Comment faire un indicateur de surpoids : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Le but principal de cette application est de mesurer le poids d'un objet puis de l'indiquer par une alarme sonore en cas de surpoids. L'entrée du système provient d'une cellule de charge. L'entrée est un signal analogique qui a été amplifié par un amplificateur différentiel. Le signal analogique est converti en signal numérique à l'aide d'un CAN. La valeur du résultat de la lecture ADC est ensuite comparée à une certaine valeur qui est définie de sorte qu'elle représente la limite de charge souhaitée. En cas de surpoids, l'alerte s'active avec une fréquence de 1 Hz. Dans cette note d'application, nous utiliserons une jauge de contrainte comme capteur de poids, SLG88104 comme amplificateur différentiel et SLG46140V comme ADC et conditionnement de signal. Le système peut être prouvé en appliquant une charge dépassant la limite de charge souhaitée (60 Kg). La fonctionnalité du système est correcte si, dans cette condition, l'alarme est activée avec une fréquence de 1 Hz. Les principaux avantages de la conception avec GreenPAK™ sont que le produit est plus petit, moins coûteux, plus simple et facile à développer. GreenPAK possède une interface graphique simple dans GreenPAK Designer, permettant aux ingénieurs de mettre en œuvre rapidement et facilement de nouvelles conceptions et de répondre aux exigences de conception changeantes. Si nous voulons le développer davantage, cette solution est un excellent choix. L'utilisation de GreenPAK rend cette conception très simple, légère et seulement une petite zone occupée pour la mettre en œuvre sur la plupart des applications. En raison des ressources de circuits internes disponibles dans GreenPAK, cette conception peut être améliorée avec plus de fonctionnalités sans avoir à ajouter trop de circuits intégrés supplémentaires. Pour vérifier la fonctionnalité de ce système, il suffit de mettre en œuvre le circuit conçu avec l'outil de simulation GreenPAK.

Découvrez toutes les étapes nécessaires pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour contrôler l'indicateur de surpoids. Cependant, si vous souhaitez simplement obtenir le résultat de la programmation, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK à votre ordinateur et cliquez sur le programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour contrôler votre indicateur de surpoids. Suivez les étapes décrites ci-dessous si vous souhaitez comprendre le fonctionnement du circuit.

Étape 1: Approche de conception

Une idée clé de cette conception est de faciliter l'étalonnage du poids sur une balance numérique, comme illustré dans le schéma ci-dessous. Supposons qu'il existe quatre états pour décrire le fonctionnement de ce système. Le système a une section de capteur de poids typique (A), puis effectue une conversion des données analogiques en données numériques. Les capteurs génèrent généralement des valeurs analogiques de très bas niveau et peuvent être traités plus facilement après conversion en signaux numériques. Le signal à utiliser aura des données numériques lisibles. Les données obtenues sous forme numérique peuvent être retraitées dans la valeur numérique souhaitée (pour les objets lourds ou légers). Pour indiquer l'état de la valeur finale, nous utilisons un buzzer, mais il peut être modifié facilement. Pour un indicateur vocal, on peut utiliser un clignotement bien connu (Delay Sound Indicator (B)). Dans cette expérience, nous avons utilisé une balance existante comportant quatre capteurs de cellule de charge connectés selon le principe du pont de Wheatstone. Quant à l'écran LCD déjà sur les balances numériques, il n'est laissé qu'à la validation de la valeur générée avec les balances existantes.

Étape 2: entrée de commentaires

Le retour d'entrée de ce système provient de la pression obtenue par le capteur pour fournir un signal analogique sous la forme d'une très basse tension mais peut toujours être traité en données de balance. Le circuit le plus simple du capteur à balayage numérique est constitué d'une simple résistance qui peut changer sa valeur de résistance en fonction du poids/pression appliqué. Le circuit du capteur est visible sur la figure 2.

