Een indicator voor overgewicht maken: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Het belangrijkste doel van deze applicatie is om het gewicht van een object te meten en vervolgens met een alarmgeluid aan te geven in geval van overgewicht. Invoer van het systeem komt van een loadcel. Input is een analoog signaal dat is versterkt door een differentiële versterker. Het analoge signaal wordt met behulp van een ADC omgezet in een digitaal signaal. De waarde van het ADC-uitleesresultaat wordt vervolgens vergeleken met een bepaalde waarde die zo is ingesteld dat deze de gewenste belastingslimiet vertegenwoordigt. Als er sprake is van overgewicht, wordt het alarm ingeschakeld met een frequentie van 1 Hz. In deze app-notitie gebruiken we een rekstrookje als gewichtssensor, SLG88104 als differentiële versterker en SLG46140V als ADC en signaalconditionering. Het systeem kan worden bewezen door een belasting toe te passen die de gewenste belastingslimiet (60 Kg) overschrijdt. De systeemfunctionaliteit is correct als in die toestand het alarm is ingeschakeld met een frequentie van 1 Hz. De belangrijkste voordelen van ontwerpen met GreenPAK™ zijn dat het product kleiner, goedkoper, eenvoudiger en gemakkelijk te ontwikkelen is. GreenPAK heeft een eenvoudige GUI-interface in GreenPAK Designer, waardoor ingenieurs snel en eenvoudig nieuwe ontwerpen kunnen implementeren en kunnen reageren op veranderende ontwerpvereisten. Als we het verder willen ontwikkelen, is deze oplossing een uitstekende keuze. Het gebruik van GreenPAK maakt dit ontwerp zeer eenvoudig, licht van gewicht en slechts een klein gebied in beslag genomen om het op de meeste toepassingen te implementeren. Vanwege de interne circuitbronnen die beschikbaar zijn binnen GreenPAK, kan dit ontwerp worden uitgebreid met meer functies zonder dat er te veel extra IC's hoeven te worden toegevoegd. Om de functionaliteit van dit systeem te verifiëren, hoeven we alleen maar het circuit te implementeren dat is ontworpen met de GreenPAK-simulatietool.

Ontdek alle benodigde stappen om te begrijpen hoe de GreenPAK-chip is geprogrammeerd om de indicator voor overgewicht te controleren. Als u echter alleen het resultaat van het programmeren wilt hebben, download dan GreenPAK-software om het reeds voltooide GreenPAK-ontwerpbestand te bekijken. Sluit de GreenPAK Development Kit aan op uw computer en druk op het programma om de aangepaste IC te maken om uw Overgewicht-indicator te besturen. Volg de onderstaande stappen als u geïnteresseerd bent om te begrijpen hoe het circuit werkt.

Stap 1: Ontwerpaanpak

Een belangrijk idee van dit ontwerp is om de kalibratie van het gewicht op een digitale weegschaal te vergemakkelijken, zoals geïllustreerd in het onderstaande diagram. Stel dat er vier toestanden zijn om te beschrijven hoe dit systeem werkt. Het systeem heeft een typische gewichtssensorsectie (A) en voert vervolgens een conversie uit van analoge naar digitale gegevens. Sensoren genereren doorgaans zeer lage analoge waarden en kunnen gemakkelijker worden verwerkt na omzetting in digitale signalen. Het te gebruiken signaal zal leesbare digitale gegevens hebben. De in digitale vorm verkregen gegevens kunnen worden opgewerkt tot de gewenste digitale waarde (voor zware of lichte objecten). Om de status van de uiteindelijke waarde aan te geven, gebruiken we een zoemer, maar deze kan eenvoudig worden gewijzigd. Voor een stemindicator kan men een bekende knipper gebruiken (Delay Sound Indicator (B)). In dit experiment gebruikten we een bestaande weegschaal met vier loadcelsensoren die zijn aangesloten volgens het Wheatstone-brugprincipe. Wat betreft het LCD-scherm dat al op digitale weegschalen staat, wordt het alleen overgelaten voor validatie van de waarde die wordt gegenereerd met bestaande weegschalen.

Stap 2: Feedback-invoer

Inputfeedback voor dit systeem komt van de druk die door de sensor wordt verkregen om een analoog signaal te leveren in de vorm van een zeer lage spanning, maar kan nog steeds worden verwerkt tot weegschaalgegevens. Het eenvoudigste circuit van de digitale scansensor is gemaakt van een eenvoudige weerstand die zijn weerstandswaarde kan wijzigen op basis van het toegepaste gewicht / de toegepaste druk. Het sensorcircuit is te zien in figuur 2.

