Como fazer um indicador de excesso de peso: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

O objetivo principal deste aplicativo é medir o peso de um objeto e, em seguida, indicar com um alarme sonoro em caso de excesso de peso. A entrada do sistema vem de uma célula de carga. A entrada é um sinal analógico que foi amplificado por um amplificador diferencial. O sinal analógico é convertido em um sinal digital usando um ADC. O valor do resultado da leitura do ADC é então comparado a um determinado valor que é definido de forma que represente o limite de carga desejado. Se ocorrer um excesso de peso, o alerta será ativado com uma frequência de 1 Hz. Nesta nota de aplicativo, usaremos um medidor de tensão como o sensor de peso, SLG88104 como o amplificador diferencial e SLG46140V como ADC e condicionamento de sinal. O sistema pode ser comprovado aplicando uma carga que exceda o limite de carga desejado (60 Kg). A funcionalidade do sistema está correta se nessa condição o alarme estiver ativado com uma frequência de 1 Hz. As principais vantagens de projetar com GreenPAK ™ são que o produto é menor, tem custo mais baixo, é mais simples e fácil de desenvolver. O GreenPAK tem uma interface GUI simples no GreenPAK Designer, permitindo que os engenheiros implementem novos designs de maneira rápida e fácil e respondam às mudanças nos requisitos de design. Se quisermos desenvolvê-lo ainda mais, esta solução é uma excelente escolha. O uso do GreenPAK torna este design muito simples, leve e apenas uma pequena área ocupada para implementá-lo na maioria das aplicações. Por causa dos recursos de circuito interno disponíveis no GreenPAK, este design pode ser aprimorado com mais recursos sem a necessidade de adicionar muitos ICs adicionais. Para verificar a funcionalidade deste sistema, basta implementar o circuito projetado com a ferramenta de simulação GreenPAK.

Descubra todas as etapas necessárias para entender como o chip GreenPAK foi programado para controlar o Indicador de excesso de peso. No entanto, se você deseja apenas obter o resultado da programação, baixe o software GreenPAK para visualizar o arquivo de design GreenPAK já concluído. Conecte o GreenPAK Development Kit ao seu computador e acesse o programa para criar o IC personalizado para controlar seu Indicador de Sobrepeso. Siga as etapas descritas abaixo se você estiver interessado em entender como o circuito funciona.

Etapa 1: abordagem de design

Uma ideia fundamental desse projeto é facilitar a calibração do peso em uma balança digital, conforme ilustrado no diagrama abaixo. Suponha que haja quatro estados para descrever como esse sistema funciona. O sistema tem uma seção de sensor de peso típica (A) e, em seguida, faz uma conversão de dados analógicos para digitais. Sensores normalmente geram valores analógicos de nível muito baixo e podem ser processados mais facilmente após a conversão em sinais digitais. O sinal a ser utilizado terá dados digitais legíveis. Os dados obtidos em formato digital podem ser reprocessados no valor digital desejado (para objetos pesados ou leves). Para indicar o estado do valor final, usamos uma campainha, mas pode ser alterado facilmente. Para um indicador de voz, pode-se usar um piscar bem conhecido (Delay Sound Indicator (B)). Neste experimento, usamos uma balança existente com quatro sensores de célula de carga conectados usando o princípio da ponte de Wheatstone. Quanto ao LCD já em balanças digitais, resta apenas a validação do valor gerado com as balanças existentes.

Etapa 2: entrada de feedback

O feedback de entrada para este sistema vem da pressão obtida pelo sensor para fornecer um sinal analógico na forma de uma tensão muito baixa, mas ainda pode ser processado em dados de balança de peso. O circuito mais simples do sensor de varredura digital é feito de um resistor simples que pode alterar seu valor de resistência de acordo com o peso / pressão aplicada. O circuito do sensor pode ser visto na Figura 2.

Os sensores colocados em cada canto da escala fornecerão valores precisos para a entrada total. Os principais componentes dos resistores do sensor podem ser montados em pontes que podem ser usadas para medir cada sensor. Este circuito é comumente usado em circuitos digitais que usam quatro fontes que são interdependentes. Usamos apenas os quatro sensores embutidos em uma escala para nossos experimentos, e sistemas pré-embutidos nesta escala, como LCD e o controlador, são mantidos apenas para validação de nosso projeto. Os circuitos que usamos podem ser vistos na Figura 3.

Uma ponte de Wheatstone é normalmente usada para calibrar instrumentos de medição. As vantagens de uma ponte Wheatstone é que ela pode medir valores muito baixos na faixa de mili-ohms. Por causa disso, balanças digitais com sensores de resistência razoavelmente baixa podem ser muito confiáveis. Podemos ver a fórmula e o circuito da ponte de Wheatstone na Figura 4.

Como a voltagem é tão pequena, precisamos de um amplificador de instrumentação para que a voltagem seja amplificada o suficiente para ser lida por um controlador. A tensão de feedback obtida do amplificador de instrumentação de entrada é processada em uma tensão que pode ser lida pelo controlador (0 a 5 volts neste projeto). Podemos ajustar apropriadamente o ganho configurando o resistor de ganho no circuito SLG88104. A Figura 5 mostra a fórmula para determinar a tensão de saída do circuito SLG88104 que foi usado.

A partir dessa fórmula, a relação de ganho é descrita. Se o valor do resistor de ganho for aumentado, o ganho obtido será menor e vice-versa se o valor do resistor de ganho for diminuído. A resposta de saída será bastante acentuada, mesmo se o aumento ou diminuição no valor for pequeno. Balanças digitais podem se tornar mais sensíveis à entrada (com apenas um pouco de peso, o valor muda drasticamente), ou vice-versa se a sensibilidade adicionada diminuir. Isso pode ser visto na seção de resultados.

