Kako narediti kazalnik prekomerne telesne teže: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Glavni cilj te aplikacije je izmeriti težo predmeta in nato opozoriti z zvokom alarma v primeru prekomerne teže. Vhod sistema prihaja iz merilne celice. Vhod je analogni signal, ki ga je ojačal diferencialni ojačevalnik. Analogni signal se pretvori v digitalni signal z ADC. Vrednost odčitka ADC se nato primerja z določeno vrednostjo, ki je nastavljena tako, da predstavlja želeno mejo obremenitve. Če pride do prekomerne telesne teže, se opozorilo vklopi s frekvenco 1 Hz. V tej opombi o aplikaciji bomo uporabili merilnik napetosti kot senzor teže, SLG88104 kot diferencialni ojačevalnik in SLG46140V kot ADC in kondicioniranje signala. Sistem je mogoče dokazati z uporabo obremenitve, ki presega želeno mejo obremenitve (60 kg). Sistemska funkcionalnost je pravilna, če je v tem stanju alarm vklopljen s frekvenco 1 Hz. Ključne prednosti oblikovanja z GreenPAK ™ so v tem, da je izdelek manjši, cenejši, enostavnejši in enostaven za razvoj. GreenPAK ima v GreenPAK Designerju preprost vmesnik z grafičnim vmesnikom, ki inženirjem omogoča, da hitro in enostavno izvajajo nove zasnove in se odzivajo na spreminjajoče se oblikovalske zahteve. Če ga želimo še naprej razvijati, je ta rešitev odlična izbira. Z uporabo GreenPAK -a je ta zasnova zelo preprosta, lahka in zavzema le majhno površino za njeno uporabo v večini aplikacij. Zaradi virov notranjega vezja, ki so na voljo v GreenPAK -u, lahko to zasnovo izboljšamo z več funkcijami, ne da bi morali dodati preveč dodatnih IC -jev. Za preverjanje funkcionalnosti tega sistema moramo le implementirati vezje, zasnovano s simulacijskim orodjem GreenPAK.

Odkrijte vse potrebne korake, da razumete, kako je čip GreenPAK programiran za nadzor indikatorja prekomerne teže. Če pa želite samo doseči rezultat programiranja, prenesite programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko GreenPAK. Priključite razvojni komplet GreenPAK na računalnik in pritisnite program, da ustvarite IC po meri za nadzor kazalnika prekomerne teže. Če želite razumeti, kako deluje vezje, sledite spodnjim korakom.

1. korak: Pristop oblikovanja

Ključna ideja te zasnove je olajšati kalibracijo teže na digitalni tehtnici, kot je prikazano na spodnjem diagramu. Recimo, da obstajajo štiri stanja, ki opisujejo delovanje tega sistema. Sistem ima tipičen odsek senzorja teže (A), nato pa pretvori analogne v digitalne podatke. Senzorji običajno generirajo zelo nizke analogne vrednosti in jih je po pretvorbi v digitalne signale lažje obdelati. Signal, ki bo uporabljen, bo imel berljive digitalne podatke. Podatke, pridobljene v digitalni obliki, je mogoče ponovno obdelati v želeno digitalno vrednost (za težke ali lahke predmete). Za prikaz stanja končne vrednosti uporabljamo zvočni signal, ki pa ga je mogoče enostavno spremeniti. Za glasovni indikator lahko uporabite dobro znano utripanje (Indikator zakasnitve zvoka (B)). V tem poskusu smo uporabili obstoječo tehtnico s štirimi senzorji merilnih celic, ki so povezani po principu Wheatstonovega mostu. Kar zadeva LCD, ki je že na digitalnih lestvicah, ostane le za potrditev vrednosti, ustvarjene z obstoječimi lestvicami.

2. korak: Vnos povratnih informacij

Vhodne povratne informacije za ta sistem izhajajo iz tlaka, ki ga dobi senzor za zagotavljanje analognega signala v obliki zelo nizke napetosti, vendar ga je še vedno mogoče obdelati v podatke tehtnice. Najenostavnejše vezje senzorja za digitalno skeniranje je izdelano iz preprostega upora, ki lahko spremeni vrednost upora glede na uporabljeno težo / tlak. Senzorsko vezje je prikazano na sliki 2.