De sensoren die op elke hoek van de schaal zijn geplaatst, leveren nauwkeurige waarden voor de totale invoer. De hoofdcomponenten van de sensorweerstanden kunnen worden samengevoegd tot bruggen die kunnen worden gebruikt om elke sensor te meten. Dit circuit wordt vaak gebruikt in digitale circuits die vier bronnen gebruiken die onderling afhankelijk zijn. We gebruiken alleen de vier sensoren die op een schaal zijn ingebed voor onze experimenten, en vooraf ingebedde systemen op deze schaal, zoals LCD en de controller, worden alleen bewaard om ons ontwerp te valideren. De circuits die we hebben gebruikt, zijn te zien in figuur 3.

Een brug van Wheatstone wordt meestal gebruikt voor het kalibreren van meetinstrumenten. Het voordeel van een brug van Wheatstone is dat deze zeer lage waarden in het milli-ohm-bereik kan meten. Hierdoor kunnen digitale weegschalen met sensoren met een redelijk lage weerstand zeer betrouwbaar zijn. We kunnen de formule en het Wheatstone-brugcircuit zien in figuur 4.

Omdat de spanning zo klein is, hebben we een instrumentatieversterker nodig, zodat de spanning voldoende wordt versterkt om door een controller te worden gelezen. De feedbackspanning die wordt verkregen van de ingangsinstrumentatieversterker wordt verwerkt tot een spanning die kan worden uitgelezen door de controller (0 tot 5 volt in dit ontwerp). We kunnen de versterking op de juiste manier aanpassen door de versterkingsweerstand in het SLG88104-circuit in te stellen. Figuur 5 toont de formule om de uitgangsspanning van het gebruikte SLG88104-circuit te bepalen.

Vanuit deze formule wordt de versterkingsrelatie beschreven. Als de waarde van de versterkingsweerstand wordt verhoogd, zal de verkregen versterking lager zijn en vice versa als de waarde van de versterkingsweerstand wordt verlaagd. De outputrespons zal behoorlijk geaccentueerd zijn, zelfs als de toename of afname in waarde klein is. Digitale weegschalen kunnen gevoeliger worden voor de invoer (met slechts een klein gewicht verandert de waarde drastisch), of omgekeerd als de toegevoegde gevoeligheid afneemt. Dit is te zien in het resultaatgedeelte.

Stap 3: Controleversterking

Dit is een ontwerp dat de versterking opnieuw kan regelen na het doorlopen van het hardwarematige versterkingskalibratieproces (kalibratie van de versterkingsweerstand). Van het ontwerp van de gewichtssensorsectie (A), wanneer de gegevens zijn verkregen van de instrumentversterker, kunnen de gegevens opnieuw worden verwerkt, zodat de versterking gemakkelijker kan worden ingesteld. Het voordeel is dat we een verandering van de hardwareversterkingsweerstand kunnen vermijden.

In figuur 5 is er met de ADC-module een PGA die de versterking kan aanpassen voordat de analoge waarde wordt gewijzigd in digitaal. We bieden de ingangsreferentie van de Vout-uitgang van het SLG88104-circuit. De PGA-versterking wordt zo ingesteld volgens de metingen die we nodig hebben. We gebruiken x0,25 gain met single-ended ADC-modus. Met x0,25 is de winst niet zo groot dat de invoer verkregen door de ADC-converter het gewicht van groot genoeg of maximaal kan meten volgens wat we hebben geprobeerd met Arduino, wat 70 kg is. Daarna gebruiken we Vergelijk gegevens met CNT2-teller als ADC-vergelijker, zodat we de verandering met geluidsindicator kunnen kennen. De truc is de comparator die we maken door middel van kalibratie van de CNT2-waarde, zodat wanneer het gewicht > 60 kg is, de uitvoer van DCMP0 "1" is. De geluidsindicator licht op met een vooraf bepaalde frequentie met behulp van de blokvertragingsgeluidsindicator, zodat het blok logisch "1" is wanneer de tijd 0,5 s is. De vertraging die we de CNT0-tellergegevens kunnen instellen, past de uitvoerperiode van 500 ms aan.

Stap 4: Laagdoorlaatfilter

Het verdient de voorkeur om het uitgangssignaal van de differentiële versterker te filteren. Het helpt interferentie te onderdrukken en vermindert breedbandruis. Het geïmplementeerde laagdoorlaatfilter (LPF) vermindert onnodige ruis. Dit eenvoudige laagdoorlaatfiltercircuit bestaat uit een weerstand in serie met een belasting en een condensator parallel aan de belasting. Sommige experimenten toonden aan dat de ruiscomponent detecteerbaar was in het banddoorlaatfilter met een doorlaatband van 32,5-37,5 Hz tijdens frequentiespectrumanalyse. De afsnijfrequentie,, fco, van de LPF werd ingesteld op 20 Hz, met behulp van de formule 1.75f??, = fpeak. Gewoonlijk moeten de condensatoren erg klein zijn, bijvoorbeeld 100 μF.