Etapa 3: Controle de ganho

Este é um projeto que pode controlar o ganho novamente após passar pelo processo de calibração de ganho de hardware (calibração do resistor de ganho). A partir do projeto da seção do sensor de peso (A), quando os dados obtidos do amplificador do instrumento, os dados podem ser processados novamente para que o ganho possa ser definido mais facilmente. A vantagem é que podemos evitar uma mudança no resistor de ganho do hardware.

Na Figura 5, com o módulo ADC, há um PGA que pode ajustar o ganho antes que o valor analógico seja alterado para digital. Fornecemos a referência de entrada da saída Vout do circuito SLG88104. O ganho PGA será configurado de acordo com as medições que precisamos. Usamos ganho de x0,25 com modo ADC de terminação única. Com x0,25 o ganho não é tão grande que a entrada obtida pelo conversor ADC possa medir o peso grande o suficiente ou no máximo de acordo com o que tentamos usando o Arduino que é 70 kg. Depois disso, usamos Comparar dados com contador CNT2 como comparador ADC, para que possamos saber a mudança com o indicador de som. O truque é o comparador que fazemos por meio da mudança de calibração do valor de CNT2 para que quando o peso for> 60 kg, a Saída de DCMP0 seja "1". O indicador de som acenderá com uma frequência predeterminada usando o indicador de som de atraso de bloco para que o bloco seja lógico "1" quando o tempo for 0,5 s. O atraso, podemos definir os dados do contador CNT0 ajustar o período de saída de 500 ms.

Etapa 4: Filtro passa-baixo

É preferível filtrar o sinal de saída do amplificador diferencial. Ajuda a rejeitar interferências e reduz o ruído de banda larga. O filtro passa-baixo (LPF) implementado reduz o ruído desnecessário. Este circuito de filtro passa-baixa simples consiste em um resistor em série com uma carga e um capacitor em paralelo com a carga. Alguns experimentos mostraram que o componente de ruído era detectável no filtro passa-banda com banda passante de 32,5-37,5 Hz durante a análise do espectro de frequência. A frequência de corte,, fco, do LPF foi ajustada em 20 Hz, usando a fórmula 1.75f ??, = fpico. Normalmente, os capacitores devem ser muito pequenos, por exemplo 100 μF.

f ?? = 1/2 ???

Obtido R = 80 Ω.

Etapa 5: Componente de Design GreenPAK

Podemos ver na Figura 8 GreenPAK contém os componentes que precisamos do módulo ADC e Contador de tempo de espera.

Na seção Módulo ADC, o ganho PGA pode diminuir ou aumentar o ganho conforme necessário. O ganho PGA tem a mesma função que o resistor de ganho no circuito SLG88104.

Os dados de saída obtidos pelo ADC, organizados de tal forma pelos dados de calibração do contador, adicionando ou reduzindo o valor dos dados do contador. Podemos configurá-lo de acordo com o hardware que criamos e o peso apropriado a ser produzido. Para esta demonstração, obtemos e definimos o valor dos dados do contador de 250 para 60 kg.

O contador de tempo de espera é CNT0. Os dados do contador no CNT0 determinarão por quanto tempo o indicador de som permanecerá ligado. Podemos definir esse valor conforme necessário. Para esta demonstração, usamos o contador de dados 3125 por 0,5 s.

Usamos LUT0 para comparar com portas AND padrão de forma que se o tempo exato de 0,5 se o peso exceder 60 kg, o indicador de som soará.

Etapa 6: Resultado

Para esta simulação, fizemos dois testes. Primeiramente, tentamos saber o efeito do ganho do resistor na entrada obtida posteriormente para ser processada e obter o valor de calibração do resistor de ganho que melhor corresponda à escala digital feita. A segunda é fazer o design usando SLG46140 para poder aperfeiçoar o ganho que você deseja obter. Após o teste, procuramos o ponto mais alto do valor do resistor para escalas digitais para maximizar a capacidade do circuito amplificador criado e as capacidades das escalas digitais desenvolvidas. Com este projeto, obtemos o maior valor do resistor de ganho de ± 6,8 Ohm e o peso máximo medido é de ± 60 kg. É bastante complicado ajustar o valor do resistor de ganho porque o projeto também afeta muito o resistor de ganho necessário. Para a balança digital usada neste exemplo, foi difícil exceder 6,8 Ohm na tentativa de atingir um peso maior.

Além disso, a partir do segundo teste (usando SLG46140 e seus recursos), o peso máximo que você deseja medir pode ser definido usando o módulo PGA que define o ganho. Testamos com uma configuração de ganho x 0,25 e o indicador de som é acionado com peso> 60 kg. Com base nos resultados acima, funcionalmente, a calibração da escala digital vai bem. Isso é muito útil na configuração do amplificador em comparação com as alterações manuais de hardware. Também comparamos favoravelmente em tamanho com um controlador que pode ajustar a calibração de ganho do amplificador e também possui o recurso ADC. As vantagens de design apresentadas aqui incluem tamanho físico menor, simplicidade, consumo de energia, preço e facilmente personalizável.

Conclusão

Este indicador de excesso de peso usando o SLG46140 é uma solução ideal para um indicador de peso predefinido. O projeto do Dialog Semiconductor GreenPAK acima é concluído com o uso do SLG88104. O menor custo comparativo, pequena área, baixo consumo de energia, juntamente com a facilidade de programação do GreenPAK, fazem com que isso se destaque em comparação com o design de um microcontrolador. A ponte de Wheatstone, amplificador diferencial e princípios de ganho ajustável foram demonstrados. Este exemplo de projeto também pode ser estendido a outras aplicações de ponte de Wheatstone, pois é altamente confiável em instrumentação de resistência muito baixa.