كيفية عمل مؤشر زيادة الوزن: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

الهدف الرئيسي من هذا التطبيق هو قياس وزن الجسم ثم الإشارة بصوت تنبيه في حالة زيادة الوزن. مدخلات النظام تأتي من خلية تحميل. الإدخال عبارة عن إشارة تمثيلية تم تضخيمها بواسطة مكبر تفاضلي. يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية باستخدام ADC. ثم تتم مقارنة قيمة نتيجة قراءة ADC بقيمة معينة تم تعيينها بحيث تمثل حد التحميل المطلوب. في حالة حدوث زيادة في الوزن ، يتم تشغيل التنبيه بتردد 1 هرتز. في ملاحظة التطبيق هذه ، سوف نستخدم مقياس الضغط كمستشعر الوزن ، و SLG88104 كمضخم تفاضلي ، و SLG46140V مثل ADC وتكييف الإشارة. يمكن إثبات النظام من خلال تطبيق حمولة تتجاوز حد الحمل المطلوب (60 كجم). تكون وظائف النظام صحيحة إذا كان التنبيه في هذه الحالة قيد التشغيل بتردد 1 هرتز. تتمثل المزايا الرئيسية للتصميم باستخدام GreenPAK ™ في أن المنتج أصغر وأقل تكلفة وأبسط وسهل التطوير. لدى GreenPAK واجهة GUI بسيطة في GreenPAK Designer ، مما يسمح للمهندسين بتنفيذ تصميمات جديدة بسرعة وسهولة والاستجابة لمتطلبات التصميم المتغيرة. إذا أردنا تطويره أكثر ، فهذا الحل هو اختيار ممتاز. إن استخدام GreenPAK يجعل هذا التصميم بسيطًا جدًا وخفيف الوزن ، وتشغل مساحة صغيرة فقط لتنفيذه في معظم التطبيقات. نظرًا لموارد الدوائر الداخلية المتاحة داخل GreenPAK ، يمكن تحسين هذا التصميم بمزيد من الميزات دون الحاجة إلى إضافة الكثير من الدوائر المتكاملة الإضافية. للتحقق من وظائف هذا النظام ، نحتاج فقط إلى تنفيذ الدائرة المصممة بأداة محاكاة GreenPAK.

اكتشف جميع الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة شريحة GreenPAK للتحكم في مؤشر زيادة الوزن. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء IC مخصص للتحكم في مؤشر زيادة الوزن. اتبع الخطوات الموضحة أدناه إذا كنت مهتمًا بفهم كيفية عمل الدائرة.

الخطوة 1: نهج التصميم

تتمثل الفكرة الرئيسية لهذا التصميم في تسهيل معايرة الوزن على مقياس رقمي ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي أدناه. افترض أن هناك أربع حالات لوصف كيفية عمل هذا النظام. يحتوي النظام على قسم نموذجي لمستشعر الوزن (A) ، ثم يقوم بتحويل البيانات التناظرية إلى الرقمية. تولد المستشعرات عادةً قيمًا تناظرية منخفضة المستوى جدًا ويمكن معالجتها بسهولة أكبر بعد التحويل إلى إشارات رقمية. الإشارة التي سيتم استخدامها سيكون لها بيانات رقمية قابلة للقراءة. يمكن إعادة معالجة البيانات التي تم الحصول عليها في شكل رقمي إلى القيمة الرقمية المطلوبة (للأشياء الثقيلة أو الخفيفة). للإشارة إلى حالة القيمة النهائية ، نستخدم الجرس ، ولكن يمكن تغييره بسهولة. بالنسبة لمؤشر صوتي ، يمكن للمرء استخدام وميض معروف (Delay Sound Indicator (B)). في هذه التجربة ، استخدمنا مقياسًا موجودًا به أربعة مستشعرات لخلايا التحميل متصلة باستخدام مبدأ جسر ويتستون. أما بالنسبة لشاشات الكريستال السائل الموجودة بالفعل على المقاييس الرقمية ، فإنها تُترك فقط للتحقق من صحة القيمة التي تم إنشاؤها باستخدام المقاييس الحالية.

الخطوة الثانية: إدخال الملاحظات

تأتي التغذية المرتدة للإدخال لهذا النظام من الضغط الذي حصل عليه المستشعر لتوفير إشارة تناظرية في شكل جهد كهربي منخفض للغاية ولكن لا يزال من الممكن معالجتها في بيانات مقاييس الوزن. أبسط دائرة في مستشعر المسح الرقمي مصنوعة من مقاوم بسيط يمكنه تغيير قيمة مقاومته وفقًا للوزن / الضغط المطبق. يمكن رؤية دائرة المستشعر في الشكل 2.

