Artıq çəki göstəricisi necə hazırlanır: 6 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bu tətbiqin əsas məqsədi bir obyektin çəkisini ölçmək və sonra artıq çəki halında həyəcan səsi ilə göstərməkdir. Sistemin girişi bir yük hüceyrəsindən gəlir. Giriş diferensial gücləndirici ilə gücləndirilmiş analoq siqnaldır. Analoq siqnal ADC istifadə edərək rəqəmsal siqnala çevrilir. ADC oxu nəticəsinin dəyəri, sonra müəyyən bir dəyərlə müqayisə edilir ki, istənilən yük həddini təmsil etsin. Əgər artıq çəki baş verərsə, siqnal 1 Hz tezliyi ilə açılır. Bu tətbiq qeydində, çəki sensoru olaraq bir gərginlik ölçmə cihazı, diferensial gücləndirici olaraq SLG88104, ADC və siqnal kondisioneri olaraq SLG46140V istifadə edəcəyik. İstənilən yük həddini (60 Kq) aşan bir yük tətbiq etməklə sistem sübut edilə bilər. Bu vəziyyətdə həyəcan siqnalı 1 Hz tezliyində olarsa sistemin funksionallığı düzgündür. GreenPAK ™ ilə dizaynın əsas üstünlükləri, məhsulun daha kiçik olması, daha aşağı qiymətə, daha sadə və inkişaf etdirilməsinin asan olmasıdır. GreenPAK, GreenPAK Designer -də sadə bir GUI interfeysinə malikdir və mühəndislərə yeni dizaynları tez və asanlıqla tətbiq etməyə və dəyişən dizayn tələblərinə cavab verməyə imkan verir. Daha da inkişaf etdirmək istəyiriksə, bu həll əla seçimdir. GreenPAK istifadə edərək, bu dizaynı çox sadə, yüngül edir və əksər tətbiqlərdə tətbiq etmək üçün yalnız kiçik bir sahə tutur. GreenPAK -da mövcud olan daxili dövrə qaynaqları səbəbindən, bu dizayn çoxlu əlavə IC -lər əlavə etmədən daha çox xüsusiyyətlərlə inkişaf etdirilə bilər. Bu sistemin funksionallığını yoxlamaq üçün sadəcə GreenPAK simulyasiya vasitəsi ilə hazırlanmış dövrəni tətbiq etməliyik.

GreenPAK çipinin artıq çəki göstəricisini idarə etmək üçün necə proqramlaşdırıldığını anlamaq üçün lazım olan bütün addımları kəşf edin. Ancaq proqramlaşdırmanın nəticəsini əldə etmək istəyirsinizsə, artıq tamamlanmış GreenPAK Dizayn Faylına baxmaq üçün GreenPAK proqramını yükləyin. GreenPAK İnkişaf Kitini kompüterinizə qoşun və artıq çəki Göstəricinizi idarə etmək üçün xüsusi IC yaratmaq üçün proqramı vurun. Dövrənin necə işlədiyini başa düşmək istəyirsinizsə, aşağıda təsvir olunan addımları izləyin.

Addım 1: Dizayn yanaşması

Bu dizaynın əsas fikri, aşağıdakı diaqramda göstərildiyi kimi rəqəmsal miqyasda çəkinin kalibrlənməsini asanlaşdırmaqdır. Bu sistemin necə işlədiyini izah etmək üçün dörd dövlət olduğunu düşünək. Sistemin tipik bir Çəki Sensor Bölməsi (A) var və sonra Analogu rəqəmsal məlumatlara çevirir. Sensorlar ümumiyyətlə çox aşağı səviyyəli analoq dəyərlər yaradır və rəqəmsal siqnallara çevrildikdən sonra daha asan işlənə bilər. İstifadə ediləcək siqnal oxunaqlı rəqəmsal məlumatlara malik olacaq. Rəqəmsal formada əldə edilən məlumatlar istənilən rəqəmsal dəyərə işlənə bilər (ağır və ya yüngül obyektlər üçün). Son dəyərin vəziyyətini göstərmək üçün bir səs siqnalı istifadə edirik, ancaq asanlıqla dəyişdirilə bilər. Səs göstəricisi üçün tanınmış bir göz qırpımından istifadə edilə bilər (Gecikmə Səs Göstəricisi (B)). Bu təcrübədə, Wheatstone körpü prinsipi ilə bağlanan dörd yük hüceyrə sensoru olan mövcud bir miqyas istifadə etdik. Artıq rəqəmsal tərəzilərdə olan LCD -yə gəldikdə, yalnız mövcud tərəzi ilə yaranan dəyərin yoxlanılması üçün qalır.

