Come creare un indicatore di sovrappeso: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

L'obiettivo principale di questa applicazione è misurare il peso di un oggetto quindi indicare con un suono di allarme in caso di sovrappeso. L'ingresso del sistema proviene da una cella di carico. L'ingresso è un segnale analogico che è stato amplificato da un amplificatore differenziale. Il segnale analogico viene convertito in segnale digitale utilizzando un ADC. Il valore del risultato della lettura dell'ADC viene quindi confrontato con un determinato valore impostato in modo che rappresenti il limite di carico desiderato. Se si verifica un sovrappeso, l'avviso si attiva con una frequenza di 1 Hz. In questa nota sull'app, utilizzeremo un estensimetro come sensore di peso, SLG88104 come amplificatore differenziale e SLG46140V come ADC e condizionamento del segnale. Il sistema può essere verificato applicando un carico superiore al limite di carico desiderato (60 Kg). La funzionalità del sistema è corretta se in quella condizione l'allarme è attivo con una frequenza di 1 Hz. I principali vantaggi della progettazione con GreenPAK™ sono che il prodotto è più piccolo, più economico, più semplice e facile da sviluppare. GreenPAK dispone di una semplice interfaccia GUI in GreenPAK Designer, che consente agli ingegneri di implementare rapidamente e facilmente nuovi progetti e rispondere ai mutevoli requisiti di progettazione. Se vogliamo svilupparlo ulteriormente, questa soluzione è un'ottima scelta. L'utilizzo di GreenPAK rende questo design molto semplice, leggero e occupa solo una piccola area per implementarlo nella maggior parte delle applicazioni. A causa delle risorse del circuito interno disponibili all'interno di GreenPAK, questo design può essere migliorato con più funzionalità senza dover aggiungere troppi circuiti integrati aggiuntivi. Per verificare la funzionalità di questo sistema, è sufficiente implementare il circuito progettato con lo strumento di simulazione GreenPAK.

Scopri tutti i passaggi necessari per capire come è stato programmato il chip GreenPAK per controllare l'indicatore di sovrappeso. Tuttavia, se desideri solo ottenere il risultato della programmazione, scarica il software GreenPAK per visualizzare il file di progettazione GreenPAK già completato. Collega il kit di sviluppo GreenPAK al tuo computer e premi il programma per creare l'IC personalizzato per controllare il tuo indicatore di sovrappeso. Segui i passaggi descritti di seguito se sei interessato a capire come funziona il circuito.

Passaggio 1: Approccio alla progettazione

Un'idea chiave di questo progetto è quella di facilitare la calibrazione del peso su una bilancia digitale, come illustrato nello schema seguente. Supponiamo che ci siano quattro stati per descrivere come funziona questo sistema. Il sistema ha una tipica sezione del sensore di peso (A) e quindi esegue una conversione dei dati da analogico a digitale. I sensori in genere generano valori analogici di livello molto basso e possono essere elaborati più facilmente dopo la conversione in segnali digitali. Il segnale da utilizzare avrà dati digitali leggibili. I dati ottenuti in forma digitale possono essere rielaborati nel valore digitale desiderato (per oggetti pesanti o leggeri). Per indicare lo stato del valore finale utilizziamo un buzzer, ma può essere modificato facilmente. Per un indicatore vocale, si può utilizzare un noto lampeggio (indicatore acustico di ritardo (B)). In questo esperimento abbiamo utilizzato una bilancia esistente con quattro sensori di celle di carico collegati utilizzando il principio del ponte di Wheatstone. Come per l'LCD già presente sulle bilance digitali, viene lasciato solo alla validazione del valore generato con bilance esistenti.

Passaggio 2: input di feedback

Il feedback in ingresso per questo sistema proviene dalla pressione ottenuta dal sensore per fornire un segnale analogico sotto forma di una tensione molto bassa ma può comunque essere elaborato in dati di bilance. Il circuito più semplice del sensore a scansione digitale è costituito da un semplice resistore che può variare il proprio valore di resistenza in base al peso/pressione applicata. Il circuito del sensore può essere visto in Figura 2.