Senzorji, ki so nameščeni na vsakem kotu lestvice, bodo zagotovili natančne vrednosti skupnega vnosa. Glavne sestavine senzorskih uporov je mogoče sestaviti v mostove, ki jih je mogoče uporabiti za merjenje vsakega senzorja. To vezje se običajno uporablja v digitalnih vezjih, ki uporabljajo štiri vire, ki so medsebojno odvisni. Za naše poskuse uporabljamo samo štiri senzorje, vgrajene v lestvico, vnaprej vgrajeni sistemi na tej lestvici, kot sta LCD in krmilnik, pa se uporabljajo le za potrditev naše zasnove. Vezja, ki smo jih uporabili, so prikazani na sliki 3.

Wheatstoneov most se običajno uporablja za umerjanje merilnih instrumentov. Prednosti mostu aWheatstone so, da lahko meri zelo nizke vrednosti v območju mili ohmov. Zaradi tega so lahko digitalne tehtnice s senzorji s precej nizkim uporom zelo zanesljive. Formulo in vezje Wheatstoneovega mostu lahko vidimo na sliki 4.

Ker je napetost tako majhna, potrebujemo instrumentni ojačevalnik, tako da je napetost dovolj ojačana, da jo krmilnik lahko prebere. Povratna napetost, pridobljena iz vhodnega instrumentacijskega ojačevalnika, se obdela v napetost, ki jo krmilnik lahko odčita (0 do 5 voltov v tej zasnovi). Dobiček lahko ustrezno prilagodimo z nastavitvijo ojačevalnega upora v tokokrogu SLG88104. Slika 5 prikazuje formulo za določitev izhodne napetosti uporabljenega vezja SLG88104.

Iz te formule je opisano razmerje dobička. Če se vrednost upornosti povečanja poveča, bo dobljeni dobiček nižji in obratno, če se vrednost upora upornika zmanjša. Izhodni odziv bo precej poudarjen, tudi če je povečanje ali zmanjšanje vrednosti majhno. Digitalne tehtnice lahko postanejo bolj občutljive na vhod (z malo teže se vrednost dramatično spremeni) ali obratno, če se dodatna občutljivost zmanjša. To je mogoče videti v razdelku z rezultati.

Korak: Nadzorni dobiček

To je zasnova, ki lahko ponovno nadzoruje dobiček, potem ko je šel skozi postopek umerjanja ojačanja strojne opreme (kalibracija upornosti ojačanja). Na podlagi odseka senzorja teže (A), ko je mogoče podatke, pridobljene z instrumentnim ojačevalnikom, znova obdelati, tako da je lažje nastaviti ojačanje. Prednost je v tem, da se lahko izognemo menjavi upornosti strojne opreme.

Na sliki 5 je z modulom ADC PGA, ki lahko prilagodi ojačanje, preden se analogna vrednost spremeni v digitalno. Zagotavljamo vhodno referenco iz izhoda Vout vezja SLG88104. Dobiček PGA bo nastavljen na tak način glede na potrebne meritve. Pri enosmernem načinu ADC uporabljamo ojačanje x0,25. Z x0,25 dobiček ni tako velik, da bi vhod, ki ga pridobi pretvornik ADC, lahko izmeril težo dovolj velikega ali maksimalnega, glede na to, kar smo poskusili z uporabo Arduina, ki je 70 kg. Po tem za primerjavo ADC -jev uporabimo Primerjaj podatke s števcem CNT2, tako da lahko z zvočnim indikatorjem ugotovimo spremembo. Trik je v primerjalniku, ki ga naredimo s kalibracijsko spremembo vrednosti CNT2, tako da je pri teži> 60 kg izhod DCMP0 "1". Indikator zvoka bo zasvetil z vnaprej določeno frekvenco z uporabo zvočnega indikatorja zakasnitve bloka, tako da bo blok logično "1", ko bo čas 0,5 s. Z zakasnitvijo, ki jo lahko nastavimo, števec CNT0 prilagodi izhodno obdobje 500 ms.

