כיצד להכין אינדיקטור לעודף משקל: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

המטרה העיקרית של יישום זה היא למדוד את משקלו של אובייקט ולאחר מכן לציין עם צליל אזעקה במקרה של עודף משקל. קלט המערכת מגיע מתא עומס. קלט הוא אות אנלוגי שהוגבר על ידי מגבר דיפרנציאלי. האות האנלוגי מומר לאות דיגיטלי באמצעות ADC. הערך של תוצאת קריאת ADC מושווה לאחר מכן לערך מסוים המוגדר כך שהוא מייצג את גבול העומס הרצוי. אם מתרחש עודף משקל, ההתראה מופעלת בתדירות של 1 הרץ. בהערת אפליקציה זו נשתמש במד מתיחה כחיישן המשקל, SLG88104 כמגבר הדיפרנציאלי ו- SLG46140V כ- ADC והתניה אותות. ניתן להוכיח את המערכת על ידי הפעלת עומס העולה על מגבלת העומס הרצויה (60 ק ג). פונקציונליות המערכת נכונה אם במצב זה האזעקה מופעלת בתדר של 1 הרץ. היתרונות המרכזיים בעיצוב עם GreenPAK ™ הוא שהמוצר קטן יותר, בעלות נמוכה יותר, פשוטה יותר וקל יותר לפיתוח. ל- GreenPAK ממשק GUI פשוט ב- GreenPAK Designer, המאפשר למהנדסים ליישם במהירות ובקלות עיצובים חדשים ולהגיב לדרישות העיצוב המשתנות. אם ברצוננו לפתח אותו הלאה, פתרון זה הוא בחירה מצוינת. השימוש ב- GreenPAK הופך את העיצוב הזה לפשוט מאוד, קל משקל, ורק שטח קטן תפוס ליישומו ברוב היישומים. בגלל משאבי המעגל הפנימי הזמין ב- GreenPAK, ניתן לשפר עיצוב זה עם יותר תכונות מבלי להוסיף יותר מדי IC נוספים. כדי לאמת את הפונקציונליות של מערכת זו, עלינו רק ליישם את המעגל שתוכנן בעזרת כלי ההדמיה של GreenPAK.

גלה את כל השלבים הדרושים להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK לשליטה במדד עודף משקל. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את התוצאה של התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את ה- IC המותאם אישית לשליטה במדד העודף שלך. בצע את השלבים המתוארים להלן אם אתה מעוניין להבין כיצד פועל המעגל.

שלב 1: גישת עיצוב

רעיון מרכזי בעיצוב זה הוא להקל על כיול המשקל בקנה מידה דיגיטלי, כפי שמודגם בתרשים שלהלן. נניח שיש ארבע מצבים המתארים כיצד מערכת זו פועלת. למערכת יש סעיף חיישן משקל אופייני (A), ולאחר מכן מבצע המרה של נתונים אנלוגיים לדיגיטליים. חיישנים בדרך כלל מייצרים ערכים אנלוגיים ברמה נמוכה מאוד וניתן לעבד אותם ביתר קלות לאחר המרה לאותות דיגיטליים. האות שישמשו בו יכלול נתונים דיגיטליים קריאים. הנתונים המתקבלים בצורה דיגיטלית ניתנים לעיבוד מחדש לערך הדיגיטלי הרצוי (לאובייקטים כבדים או קלים). כדי לציין את מצב הערך הסופי, אנו משתמשים בזמזם, אך ניתן לשנות אותו בקלות. עבור מחוון קולי אפשר להשתמש בהבהב ידוע (מחוון צליל עיכוב (B)). בניסוי זה השתמשנו בקנה מידה קיים בעל ארבעה חיישני תאי עומס המחוברים על פי עקרון גשר ויטסטון. באשר ל- LCD שכבר קיים במאזניים דיגיטליים, הוא נשאר רק לאימות הערך שנוצר עם סולמות קיימים.

שלב 2: קלט משוב

משוב כניסה למערכת זו נובע מהלחץ שהחיישן מספק לאות אנלוגי בצורה של מתח נמוך מאוד אך עדיין ניתן לעבד אותו לנתוני משקל משקל. המעגל הפשוט ביותר של חיישן הסריקה הדיגיטלית עשוי מנגד פשוט שיכול לשנות את ערך ההתנגדות שלו בהתאם למשקל / הלחץ המופעל. ניתן לראות את מעגל החיישנים באיור 2.