I sensori posizionati ad ogni angolo della scala forniranno valori accurati per l'input totale. I componenti principali dei resistori del sensore possono essere assemblati in ponti che possono essere utilizzati per misurare ciascun sensore. Questo circuito è comunemente usato nei circuiti digitali che utilizzano quattro sorgenti interdipendenti. Usiamo solo i quattro sensori incorporati su una scala per i nostri esperimenti e i sistemi pre-incorporati su questa scala come LCD e il controller vengono conservati solo per convalidare il nostro design. I circuiti che abbiamo usato possono essere visti in Figura 3.

Un ponte di Wheatstone viene tipicamente utilizzato per calibrare gli strumenti di misura. I vantaggi di un ponte di Wheatstone è che può misurare valori molto bassi nell'intervallo dei milli-ohm. Per questo motivo, le bilance digitali con sensori a resistenza abbastanza bassa possono essere molto affidabili. Possiamo vedere la formula e il circuito del ponte di Wheatstone in Figura 4.

Poiché la tensione è così piccola, abbiamo bisogno di un amplificatore per strumentazione in modo che la tensione sia amplificata abbastanza da essere letta da un controller. La tensione di retroazione ottenuta dall'amplificatore della strumentazione di ingresso viene elaborata in una tensione che può essere letta dal controller (da 0 a 5 volt in questo progetto). Possiamo regolare opportunamente il guadagno impostando il resistore di guadagno nel circuito SLG88104. La Figura 5 mostra la formula per determinare la tensione di uscita del circuito SLG88104 che è stato utilizzato.

Da questa formula viene descritta la relazione di guadagno. Se il valore del resistore di guadagno viene aumentato, il guadagno ottenuto sarà inferiore e viceversa se il valore del resistore di guadagno viene diminuito. La risposta in uscita sarà abbastanza accentuata anche se l'aumento o la diminuzione del valore è piccolo. Le bilance digitali possono diventare più sensibili all'input (con solo un piccolo peso, il valore cambia drasticamente), o viceversa se la sensibilità aggiunta diminuisce. Questo può essere visto nella sezione dei risultati.

Passaggio 3: guadagno di controllo

Questo è un design in grado di controllare nuovamente il guadagno dopo aver eseguito il processo di calibrazione del guadagno hardware (calibrazione del resistore di guadagno). Dal progetto della sezione del sensore di peso (A), quando i dati ottenuti dall'amplificatore dello strumento, i dati possono essere elaborati nuovamente in modo che il guadagno possa essere impostato più facilmente. Il vantaggio è che possiamo evitare un cambio di resistore di guadagno hardware.

Nella Figura 5, con il modulo ADC è presente un PGA in grado di regolare il guadagno prima che il valore analogico venga modificato in digitale. Forniamo il riferimento di ingresso dall'uscita Vout del circuito SLG88104. Il guadagno PGA sarà impostato in questo modo in base alle misurazioni di cui abbiamo bisogno. Usiamo il guadagno x0.25 con la modalità ADC single-ended. Con x0.25 il guadagno non è così grande che l'ingresso ottenuto dal convertitore ADC può misurare il peso di abbastanza grande o massimo secondo quello che abbiamo provato usando Arduino che è di 70 Kg. Successivamente, utilizziamo Confronta i dati con il contatore CNT2 come comparatore ADC, in modo da poter conoscere il cambiamento con l'indicatore sonoro. Il trucco è il comparatore che facciamo mediante la modifica della calibrazione del valore CNT2 in modo che quando il peso > 60 kg, l'output di DCMP0 sia "1". L'indicatore del suono si accenderà con una frequenza predeterminata utilizzando l'indicatore acustico del ritardo del blocco in modo che il blocco sia "1" logico quando il tempo è 0,5 s. Il ritardo che possiamo impostare sui dati del contatore CNT0 regola il periodo di uscita di 500 ms.

Passaggio 4: filtro passa basso

È preferibile filtrare il segnale di uscita dell'amplificatore differenziale. Aiuta a respingere le interferenze e riduce il rumore a banda larga. Il filtro passa basso (LPF) implementato riduce il rumore non necessario. Questo semplice circuito di filtro passa basso è costituito da un resistore in serie con un carico e un condensatore in parallelo con il carico. Alcuni esperimenti hanno mostrato che la componente di rumore era rilevabile nel filtro passa banda con banda passante 32,5-37,5 Hz durante l'analisi dello spettro di frequenza. La frequenza di taglio,, fco, dell'LPF è stata fissata a 20 Hz, utilizzando la formula 1.75f??, = fpeak. Di solito, i condensatori dovrebbero essere molto piccoli, ad esempio 100 μF.