Addım 2: Əlaqə Giriş

Bu sistem üçün giriş geribildirimi, çox aşağı bir gərginlik şəklində bir analog siqnal təmin etmək üçün sensor tərəfindən əldə edilən təzyiqdən gəlir, lakin yenə də çəki tərəzi məlumatlarına işlənə bilər. Rəqəmsal tarama sensorunun ən sadə dövrəsi, tətbiq olunan ağırlığa / təzyiqə görə müqavimət dəyərini dəyişə bilən sadə bir rezistordan hazırlanmışdır. Sensor dövrəsini Şəkil 2 -də görmək olar.

Ölçünün hər küncünə yerləşdirilən sensorlar ümumi giriş üçün dəqiq dəyərlər verəcəkdir. Sensor rezistorlarının əsas komponentləri hər bir sensoru ölçmək üçün istifadə edilə bilən körpülərə birləşdirilə bilər. Bu dövrə ümumiyyətlə bir -birindən asılı olan dörd mənbədən istifadə edən rəqəmsal sxemlərdə istifadə olunur. Təcrübələrimiz üçün yalnız bir miqyasda quraşdırılmış dörd sensordan istifadə edirik və LCD və nəzarətçi kimi bu ölçülü əvvəlcədən quraşdırılmış sistemlər yalnız dizaynımızı təsdiq etmək üçün saxlanılır. İstifadə etdiyimiz sxemləri Şəkil 3 -də görmək olar.

Bir Wheatstone körpüsü ümumiyyətlə ölçü alətlərinin kalibrlənməsi üçün istifadə olunur. AWheatstone körpüsünün üstünlükləri, milli ohm aralığında çox aşağı dəyərləri ölçə bilməsidir. Bu səbəbdən kifayət qədər aşağı müqavimət sensoru olan rəqəmsal tərəzi çox etibarlı ola bilər. Formul və Wheatstone körpü sxemini Şəkil 4 -də görə bilərik.

Gərginlik o qədər kiçik olduğu üçün, bir nəzarətçi tərəfindən oxunması üçün kifayət qədər gücləndirilməsi üçün bir cihaz gücləndiricisinə ehtiyacımız var. Giriş cihazlarının gücləndiricisindən əldə edilən geribildirim, nəzarətçi tərəfindən oxuna bilən bir gərginliyə işlənir (bu dizaynda 0 ilə 5 volt arasında). SLG88104 dövrəsindəki qazanc müqavimətini təyin edərək qazancı uyğun şəkildə tənzimləyə bilərik. Şəkil 5, istifadə olunan SLG88104 dövrəsinin çıxış gərginliyini təyin etmək üçün düsturu göstərir.

Bu düsturdan mənfəət əlaqəsi təsvir edilir. Qazanma müqavimətinin dəyəri artarsa, əldə edilən qazanc daha aşağı olar və əksinə qazanc müqavimətinin dəyəri azalsa. Qiymət artımı və ya azalması kiçik olsa belə, çıxış reaksiyası kifayət qədər vurğulanacaq. Rəqəmsal tərəzi girişə daha həssas ola bilər (yalnız bir az çəki ilə dəyər kəskin şəkildə dəyişir) və ya əlavə həssaslıq azalsa əksinə. Bunu nəticə bölməsində görmək olar.

