نحوه ایجاد شاخص اضافه وزن: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

هدف اصلی این برنامه اندازه گیری وزن یک جسم است و در صورت اضافه وزن با صدای زنگ هشدار نشان می دهد. ورودی سیستم از لودسل می آید. ورودی یک سیگنال آنالوگ است که توسط یک تقویت کننده دیفرانسیل تقویت شده است. سیگنال آنالوگ با استفاده از ADC به سیگنال دیجیتال تبدیل می شود. سپس مقدار نتیجه خواندن ADC با مقدار خاصی که به گونه ای تنظیم شده است مقایسه می شود که محدودیت بار مورد نظر را نشان دهد. در صورت اضافه وزن ، هشدار با فرکانس 1 هرتز روشن می شود. در این یادداشت برنامه ، ما از فشارسنج به عنوان سنسور وزن ، SLG88104 به عنوان تقویت کننده دیفرانسیل و SLG46140V به عنوان ADC و تهویه سیگنال استفاده می کنیم. سیستم را می توان با اعمال بار بیش از حد بار مورد نظر (60 کیلوگرم) اثبات کرد. اگر در آن شرایط زنگ هشدار با فرکانس 1 هرتز روشن باشد ، عملکرد سیستم صحیح است. مزایای کلیدی طراحی با GreenPAK ™ این است که محصول کوچکتر ، کم هزینه تر ، ساده تر و آسان برای توسعه است. GreenPAK دارای رابط کاربری ساده GUI در GreenPAK Designer است که به مهندسان اجازه می دهد طرح های جدید را به سرعت و به راحتی پیاده سازی کرده و به نیازهای متغیر طراحی پاسخ دهند. اگر می خواهیم آن را بیشتر توسعه دهیم ، این راه حل یک انتخاب عالی است. استفاده از GreenPAK این طرح را بسیار ساده ، سبک و تنها یک منطقه کوچک را برای اجرای آن در اکثر برنامه ها اشغال کرده است. به دلیل منابع مدار داخلی موجود در GreenPAK ، این طرح را می توان با ویژگی های بیشتر بدون نیاز به افزودن IC های اضافی زیاد افزایش داد. برای بررسی عملکرد این سیستم ، ما فقط باید مدار طراحی شده با ابزار شبیه سازی GreenPAK را پیاده سازی کنیم.

تمام مراحل مورد نیاز را بشناسید و بفهمید که چگونه تراشه GreenPAK برای کنترل شاخص اضافه وزن برنامه ریزی شده است. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به رایانه خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا IC سفارشی برای کنترل شاخص اضافه وزن شما ایجاد شود. اگر علاقمند به درک نحوه عملکرد مدار هستید مراحل توصیف شده زیر را دنبال کنید.

مرحله 1: روش طراحی

ایده اصلی این طرح تسهیل کالیبراسیون وزن در مقیاس دیجیتال است ، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است. فرض کنید چهار حالت برای توصیف نحوه عملکرد این سیستم وجود دارد. این سیستم دارای یک بخش سنسور وزن معمولی (A) است و سپس تبدیل داده های آنالوگ به دیجیتال را انجام می دهد. سنسورها معمولاً مقادیر آنالوگ سطح بسیار پایینی تولید می کنند و پس از تبدیل به سیگنال های دیجیتال ، راحت تر پردازش می شوند. سیگنال مورد استفاده دارای داده های دیجیتالی قابل خواندن خواهد بود. داده های به دست آمده به شکل دیجیتالی را می توان در مقدار دیجیتال مورد نظر (برای اجسام سنگین یا سبک) دوباره پردازش کرد. برای نشان دادن وضعیت مقدار نهایی ، از زنگ استفاده می کنیم ، اما می توان آن را به راحتی تغییر داد. برای نشانگر صدا ، می توان از چشمک زدن معروف (نشانگر تاخیر صدا (B)) استفاده کرد. در این آزمایش ما از مقیاس موجود با چهار سنسور سلول بار با استفاده از اصل پل Wheatstone استفاده کردیم. در مورد LCD که قبلاً در مقیاس های دیجیتال وجود دارد ، فقط برای تأیید ارزش تولید شده با مقیاس های موجود باقی می ماند.

مرحله 2: ورودی بازخورد

بازخورد ورودی برای این سیستم ناشی از فشاری است که سنسور برای ارائه یک سیگنال آنالوگ به شکل ولتاژ بسیار پایین ایجاد می کند اما همچنان می تواند به داده های مقیاس وزن پردازش شود. ساده ترین مدار سنسور اسکن دیجیتال از یک مقاومت ساده ساخته شده است که می تواند مقدار مقاومت خود را با توجه به وزن / فشار اعمال شده تغییر دهد. مدار سنسور را می توانید در شکل 2 مشاهده کنید.

