers). Per indicar l’estat del valor final, fem servir un timbre, però es pot canviar fàcilment. Per a un indicador de veu, es pot utilitzar un parpelleig conegut (Delay Sound Indicator (B)). En aquest experiment hem utilitzat una escala existent amb quatre sensors de cèl·lules de càrrega connectats mitjançant el principi del pont de Wheatstone. Pel que fa a la pantalla LCD que ja hi ha a les escales digitals, només es deixa per a la validació del valor generat amb les escales existents.

Pas 2: entrada de comentaris

La retroalimentació d’entrada d’aquest sistema prové de la pressió obtinguda pel sensor per proporcionar un senyal analògic en forma de molt baix voltatge, però encara es pot processar en dades d’escales de pes. El circuit més senzill del sensor d’escaneig digital es fa a partir d’una resistència simple que pot canviar el seu valor de resistència segons el pes / pressió aplicada. El circuit del sensor es pot veure a la figura 2.

Els sensors que es col·loquen a cada cantonada de l'escala proporcionaran valors precisos per a l'entrada total. Els components principals de les resistències del sensor es poden muntar en ponts que es poden utilitzar per mesurar cada sensor. Aquest circuit s’utilitza habitualment en circuits digitals que utilitzen quatre fonts interdependents. Només utilitzem els quatre sensors incrustats en una escala per als nostres experiments i els sistemes preincorporats en aquesta escala, com ara el LCD i el controlador, només es conserven per validar el nostre disseny. Els circuits que hem utilitzat es poden veure a la figura 3.

Un pont de Wheatstone s'utilitza normalment per calibrar instruments de mesura. Els avantatges d'un pont Wheatstone és que pot mesurar valors molt baixos en el rang de milli-ohm. Per això, les balances digitals amb sensors de resistència bastant baixes poden ser molt fiables. Podem veure la fórmula i el circuit del pont de Wheatstone a la figura 4.

Com que la tensió és tan petita, necessitem un amplificador d’instrumentació perquè la tensió s’amplifiqui prou per ser llegida per un controlador. La tensió de retroalimentació obtinguda de l'amplificador d'instrumentació d'entrada es processa en una tensió que pot llegir el controlador (de 0 a 5 volts en aquest disseny). Podem ajustar adequadament el guany configurant la resistència de guany al circuit SLG88104. La figura 5 mostra la fórmula per determinar la tensió de sortida del circuit SLG88104 que s’ha utilitzat.

A partir d’aquesta fórmula, es descriu la relació de guany. Si s’incrementa el valor de la resistència de guany, el guany obtingut serà inferior i viceversa si es redueix el valor de la resistència de guany. La resposta de sortida s’accentuarà força encara que l’augment o la disminució del valor sigui petit. Les escales digitals poden ser més sensibles a l'entrada (amb només una mica de pes, el valor canvia dràsticament) o viceversa si la sensibilitat afegida disminueix. Això es pot veure a la secció de resultats.

Pas 3: control del guany

Es tracta d’un disseny que pot controlar de nou el guany després de passar pel procés de calibratge del guany de maquinari (calibratge de la resistència de guany). Des del disseny de la secció del sensor de pes (A), quan les dades obtingudes de l'amplificador de l'instrument, es poden processar de nou les dades de manera que es pugui configurar més fàcilment el guany. L’avantatge és que podem evitar un canvi de resistència de guany de maquinari.

A la figura 5, amb el mòdul ADC hi ha un PGA que pot ajustar el guany abans que el valor analògic canviï a digital. Proporcionem la referència d’entrada des de la sortida Vout del circuit SLG88104. El guany PGA s’establirà de tal manera segons les mesures que necessitem. Utilitzem el guany x0.25 amb el mode ADC de final únic. Amb x0.25, el guany no és tan gran que l’entrada obtinguda pel convertidor ADC pot mesurar el pes prou gran o màxim segons el que hem provat amb Arduino, que és de 70 Kg. Després, fem servir Comparar dades amb comptador CNT2 com a comparador ADC, de manera que podem conèixer el canvi amb l’indicador de so. El truc és el comparador que fem mitjançant un canvi de calibratge del valor CNT2 de manera que, quan el pes> 60 kg, la sortida de DCMP0 és "1". L'indicador de so s'encendrà amb una freqüència predeterminada mitjançant l'indicador de so de retard de bloc, de manera que el bloc serà lògic "1" quan el temps sigui de 0,5 s. El retard que podem establir les dades del comptador CNT0 ajusta el període de sortida de 500 ms.