החיישנים המוצבים בכל פינה של הסקאלה יספקו ערכים מדויקים עבור כל הקלט. ניתן להרכיב את המרכיבים העיקריים של נגדי החיישן לגשרים בהם ניתן למדוד כל חיישן. מעגל זה משמש בדרך כלל במעגלים דיגיטליים המשתמשים בארבעה מקורות התלויים זה בזה. אנו משתמשים רק בארבעת החיישנים המוטבעים בקנה מידה לניסויים שלנו, ומערכות משובצות מראש בקנה מידה זה כגון LCD ובקר נשמרות רק לאימות העיצוב שלנו. ניתן לראות את המעגלים בהם השתמשנו באיור 3.

בדרך כלל משתמשים בגשר ויטסטון לכיול מכשירי מדידה. היתרונות של גשר aWheatstone הוא שהוא יכול למדוד ערכים נמוכים מאוד בטווח מילי-אוהם. בגלל זה, מאזנים דיגיטליים עם חיישני התנגדות נמוכים למדי יכולים להיות אמינים מאוד. אנו יכולים לראות נוסחה ומעגל גשר ויטסטון באיור 4.

מכיוון שהמתח כל כך קטן אנחנו צריכים מגבר מכשור כדי שהמתח יוגבר מספיק כדי לקרוא אותו על ידי בקר. מתח המשוב המתקבל ממגבר מכשור הקלט מעובד למתח שניתן לקרוא על ידי הבקר (0 עד 5 וולט בעיצוב זה). אנו יכולים להתאים את הרווח כראוי על ידי הגדרת הנגד הרווח במעגל SLG88104. איור 5 מציג את הנוסחה לקביעת מתח המוצא של מעגל SLG88104 בו נעשה שימוש.

מתוך נוסחה זו, מתואר יחסי הרווח. אם ערך הנגד הרווח גדל, הרווח המתקבל יהיה נמוך יותר, ולהיפך אם ערך הנגד הרווח יורד. תגובת הפלט תהיה מודגשת למדי גם אם העלייה או ירידת הערך קטנה. קשקשים דיגיטליים יכולים להיות רגישים יותר לקלט (עם משקל קטן בלבד, הערך משתנה באופן דרמטי), או להיפך אם הרגישות הנוספת פוחתת. ניתן לראות זאת בחלק התוצאות.

שלב 3: רווח שליטה

זהו עיצוב שיכול לשלוט שוב ברווח לאחר שעבר את תהליך כיול רווח החומרה (כיול נגד רווח). מתכנון סעיף חיישן המשקל (א), כאשר הנתונים המתקבלים ממגבר המכשיר, ניתן לעבד את הנתונים שוב כך שניתן להגדיר את הרווח ביתר קלות. היתרון הוא שנוכל להימנע משינוי נגדי רווח חומרה.

באיור 5, עם מודול ADC יש PGA שיכול להתאים את הרווח לפני שהערך האנלוגי ישתנה לדיגיטלי. אנו מספקים את הפניה לקלט מפלט ה- Vout של מעגל SLG88104. רווח ה- PGA יוגדר בצורה כזו בהתאם למדידות הדרושות לנו. אנו משתמשים ברווח x0.25 עם מצב ADC חד-פעמי. עם x0.25 הרווח אינו כה גדול עד שהקלט המתקבל על ידי ממיר ה- ADC יכול למדוד את המשקל של מספיק גדול או מקסימלי לפי מה שניסינו באמצעות Arduino שהוא 70 ק"ג. לאחר מכן, אנו משתמשים בהשוואת נתונים עם מונה CNT2 כמשווה ADC, כדי שנוכל לדעת את השינוי באמצעות מחוון צליל. הטריק הוא המשווה שאנו עושים באמצעות כיול של ערך CNT2 כך שכאשר המשקל> 60 ק"ג, אז התפוקה של DCMP0 היא "1". מחוון הסאונד יידלק בתדירות שנקבעה מראש באמצעות מחוון צליל עיכוב בלוקים כך שהבלוק יהיה לוגי "1" כאשר הזמן הוא 0.5 שניות. העיכוב שנוכל להגדיר את נתוני הנגד CNT0 להתאים את תקופת הפלט של 500 אלפיות השנייה.

שלב 4: מסנן Low Pass

עדיף לסנן את אות פלט המגבר הדיפרנציאלי. זה עוזר לדחות הפרעות ומפחית רעשי פס רחב. מסנן ה- low pass (LPF) המיושם מפחית רעש מיותר. מעגל מסנן פשוט נמוך זה מורכב מנגד בסדרה עם עומס, וקבל במקביל לעומס. כמה ניסויים הראו כי רכיב הרעש ניתן לזיהוי במסנן פס-פס בעל 32.5- 37.5 הרץ פס במהלך ניתוח ספקטרום התדרים. תדירות הניתוק,, fco, של ה- LPF נקבעה ל 20 הרץ, באמצעות הנוסחה 1.75f ??, = fpeak. בדרך כלל, הקבלים צריכים להיות קטנים מאוד, למשל 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

השגת R = 80 Ω.