4. korak: Nizkoprepustni filter

Izhodni signal diferenčnega ojačevalnika je bolje filtrirati. Pomaga pri zavračanju motenj in zmanjšuje širokopasovni hrup. Nizkoprepustni filter (LPF) zmanjša nepotreben hrup. To preprosto nizkoprepustno filtrirno vezje je sestavljeno iz upora zaporedno z obremenitvijo in kondenzatorja vzporedno z obremenitvijo. Nekateri poskusi so pokazali, da je komponento hrupa med analizo frekvenčnega spektra mogoče zaznati v pasovno prehodnem filtru, ki ima pasovni pas 32,5–37,5 Hz. Mejna frekvenca,, fco, LPF je bila nastavljena na 20 Hz po formuli 1.75f ??, = fpeak. Običajno morajo biti kondenzatorji zelo majhni, na primer 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Dobljeno R = 80 Ω.

5. korak: GreenPAK Design Component

Na sliki 8 lahko vidimo, da GreenPAK vsebuje komponente, ki jih potrebujemo, modul ADC in števec čakalne dobe.

V razdelku z modulom ADC se lahko ojačanje PGA po potrebi zmanjša ali poveča. Dobiček PGA ima enako funkcijo kot ojačevalni upor v vezju SLG88104.

Izhodni podatki, pridobljeni z ADC, so tako urejeni s številskimi kalibracijskimi podatki z dodajanjem ali zmanjšanjem vrednosti podatkov števca. Nastavimo ga lahko glede na strojno opremo, ki smo jo ustvarili, in ustrezno težo za tiskanje. Za ta demo dobimo in nastavimo vrednost števca 250 za 60 kg.

Števec čakalne dobe je CNT0. Štetje podatkov na CNT0 določa, kako dolgo bo zvočni indikator vklopljen. To vrednost lahko nastavimo po potrebi. Za to predstavitev uporabljamo števec podatkov 3125 za 0,5 s.

Za primerjavo s standardnimi vrati AND uporabljamo LUT0, tako da, če natančen čas 0,5 s in teža presega 60 kg, se oglasi zvočni indikator.

6. korak: Rezultat

Za to simulacijo smo naredili dva testa. Najprej poskušamo ugotoviti učinek ojačanja upora na poznejši vhod, ki ga je treba obdelati, in dobiti kalibracijsko vrednost ojačevalnega upora, ki se najbolje ujema z izdelano digitalno lestvico. Drugi je oblikovanje z uporabo SLG46140, da bo lahko izpopolnil dobiček, ki ga želite doseči. Po preskusu smo iskali najvišjo točko vrednosti upora za digitalne tehtnice, da bi povečali zmogljivost ustvarjenega ojačevalnega vezja in zmogljivosti razvitih digitalnih lestvic. S to zasnovo dobimo najvišjo vrednost upora upora ± 6,8 Ohma, največja izmerjena teža pa je ± 60 kg. Prilagoditi vrednost ojačevalnega upora je precej zapleteno, saj zasnova močno vpliva tudi na zahtevani upor ojačanja. Za digitalno tehtnico, uporabljeno v tem primeru, je bilo težko preseči 6,8 Ohma, da bi dosegli večjo težo.

Poleg tega lahko pri drugem testu (z uporabo SLG46140 in njegovih funkcij) največjo težo, ki jo želite izmeriti, nastavite z modulom PGA, ki nastavi ojačanje. Preizkusimo z nastavitvijo dobička x 0,25 in indikator zvoka se sproži pri teži> 60 kg. Na podlagi zgornjih rezultatov deluje funkcionalno kalibracija digitalne lestvice. To je v veliko pomoč pri nastavitvi ojačevalnika v primerjavi z ročnimi spremembami strojne opreme. Ugodno primerjamo tudi velikost s krmilnikom, ki lahko prilagodi kalibracijo ojačitve ojačevalnika in ima tudi funkcijo ADC. Prednosti oblikovanja, predstavljene tukaj, vključujejo manjšo fizično velikost, preprostost, porabo energije, ceno in enostavno prilagodljivost.

Zaključek

Ta indikator prekomerne telesne teže z uporabo SLG46140 je idealna rešitev za vnaprej nastavljen indikator teže. Zgornjo zasnovo Dialog Semiconductor GreenPAK dokonča uporaba SLG88104. Nižji primerjalni stroški, majhna površina, nizka poraba energije in enostavnost programiranja GreenPAK to izstopa v primerjavi z zasnovo mikrokrmilnika. Prikazani so bili Wheatstonov most, diferencialni ojačevalnik in načela nastavljivega dobička. Ta primer oblikovanja se lahko razširi tudi na druge aplikacije mostov Wheatstone, saj je zelo zanesljiv pri instrumentih z zelo nizko upornostjo.