Pas 4: filtre de pas baix

És preferible filtrar el senyal de sortida de l'amplificador diferencial. Ajuda a rebutjar les interferències i redueix el soroll de banda ampla. El filtre de pas baix (LPF) implementat redueix el soroll innecessari. Aquest circuit senzill de filtre de pas baix consisteix en una resistència en sèrie amb una càrrega i un condensador en paral·lel a la càrrega. Alguns experiments van demostrar que el component de soroll era detectable en el filtre de pas de banda que tenia una banda passada de 32,5 a 37,5 Hz durant l’anàlisi de l’espectre de freqüències. La freqüència de tall,, fco, del LPF es va establir a 20 Hz, mitjançant la fórmula 1.75f ??, = fpeak. Normalment, els condensadors han de ser molt petits, per exemple 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

S’ha obtingut R = 80 Ω.

Pas 5: component de disseny de GreenPAK

Podem veure a la figura 8 GreenPAK conté els components que necessitem el mòdul ADC i el comptador per al temps d’espera.

A la secció del mòdul ADC, el guany PGA pot disminuir o augmentar el guany segons sigui necessari. El guany PGA té la mateixa funció que la resistència de guany al circuit SLG88104.

Les dades de sortida obtingudes per l'ADC, disposades de tal manera mitjançant dades de calibració del comptador mitjançant l'addició o la reducció del valor de les dades del comptador. El podem configurar segons el maquinari que hàgim creat i el pes adequat per a la sortida. Per a aquesta demostració obtenim i establim el valor de les dades del comptador de 250 per 60 kg.

El comptador de temps d’espera és CNT0. Les dades de comptador a CNT0 determinaran quant de temps estarà l’indicador de so. Podem establir aquest valor segons necessitem. Per a aquesta demostració, fem servir el comptador de dades 3125 durant 0,5 s.

Utilitzem LUT0 per comparar-nos amb les portes AND estàndard, de manera que si el temps exacte de 0,5 s i el pes superior a 60 kg, l’indicador de so sonarà.

Pas 6: resultat

Per a aquesta simulació vam fer dues proves. En primer lloc, intentem conèixer l’efecte del guany de resistència a l’entrada obtinguda posteriorment per processar-lo i obtenir el valor de calibratge de la resistència de guany que millor s’adapta a l’escala digital realitzada. El segon és fer el disseny mitjançant SLG46140 per poder perfeccionar el guany que voleu obtenir. Després de la prova, vam buscar el valor més alt del punt de resistència per a escales digitals per maximitzar la capacitat del circuit amplificador creat i les capacitats de les escales digitals desenvolupades. Amb aquest disseny obtenim el valor de resistència de guany més alt de ± 6,8 Ohm i el pes màxim mesurat és de ± 60 Kg. És bastant complicat ajustar el valor de la resistència de guany perquè el disseny també afecta molt la resistència de guany necessària. Per a la bàscula digital utilitzada en aquest exemple, ha estat difícil superar els 6,8 Ohm en un intent d’aconseguir un pes més alt.

A més, a partir de la segona prova (mitjançant SLG46140 i les seves funcions), es pot establir el pes màxim que voleu mesurar mitjançant el mòdul PGA que defineix el guany. Provem amb un ajust de guany x 0,25 i l'indicador de so s'activa amb un pes> 60 kg. Basant-se en els resultats anteriors, el calibratge d’escala digital funciona funcionalment. Això és molt útil per configurar l'amplificador en comparació amb els canvis manuals de maquinari. També comparem una mida favorable amb un controlador que pot ajustar el calibratge del guany de l’amplificador i que també té la funció ADC. Els avantatges de disseny que es presenten aquí inclouen una mida física menor, senzillesa, consum d'energia, preu i fàcilment personalitzable.

Conclusió

Aquest indicador de sobrepès que utilitza el SLG46140 és una solució ideal per a un indicador de pes predefinit. El disseny GreenPAK de Dialog Semiconductor anterior es completa mitjançant l’ús del SLG88104. El cost comparatiu més baix, la superfície reduïda, la poca potència, juntament amb la facilitat de programació de GreenPAK, destaquen en comparació amb un disseny de microcontrolador. Es va demostrar el pont de Wheatstone, l'amplificador diferencial i els principis de guany ajustables. Aquest exemple de disseny també es pot ampliar a altres aplicacions de ponts de Wheatstone, ja que és altament fiable en instrumentacions de molt baixa resistència.