Les capteurs qui sont placés à chaque coin de l'échelle fourniront des valeurs précises pour l'entrée totale. Les principaux composants des résistances du capteur peuvent être assemblés en ponts qui peuvent être utilisés pour mesurer chaque capteur. Ce circuit est couramment utilisé dans les circuits numériques qui utilisent quatre sources interdépendantes. Nous n'utilisons que les quatre capteurs embarqués à l'échelle pour nos expérimentations, et les systèmes pré-embarqués à cette échelle tels que le LCD et le contrôleur ne sont conservés que pour valider notre conception. Les circuits que nous avons utilisés peuvent être vus sur la figure 3.

Un pont de Wheatstone est généralement utilisé pour l'étalonnage des instruments de mesure. L'avantage d'un pont de Wheatstone est qu'il peut mesurer des valeurs très faibles de l'ordre du milli-ohm. Pour cette raison, les balances numériques avec des capteurs à résistance assez faible peuvent être très fiables. Nous pouvons voir la formule et le circuit en pont de Wheatstone sur la figure 4.

Parce que la tension est si faible, nous avons besoin d'un amplificateur d'instrumentation pour que la tension soit suffisamment amplifiée pour être lue par un contrôleur. La tension de retour obtenue à partir de l'amplificateur d'instrumentation d'entrée est transformée en une tension qui peut être lue par le contrôleur (0 à 5 volts dans cette conception). Nous pouvons ajuster le gain de manière appropriée en réglant la résistance de gain dans le circuit SLG88104. La figure 5 montre la formule pour déterminer la tension de sortie du circuit SLG88104 qui a été utilisé.

A partir de cette formule, la relation de gain est décrite. Si la valeur de la résistance de gain est augmentée, alors le gain obtenu sera plus faible, et inversement si la valeur de la résistance de gain est diminuée. La réponse de sortie sera assez accentuée même si l'augmentation ou la diminution de la valeur est faible. Les balances numériques peuvent devenir plus sensibles à l'entrée (avec seulement un peu de poids, la valeur change radicalement), ou vice versa si la sensibilité ajoutée diminue. Cela peut être vu dans la section des résultats.

Étape 3: Contrôler le gain

Il s'agit d'une conception qui peut contrôler à nouveau le gain après avoir suivi le processus d'étalonnage du gain matériel (étalonnage de la résistance de gain). À partir de la conception de la section du capteur de poids (A), lorsque les données sont obtenues à partir de l'amplificateur de l'instrument, les données peuvent être à nouveau traitées afin que le gain puisse être réglé plus facilement. L'avantage est qu'on peut éviter un changement de résistance de gain matériel.

Dans la figure 5, avec le module ADC, il y a un PGA qui peut ajuster le gain avant que la valeur analogique ne soit changée en numérique. Nous fournissons la référence d'entrée de la sortie Vout du circuit SLG88104. Le gain PGA sera réglé de telle manière en fonction des mesures dont nous avons besoin. Nous utilisons un gain x0.25 avec le mode ADC asymétrique. Avec x0.25 le gain n'est pas si grand que l'entrée obtenue par le convertisseur ADC puisse mesurer le poids d'assez grand ou au maximum selon ce que nous avons essayé avec Arduino qui est de 70 Kg. Après cela, nous utilisons Comparer les données avec le compteur CNT2 comme comparateur ADC, afin que nous puissions connaître le changement avec l'indicateur sonore. L'astuce est le comparateur que nous faisons au moyen d'un changement d'étalonnage de la valeur CNT2 de sorte que lorsque le poids > 60 kg, la sortie de DCMP0 est "1". L'indicateur de son s'allumera avec une fréquence prédéterminée à l'aide de l'indicateur de son de retard de bloc afin que le bloc soit un "1" logique lorsque le temps est de 0,5 s. Le délai que nous pouvons régler sur les données du compteur CNT0 ajuste la période de sortie de 500 ms.

Étape 4: Filtre passe-bas

Il est préférable de filtrer le signal de sortie de l'amplificateur différentiel. Il aide à rejeter les interférences et réduit le bruit à large bande. Le filtre passe-bas (LPF) mis en œuvre réduit le bruit inutile. Ce simple circuit de filtre passe-bas se compose d'une résistance en série avec une charge et d'un condensateur en parallèle avec la charge. Certaines expériences ont montré que la composante de bruit était détectable dans le filtre passe-bande ayant une bande passante de 32,5 à 37,5 Hz pendant l'analyse du spectre de fréquences. La fréquence de coupure,, fco, du LPF a été fixée à 20 Hz, en utilisant la formule 1,75f??, = fpeak. Habituellement, les condensateurs doivent être très petits, par exemple 100 F.