Addım 3: Nəzarət Qazanc

Bu, hardware mənfəət kalibrləmə prosesindən keçdikdən sonra qazancı yenidən idarə edə bilən bir dizayndır (qazanma müqavimətinin kalibrlənməsi). Ağırlıq sensoru bölməsinin (A) dizaynından, alət gücləndiricisindən əldə edilən məlumatlar, qazancın daha asan qurulması üçün məlumatlar yenidən işlənə bilər. Avantaj, bir cihaz qazanma müqavimətinin dəyişməsinin qarşısını ala bilərik.

Şəkil 5 -də, ADC modulu ilə analoq dəyəri rəqəmsal olaraq dəyişməzdən əvvəl qazancı tənzimləyə bilən bir PGA var. SLG88104 dövrəsinin Vout çıxışından giriş istinadını təqdim edirik. PGA qazancı ehtiyac duyduğumuz ölçülərə uyğun olaraq qurulacaq. X0.25 mənfəətini tək uçlu ADC rejimi ilə istifadə edirik. X0.25 ilə mənfəət o qədər də böyük deyil ki, ADC çeviricisi tərəfindən əldə edilən giriş 70 Kq olan Arduino ilə sınadığımıza görə kifayət qədər böyük və ya maksimum ölçüdə ölçülə bilər. Bundan sonra, məlumatları CNT2 sayğacı ilə müqayisə etmək üçün ADC müqayisə cihazı olaraq istifadə edirik, buna görə də səs göstəricisi ilə dəyişikliyi bilə bilərik. Hiylə, CNT2 dəyərinin kalibrləmə dəyişikliyi ilə etdiyimiz müqayisəedicidir ki, çəkisi> 60 kq olduqda DCMP0 -nın Çıxışı "1" olsun. Səs göstəricisi, blok gecikmə səsi göstəricisi istifadə edərək əvvəlcədən təyin edilmiş bir tezliklə yanacaq ki, zaman 0,5 saniyədə blok "1" məntiqi olsun. CNT0 sayğac məlumatlarını təyin edə biləcəyimiz gecikmə 500 ms çıxış müddətini tənzimləyir.

Addım 4: Aşağı keçid filtri

Diferensial gücləndiricinin çıxış siqnalını süzgəcdən keçirmək üstünlük təşkil edir. Müdaxiləni rədd etməyə və genişzolaqlı səs -küyü azaltmağa kömək edir. Tətbiq olunan aşağı keçid filtri (LPF) lazımsız səs -küyü azaldır. Bu sadə aşağı keçidli filtr dövrəsi yüklü bir rezistordan və yükə paralel olaraq bir kondansatördən ibarətdir. Bəzi təcrübələr göstərdi ki, səs-küy komponenti, tezlik spektri təhlili zamanı 32,5-37,5 Hz keçid bandına malik olan bant ötürmə filtrində aşkar edilə bilər. LPF -nin kəsilmə tezliyi, fco, 1.75f ??, = fpeak düsturu ilə 20 Hz olaraq təyin edilmişdir. Adətən kondansatörler çox kiçik olmalıdır, məsələn 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Alınan R = 80 Ω.

Addım 5: GreenPAK Dizayn Komponenti

Şəkil 8 -dən görə bilərik GreenPAK, ADC moduluna ehtiyac duyduğumuz komponentləri və gözləmə müddəti üçün sayğacı ehtiva edir.

ADC Modulu bölməsində, PGA mənfəəti lazım olduqda qazancı azalda və ya artıra bilər. PGA, SLG88104 dövrəsindəki qazanc müqaviməti ilə eyni funksiyaya malikdir.

ADC tərəfindən əldə edilən çıxış məlumatları, sayğac məlumatlarının dəyərini əlavə etmək və ya azaltmaqla əks sayğac kalibrləmə məlumatları ilə təşkil edilir. Yaratdığımız aparata və çıxarıla biləcək uyğun çəkiyə görə qura bilərik. Bu demo üçün 60 kq üçün 250 sayğac məlumat dəyərini alırıq və təyin edirik.