שלב 5: רכיב עיצוב GreenPAK

אנו יכולים לראות מתרשים 8 GreenPAK מכיל את הרכיבים הדרושים לנו למודול ה- ADC, ומונה לזמן ההמתנה.

בחלק מודול ADC, רווח PGA יכול להקטין או להגדיל את הרווח לפי הצורך. רווח ה- PGA בעל אותה פונקציה כמו נגד הגברה במעגל SLG88104.

נתוני הפלט המתקבלים על ידי ה- ADC, מסודרים בצורה כזו על ידי נתוני כיול נגדים על ידי הוספה או הקטנה של ערך נתוני המונה. אנו יכולים להגדיר אותו על פי החומרה שיצרנו והמשקל המתאים שיופק. עבור הדגמה זו אנו מקבלים וקובעים את ערך נתוני הנגד של 250 עבור 60 ק ג.

דלפק זמן ההמתנה הוא CNT0. נתוני מונה ב- CNT0 יקבעו כמה זמן יהיה מחוון הקול. אנו יכולים להגדיר ערך זה כפי שאנו צריכים. עבור הדגמה זו אנו משתמשים במונה הנתונים 3125 למשך 0.5 שניות.

אנו משתמשים ב- LUT0 כדי להשוות עם שערים AND רגילים כך שאם הזמן המדויק של 0.5 שניות ומשקלו יעלה על 60 ק ג, אז מחוון הסאונד ישמע.

שלב 6: תוצאה

לסימולציה זו עשינו שתי בדיקות. ראשית, אנו מנסים לדעת את ההשפעה של Resistor Gain על הקלט המתקבל מאוחר יותר לעיבוד ולקבל את ערך הכיול של נגד הרווח המתאים ביותר לסולם הדיגיטלי שנעשה. השני הוא ליצור את העיצוב באמצעות SLG46140 בכדי שתוכל לשכלל את הרווח שאתה רוצה להשיג. לאחר הבדיקה, חיפשנו את הנקודה הגבוהה ביותר של ערך הנגד לסולמות דיגיטליות כדי למקסם את היכולת של מעגל המגבר שנוצר ואת היכולות של הסולמות הדיגיטליות שפותחו. עם עיצוב זה אנו מקבלים את ערך הנגד הגבוה לרווח של ± 6.8 אוהם והמשקל המרבי הנמדד הוא ± 60 ק ג. זה די מסובך להתאים את ערך הנגד הרווח מכיוון שהעיצוב משפיע מאוד גם על הנגד הדרוש. בקנה המידה הדיגיטלי המשמש בדוגמה זו, היה קשה לחרוג מ -6.8 אוהם בניסיון להשיג משקל גבוה יותר.

יתר על כן, מהבדיקה השנייה (באמצעות SLG46140 ותכונותיה) ניתן להגדיר את המשקל המרבי שאתה רוצה למדוד באמצעות מודול ה- PGA הקובע את הרווח. אנו בודקים עם הגדרת רווח x 0.25 ומחוון הצליל מופעל עם משקל> 60 ק"ג. בהתבסס על התוצאות לעיל, מבחינה תפקודית, כיול בקנה מידה דיגיטלי הולך טוב. זה עוזר מאוד בהגדרת המגבר בהשוואה לשינויי חומרה ידניים. אנו גם משווים בגודל טוב מול בקר שיכול להתאים את כיול רווח המגבר ויש לו גם תכונת ADC. היתרונות העיצוביים המוצגים כאן כוללים גודל פיזי קטן יותר, פשטות, צריכת חשמל, מחיר וניתנים להתאמה אישית בקלות.

סיכום

מחוון עודף משקל זה באמצעות SLG46140 הוא פתרון אידיאלי למחוון משקל מוגדר מראש. עיצוב ה- GreenPAK של TheDialog Semiconductor לעיל הושלם באמצעות SLG88104. העלות ההשוואתית הנמוכה יותר, השטח הקטן, ההספק הנמוך, יחד עם קלות התכנות של GreenPAK גורמים לכך להתבלט בהשוואה לעיצוב מיקרו -בקר. הוכח גשר ויטסטון, מגבר דיפרנציאלי ועקרונות רווח מתכווננים. ניתן להרחיב דוגמת עיצוב זו גם ליישומי גשר אחרים של ויטסטון, מכיוון שהיא אמינה ביותר על מכשור בעל התנגדות נמוכה מאוד.