حسگرهایی که در هر گوشه مقیاس قرار می گیرند مقادیر دقیقی برای کل ورودی ارائه می دهند. اجزای اصلی مقاومت سنسور را می توان در پل هایی مونتاژ کرد که برای اندازه گیری هر سنسور استفاده می شود. این مدار معمولاً در مدارهای دیجیتالی استفاده می شود که از چهار منبع وابسته استفاده می کنند. ما فقط از چهار سنسور تعبیه شده در مقیاس برای آزمایشات خود استفاده می کنیم و سیستم های از پیش تعبیه شده در این مقیاس مانند LCD و کنترلر فقط برای اعتبار طرح ما نگهداری می شوند. مدارهای مورد استفاده ما در شکل 3 قابل مشاهده است.

یک پل Wheatstone معمولاً برای کالیبراسیون ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود. مزایای پل aWheatstone این است که می تواند مقادیر بسیار پایین را در محدوده میلی اهم اندازه گیری کند. به همین دلیل ، ترازوهای دیجیتالی با سنسورهای مقاومت نسبتاً پایین می توانند بسیار قابل اعتماد باشند. ما می توانیم فرمول و مدار پل Wheatstone را در شکل 4 مشاهده کنیم.

از آنجا که ولتاژ بسیار کم است ، ما نیاز به یک تقویت کننده ابزار داریم تا ولتاژ به اندازه کافی تقویت شود تا توسط یک کنترل کننده خوانده شود. ولتاژ بازخورد به دست آمده از تقویت کننده ابزار ورودی به ولتاژی تبدیل می شود که توسط کنترلر قابل خواندن است (0 تا 5 ولت در این طرح). ما می توانیم با تنظیم مقاومت بهره در مدار SLG88104 ، بهره را به طور مناسب تنظیم کنیم. شکل 5 فرمول تعیین ولتاژ خروجی مدار SLG88104 مورد استفاده را نشان می دهد.

از این فرمول ، رابطه افزایش توضیح داده شده است. اگر مقدار مقاومت افزایش یابد ، سود بدست آمده کمتر و برعکس اگر مقدار مقاومت افزایش یابد کاهش می یابد. حتی اگر افزایش یا کاهش مقدار کوچک باشد ، پاسخ خروجی کاملاً تأکید می شود. مقیاس های دیجیتال می توانند نسبت به ورودی حساس تر شوند (تنها با اندکی وزن ، مقدار به طرز چشمگیری تغییر می کند) یا برعکس در صورت کاهش حساسیت اضافه شده. این را می توان در بخش نتایج مشاهده کرد.

مرحله 3: کنترل سود

این طرحی است که می تواند پس از گذراندن فرایند کالیبراسیون افزایش سخت افزار (کالیبراسیون مقاومت افزایش) دوباره سود را کنترل کند. از طراحی بخش حسگر وزن (A) ، هنگامی که داده های به دست آمده از تقویت کننده ابزار ، داده ها را می توان دوباره پردازش کرد تا سود به راحتی تنظیم شود. مزیت این است که ما می توانیم از تغییر مقاومت افزایش سخت افزار جلوگیری کنیم.

در شکل 5 ، با ماژول ADC یک PGA وجود دارد که می تواند سود را قبل از تغییر مقدار آنالوگ به دیجیتال تنظیم کند. ما مرجع ورودی را از خروجی Vout مدار SLG88104 ارائه می دهیم. سود PGA با توجه به اندازه گیری های مورد نیاز ما به گونه ای تنظیم می شود. ما از افزایش x0.25 با حالت ADC تک پایان استفاده می کنیم. با x0.25 افزایش آنقدر زیاد نیست که ورودی بدست آمده توسط مبدل ADC بتواند وزن را به اندازه کافی بزرگ یا حداکثر با توجه به آنچه ما با استفاده از آردوینو 70 کیلوگرم آزمایش کرده ایم اندازه گیری کند. پس از آن ، ما از داده های مقایسه با شمارنده CNT2 به عنوان مقایسه کننده ADC استفاده می کنیم ، بنابراین می توانیم تغییر را با نشانگر صدا بدانیم. این ترفند مقایسه ای است که ما با استفاده از تغییر کالیبراسیون مقدار CNT2 انجام می دهیم به طوری که وقتی وزن> 60 کیلوگرم باشد ، خروجی DCMP0 "1" است. نشانگر صدا با یک فرکانس از پیش تعیین شده با استفاده از نشانگر صدای تاخیر بلوک روشن می شود تا بلوک منطقی "1" در زمان 0.5 ثانیه باشد. تأخیری که می توانیم داده های شمارنده CNT0 را تنظیم کنیم ، دوره خروجی 500 میلی ثانیه را تنظیم می کند.

مرحله 4: فیلتر Low Pass

ترجیحا فیلتر سیگنال خروجی تقویت کننده دیفرانسیل است. به رد تداخل کمک می کند و نویز پهن باند را کاهش می دهد. فیلتر کم گذر (LPF) که اجرا می شود ، نویزهای غیر ضروری را کاهش می دهد. این مدار ساده فیلتر کم گذر شامل یک مقاومت سری با بار و یک خازن به موازات بار است. برخی از آزمایشها نشان داد که جزء نویز در فیلتر باند گذر دارای باند عبور 32.5-37.5 هرتز در طول تجزیه و تحلیل طیف فرکانسی قابل تشخیص است. فرکانس قطع ، fco ، LPF با استفاده از فرمول 1.75f ؟؟ ، = fpeak به 20 هرتز تنظیم شد. معمولاً خازن ها باید بسیار کوچک باشند ، برای مثال 100 μF.

f ؟؟ = 1/2 ؟؟؟

R = 80 Ω به دست آمده

مرحله 5: جزء طراحی GreenPAK

از شکل 8 می بینیم GreenPAK شامل اجزای مورد نیاز ماژول ADC و شمارنده برای زمان انتظار است.