F?? = 1/2???

Obtenu R = 80.

Étape 5: Composant de conception GreenPAK

Nous pouvons voir sur la figure 8 que GreenPAK contient les composants dont nous avons besoin pour le module ADC et Counter pour le temps d'attente.

Dans la section Module ADC, le gain PGA peut diminuer ou augmenter le gain selon les besoins. Le gain PGA a la même fonction que la résistance de gain dans le circuit SLG88104.

Les données de sortie obtenues par l'ADC, agencées de telle manière par les données d'étalonnage du compteur en ajoutant ou en réduisant la valeur des données du compteur. Nous pouvons le régler en fonction du matériel que nous avons créé et du poids approprié à produire. Pour cette démo, nous obtenons et définissons la valeur des données du compteur de 250 pour 60 kg.

Le compteur du temps d'attente est CNT0. Les données du compteur sur CNT0 détermineront combien de temps l'indicateur sonore sera allumé. Nous pouvons définir cette valeur selon nos besoins. Pour cette démo, nous utilisons le compteur de données 3125 pendant 0,5 s.

Nous utilisons LUT0 pour comparer avec les portes ET standard de sorte que si le temps exact de 0,5 s et le poids dépassent 60 kg, l'indicateur de son retentira.

Étape 6: Résultat

Pour cette simulation, nous avons fait deux tests. Tout d'abord, nous essayons de connaître l'effet du gain de résistance sur l'entrée obtenue ultérieurement à traiter et d'obtenir la valeur d'étalonnage de la résistance de gain qui correspond le mieux à l'échelle numérique réalisée. La seconde est de faire le design à l'aide du SLG46140 pour pouvoir parfaire le gain que l'on souhaite obtenir. Après le test, nous avons recherché le point le plus élevé de valeur de résistance pour les balances numériques afin de maximiser la capacité du circuit amplificateur créé et les capacités des balances numériques développées. Avec cette conception, nous obtenons la valeur de résistance de gain la plus élevée de ± 6,8 Ohm et le poids maximum mesuré est de ± 60 kg. Il est assez compliqué d'ajuster la valeur de la résistance de gain car la conception affecte également grandement la résistance de gain requise. Pour la balance numérique utilisée dans cet exemple, il a été difficile de dépasser 6,8 ohms pour tenter d'obtenir un poids plus élevé.

De plus, dès le deuxième test (utilisant le SLG46140 et ses fonctionnalités), le poids maximum que vous souhaitez mesurer peut être réglé à l'aide du module PGA qui règle le gain. Nous testons avec un réglage de gain x 0,25 et l'indicateur sonore se déclenche avec un poids > 60 kg. Sur la base des résultats ci-dessus, fonctionnellement, l'étalonnage de la balance numérique se passe bien. Ceci est très utile pour régler l'amplificateur par rapport aux modifications matérielles manuelles. Nous nous comparons également favorablement en taille à un contrôleur qui peut ajuster l'étalonnage du gain de l'amplificateur et dispose également d'une fonction ADC. Les avantages de conception présentés ici incluent une taille physique plus petite, la simplicité, la consommation d'énergie, le prix et facilement personnalisable.

Conclusion

Cet indicateur de surpoids utilisant le SLG46140 est une solution idéale pour un indicateur de poids prédéfini. La conception de Dialog Semiconductor GreenPAK ci-dessus est complétée en utilisant le SLG88104. Le coût comparatif inférieur, la petite surface, la faible puissance, ainsi que la facilité de programmation du GreenPAK le distinguent d'une conception de microcontrôleur. Le pont de Wheatstone, l'amplificateur différentiel et les principes de gain réglable ont été démontrés. Cet exemple de conception peut également être étendu à d'autres applications de pont de Wheatstone, car il est très fiable sur une instrumentation à très faible résistance.