F?? = 1/2???

Verkregen R = 80.

Stap 5: GreenPAK-ontwerpcomponent

We kunnen in figuur 8 zien dat GreenPAK de componenten bevat die we nodig hebben, de ADC-module en de teller voor de wachttijd.

In het gedeelte ADC-module kan PGA-versterking de versterking naar behoefte verlagen of verhogen. De PGA-versterking heeft dezelfde functie als de versterkingsweerstand in het SLG88104-circuit.

De door de ADC verkregen uitgangsgegevens, op een zodanige manier gerangschikt door tellerkalibratiegegevens door de tellergegevenswaarde toe te voegen of te verminderen. We kunnen het instellen op basis van de hardware die we hebben gemaakt en het juiste gewicht dat moet worden uitgevoerd. Voor deze demo krijgen en stellen we de tellergegevenswaarde van 250 voor 60 kg.

De teller voor wachttijd is CNT0. Tellergegevens op CNT0 bepalen hoe lang de geluidsindicator aan blijft. We kunnen deze waarde naar behoefte instellen. Voor deze demo gebruiken we de datateller 3125 voor 0,5 s.

We gebruiken LUT0 om te vergelijken met standaard EN-poorten, zodat als de exacte tijd van 0,5 s en het gewicht groter is dan 60 kg, de geluidsindicator zal klinken.

Stap 6: Resultaat

Voor deze simulatie hebben we twee tests gedaan. Eerst proberen we het effect van weerstandsversterking op de later verkregen invoer te kennen om te worden verwerkt en de kalibratiewaarde van de versterkingsweerstand te krijgen die het beste overeenkomt met de gemaakte digitale schaal. De tweede is om het ontwerp te maken met SLG46140 om de gewenste versterking te kunnen perfectioneren. Na de test hebben we gezocht naar het hoogste punt van weerstandswaarde voor digitale weegschalen om het vermogen van het gecreëerde versterkercircuit en de mogelijkheden van de ontwikkelde digitale weegschalen te maximaliseren. Met dit ontwerp krijgen we de hoogste versterkingsweerstandswaarde van ± 6,8 Ohm en het maximaal gemeten gewicht is ± 60 Kg. Het is vrij ingewikkeld om de waarde van de versterkingsweerstand aan te passen, omdat het ontwerp ook grote invloed heeft op de vereiste versterkingsweerstand. Voor de digitale weegschaal die in dit voorbeeld wordt gebruikt, was het moeilijk om 6,8 Ohm te overschrijden in een poging om een hoger gewicht te bereiken.

Bovendien kan vanaf de tweede test (met behulp van SLG46140 en de bijbehorende functies) het maximale gewicht dat u wilt meten, worden ingesteld met behulp van de PGA-module die de versterking instelt. We testen met een versterkingsinstelling x 0,25 en de geluidsindicator wordt geactiveerd bij een gewicht >60 kg. Op basis van bovenstaande resultaten verloopt de kalibratie van de digitale weegschaal functioneel goed. Dit is erg handig bij het instellen van de versterker in vergelijking met handmatige hardwarewijzigingen. We vergelijken ook gunstig qua grootte met een controller die de versterkingskalibratie van de versterker kan aanpassen en ook een ADC-functie heeft. De hier gepresenteerde ontwerpvoordelen zijn onder meer kleinere fysieke afmetingen, eenvoud, stroomverbruik, prijs en gemakkelijk aanpasbaar.

Conclusie

Deze Overgewicht-indicator met behulp van de SLG46140 is een ideale oplossing voor een vooraf ingestelde weegindicator. Het bovenstaande Dialog Semiconductor GreenPAK-ontwerp wordt voltooid door de SLG88104 te gebruiken. De lagere relatieve kosten, het kleine oppervlak, het lage stroomverbruik en het gemak van het programmeren van GreenPAK zorgen ervoor dat dit opvalt in vergelijking met het ontwerp van een microcontroller. De Wheatstone-brug, differentiële versterker en instelbare versterkingsprincipes werden gedemonstreerd. Dit ontwerpvoorbeeld kan ook worden uitgebreid naar andere Wheatstone-brugtoepassingen, omdat het zeer betrouwbaar is op instrumentatie met zeer lage weerstand.