F?? = 1/2???

Ottenuto R = 80.

Passaggio 5: componente di progettazione GreenPAK

Possiamo vedere dalla Figura 8 che GreenPAK contiene i componenti di cui abbiamo bisogno, il modulo ADC e il contatore per i tempi di attesa.

Nella sezione Modulo ADC, il guadagno PGA può diminuire o aumentare il guadagno secondo necessità. Il guadagno PGA ha la stessa funzione del resistore di guadagno nel circuito SLG88104.

I dati di uscita ottenuti dall'ADC, disposti in modo tale da dati di calibrazione del contatore aggiungendo o riducendo il valore dei dati del contatore. Possiamo impostarlo in base all'hardware che abbiamo creato e al peso appropriato da emettere. Per questa demo otteniamo e impostiamo il valore dei dati del contatore di 250 per 60 kg.

Il Contatore dei tempi di attesa è CNT0. I dati del contatore su CNT0 determineranno per quanto tempo l'indicatore sonoro sarà acceso. Possiamo impostare questo valore di cui abbiamo bisogno. Per questa demo utilizziamo il contatore dati 3125 per 0,5 s.

Usiamo LUT0 per confrontare con porte AND standard in modo che se il tempo esatto di 0,5 s e il peso supera i 60 kg, l'indicatore acustico suonerà.

Passaggio 6: risultato

Per questa simulazione abbiamo fatto due prove. Per prima cosa cerchiamo di conoscere l'effetto del Resistor Gain sull'ingresso ottenuto successivamente per essere processato e otteniamo il valore di calibrazione del guadagno del resistore che meglio corrisponde alla bilancia digitale realizzata. Il secondo è realizzare il progetto utilizzando SLG46140 per poter perfezionare il guadagno che si desidera ottenere. Dopo il test, abbiamo cercato il punto più alto del valore del resistore per le bilance digitali per massimizzare la capacità del circuito amplificatore creato e le capacità delle bilance digitali sviluppate. Con questo progetto otteniamo il valore del resistore di guadagno più alto di ± 6,8 Ohm e il peso massimo misurato è di ± 60 Kg. È piuttosto complicato regolare il valore del resistore di guadagno perché il design influisce notevolmente anche sul resistore di guadagno richiesto. Per la bilancia digitale utilizzata in questo esempio, è stato difficile superare i 6,8 Ohm nel tentativo di ottenere un peso maggiore.

Inoltre, dal secondo test (utilizzando SLG46140 e le sue caratteristiche), è possibile impostare il peso massimo che si desidera misurare utilizzando il modulo PGA che imposta il guadagno. Testiamo con un'impostazione del guadagno x 0,25 e l'indicatore sonoro si attiva con un peso >60 kg. Sulla base dei risultati di cui sopra, funzionalmente, la calibrazione della bilancia digitale va bene. Questo è molto utile per impostare l'amplificatore rispetto alle modifiche hardware manuali. Confrontiamo anche favorevolmente le dimensioni con un controller che può regolare la calibrazione del guadagno dell'amplificatore e ha anche la funzione ADC. I vantaggi del design qui presentati includono dimensioni fisiche ridotte, semplicità, consumo energetico, prezzo e facilità di personalizzazione.

Conclusione

Questo indicatore di sovrappeso che utilizza SLG46140 è una soluzione ideale per un indicatore di peso preimpostato. Il progetto di Dialog Semiconductor GreenPAK di cui sopra viene completato utilizzando SLG88104. Il costo comparativo inferiore, l'area ridotta, la bassa potenza e la facilità di programmazione GreenPAK lo fanno risaltare rispetto al design di un microcontrollore. Sono stati dimostrati i principi del ponte di Wheatstone, dell'amplificatore differenziale e del guadagno regolabile. Questo esempio di progettazione può essere esteso anche ad altre applicazioni del ponte di Wheatstone, poiché è altamente affidabile su strumentazione a resistenza molto bassa.