Gözləmə müddətinin sayğacı CNT0 -dir. CNT0 üzərindəki sayğac məlumatları, səs siqnalının nə qədər işləyəcəyini təyin edəcək. Bu dəyəri istədiyimiz kimi təyin edə bilərik. Bu nümayiş üçün 3125 məlumat sayğacından 0,5 saniyə istifadə edirik.

Standart AND qapıları ilə müqayisə etmək üçün LUT0 -dan istifadə edirik ki, əgər dəqiq 0,5 s və çəki 60 kq -dan artıq olarsa, Səs göstəricisi səslənəcək.

Addım 6: Nəticə

Bu simulyasiya üçün iki test etdik. Birincisi, Resistor Gain -in sonradan əldə edilən girişə təsirini bilmək üçün çalışırıq və əldə edilən rəqəmsal ölçüyə ən uyğun olan qazanma müqavimətinin kalibrləmə dəyərini əldə edirik. İkincisi, əldə etmək istədiyiniz qazancı mükəmməlləşdirmək üçün dizaynı SLG46140 istifadə edərək etməkdir. Testdən sonra, yaradılan gücləndirici dövrənin imkanlarını və inkişaf etdirilmiş rəqəmsal tərəzilərin imkanlarını maksimum dərəcədə artırmaq üçün rəqəmsal tərəzi üçün ən yüksək müqavimət nöqtəsini axtardıq. Bu dizaynla ən yüksək mənfəət müqavimətini ± 6.8 Ohm əldə edirik və ölçülmüş maksimum çəki ± 60 Kq -dır. Qazanma müqavimətinin dəyərini tənzimləmək olduqca çətindir, çünki dizayn da tələb olunan qazanc müqavimətini çox təsir edir. Bu nümunədə istifadə olunan rəqəmsal miqyasda daha yüksək çəkiyə nail olmaq üçün 6.8 Ohm -u keçmək çətin olmuşdur.

Bundan əlavə, ikinci testdən (SLG46140 və xüsusiyyətlərindən istifadə etməklə), mənfəəti təyin edən PGA modulu ilə ölçmək istədiyiniz maksimum çəki təyin edilə bilər. X 0.25 mənfəət qəbulu ilə test edirik və səs göstəricisi> 60 kq çəki ilə işə salınır. Yuxarıdakı nəticələrə əsasən, funksional olaraq rəqəmsal miqyaslı kalibrləmə yaxşı gedir. Manuel aparat dəyişiklikləri ilə müqayisədə gücləndiricinin qurulmasında çox faydalıdır. Gücləndiricinin mənfəət kalibrini tənzimləyə bilən və ADC xüsusiyyətinə malik olan bir nəzarətçi ilə də ölçüdə müsbət müqayisə edirik. Burada təqdim olunan dizayn üstünlükləri arasında daha kiçik fiziki ölçü, sadəlik, enerji istehlakı, qiymət və asanlıqla özelleştirilebilir.

Nəticə

SLG46140 istifadə edən bu artıq çəki göstəricisi əvvəlcədən təyin edilmiş bir çəki göstəricisi üçün ideal bir həlldir. Yuxarıdakı TheDialog Semiconductor GreenPAK dizaynı SLG88104 istifadə edərək tamamlandı. Daha aşağı müqayisəli qiymət, kiçik sahə, aşağı güc, proqramlaşdırmanın asanlığı ilə yanaşı GreenPAK, mikrokontrolör dizaynı ilə müqayisədə bunu fərqləndirir. Wheatstone körpüsü, diferensial gücləndirici və tənzimlənən qazanc prinsipləri nümayiş etdirildi. Bu dizayn nümunəsi digər Wheatstone körpü tətbiqlərinə də şamil edilə bilər, çünki çox aşağı müqavimət cihazlarında olduqca etibarlıdır.