در بخش ADC Module ، افزایش PGA می تواند سود را در صورت نیاز کاهش یا افزایش دهد. PGA عملکرد مشابهی با مقاومت افزایش در مدار SLG88104 دارد.

داده های خروجی به دست آمده توسط ADC ، به گونه ای با داده های کالیبراسیون متقابل با افزودن یا کاهش مقدار داده شمارنده تنظیم شده است. ما می توانیم آن را با توجه به سخت افزاری که ایجاد کرده ایم و وزن مناسب برای خروجی تنظیم کنیم. برای این نسخه ی نمایشی ، مقدار داده شمارنده 250 را برای 60 کیلوگرم دریافت کرده و تنظیم می کنیم.

شمارنده زمان انتظار CNT0 است. داده های شمارنده در CNT0 تعیین می کند که نشانگر صوتی تا چه مدت روشن است. ما می توانیم این مقدار را همانطور که نیاز داریم تعیین کنیم. برای این نسخه ی نمایشی از شمارنده داده 3125 به مدت 0.5 ثانیه استفاده می کنیم.

ما از LUT0 برای مقایسه با دروازه های استاندارد AND استفاده می کنیم تا اگر زمان دقیق 0.5 ثانیه و وزن آن بیش از 60 کیلوگرم باشد ، نشانگر صدا به صدا در می آید.

مرحله ششم: نتیجه گیری

برای این شبیه سازی ما دو آزمایش انجام دادیم. ابتدا ، ما سعی می کنیم تأثیر Resistor Gain را روی ورودی بعداً بدست آوریم تا پردازش شود و مقدار کالیبراسیون مقاومت افزایش را که با مقیاس دیجیتالی ساخته شده مطابقت دارد بدست آوریم. مورد دوم این است که طراحی را با استفاده از SLG46140 انجام دهید تا بتوانید سود مورد نظر خود را کامل کنید. پس از آزمایش ، ما بالاترین نقطه مقاومت را برای مقیاس های دیجیتالی جستجو کردیم تا حداکثر قابلیت تقویت کننده ایجاد شده و قابلیت های مقیاس های دیجیتالی توسعه یافته را به حداکثر برسانیم. با این طراحی ما بالاترین مقدار مقاومت افزایش 6.8 اهم را دریافت می کنیم و حداکثر وزن اندازه گیری شده 60 کیلوگرم است. تنظیم مقدار مقاومت گیرنده بسیار پیچیده است زیرا طراحی آن نیز مقاومت زیاد مورد نیاز را بسیار تحت تأثیر قرار می دهد. برای مقیاس دیجیتالی مورد استفاده در این مثال ، برای رسیدن به وزن بیشتر ، فراتر رفتن از 6.8 اهم دشوار بوده است.

علاوه بر این ، از آزمایش دوم (با استفاده از SLG46140 و ویژگی های آن) ، حداکثر وزنی که می خواهید اندازه گیری کنید می توانید با استفاده از ماژول PGA که میزان افزایش را تعیین می کند ، تعیین کنید. ما با تنظیم افزایش 0.25 x تست می کنیم و نشانگر صدا با وزن> 60 کیلوگرم فعال می شود. بر اساس نتایج فوق ، از نظر عملکرد ، کالیبراسیون مقیاس دیجیتال به خوبی پیش می رود. این در تنظیم تقویت کننده در مقایسه با تغییرات سخت افزاری دستی بسیار مفید است. ما همچنین از نظر اندازه مطلوب با کنترلری که می تواند کالیبراسیون افزایش آمپلی فایر را تنظیم کند و دارای ویژگی ADC نیز مقایسه کنیم. مزایای طراحی ارائه شده در اینجا شامل اندازه فیزیکی کوچکتر ، سادگی ، مصرف برق ، قیمت و به راحتی قابل تنظیم است.

نتیجه

این شاخص اضافه وزن با استفاده از SLG46140 یک راه حل ایده آل برای یک شاخص وزن از پیش تعیین شده است. طراحی TheDialog Semiconductor GreenPAK در بالا با استفاده از SLG88104 تکمیل شده است. هزینه مقایسه ای کمتر ، مساحت کوچک ، قدرت کم ، همراه با سهولت برنامه نویسی GreenPAK این را در مقایسه با طراحی میکروکنترلر برجسته می کند. پل Wheatstone ، تقویت کننده دیفرانسیل و اصول افزایش قابل تنظیم نشان داده شد. این مثال طراحی را می توان به سایر برنامه های پل Wheatstone نیز بسط داد ، زیرا در ابزارهای بسیار کم مقاومت بسیار قابل اعتماد است.