ستوفر المستشعرات الموضوعة في كل ركن من أركان المقياس قيمًا دقيقة لإجمالي المدخلات. يمكن تجميع المكونات الرئيسية لمقاومات المستشعرات في جسور يمكن استخدامها لقياس كل مستشعر. تستخدم هذه الدائرة بشكل شائع في الدوائر الرقمية التي تستخدم أربعة مصادر مترابطة. نحن نستخدم فقط المستشعرات الأربعة المضمنة على مقياس لتجاربنا ، والأنظمة المدمجة مسبقًا على هذا المقياس مثل LCD ووحدة التحكم يتم الاحتفاظ بها فقط للتحقق من صحة تصميمنا. يمكن رؤية الدوائر التي استخدمناها في الشكل 3.

يستخدم جسر ويتستون عادة لمعايرة أدوات القياس. تتمثل مزايا جسر ويتستون في أنه يمكن قياس قيم منخفضة جدًا في نطاق ملي أوم. لهذا السبب ، يمكن أن تكون الموازين الرقمية ذات المستشعرات منخفضة المقاومة موثوقة للغاية. يمكننا أن نرى الصيغة ودائرة جسر ويتستون في الشكل 4.

نظرًا لأن الجهد صغير جدًا ، فنحن بحاجة إلى مضخم للأجهزة بحيث يتم تضخيم الجهد بما يكفي لقراءته بواسطة وحدة تحكم. تتم معالجة جهد التغذية المرتدة الذي تم الحصول عليه من مضخم أجهزة الإدخال إلى جهد يمكن قراءته بواسطة وحدة التحكم (من 0 إلى 5 فولت في هذا التصميم). يمكننا ضبط الكسب بشكل مناسب عن طريق ضبط مقاومة الكسب في دائرة SLG88104. يوضح الشكل 5 معادلة تحديد جهد الخرج لدائرة SLG88104 التي تم استخدامها.

من هذه الصيغة ، يتم وصف علاقة الكسب. إذا زادت قيمة مقاوم الكسب ، فسيكون الكسب الذي تم الحصول عليه أقل ، والعكس صحيح إذا انخفضت قيمة مقاومة الكسب. سيتم إبراز استجابة المخرجات تمامًا حتى لو كانت الزيادة أو النقصان في القيمة صغيرة. يمكن أن تصبح المقاييس الرقمية أكثر حساسية للمدخلات (مع القليل من الوزن فقط ، تتغير القيمة بشكل كبير) ، أو العكس إذا انخفضت الحساسية المضافة. هذا يمكن رؤيته في قسم النتائج.

الخطوة 3: التحكم في الكسب

هذا تصميم يمكنه التحكم في الكسب مرة أخرى بعد المرور بعملية معايرة كسب الأجهزة (معايرة كسب المقاوم). من تصميم قسم مستشعر الوزن (أ) ، عند الحصول على البيانات من مضخم الجهاز ، يمكن معالجة البيانات مرة أخرى بحيث يمكن ضبط الكسب بسهولة أكبر. الميزة هي أنه يمكننا تجنب تغيير مقاومة مكاسب الأجهزة.

في الشكل 5 ، مع وحدة ADC ، يوجد PGA يمكنه ضبط الكسب قبل تغيير القيمة التناظرية إلى رقمية. نحن نقدم مرجع الإدخال من خرج Vout لدائرة SLG88104. سيتم تعيين كسب PGA بهذه الطريقة وفقًا للقياسات التي نحتاجها. نستخدم كسب x0.25 مع وضع ADC أحادي النهاية. مع x0.25 ، لا يكون الكسب كبيرًا جدًا بحيث يمكن للمدخلات التي تم الحصول عليها بواسطة محول ADC قياس وزن كبير بما يكفي أو الحد الأقصى وفقًا لما جربناه باستخدام Arduino وهو 70 كجم. بعد ذلك ، نستخدم مقارنة البيانات مع عداد CNT2 كمقارن ADC ، حتى نتمكن من معرفة التغيير باستخدام مؤشر الصوت. الحيلة هي المقارنة التي نجريها عن طريق تغيير المعايرة لقيمة CNT2 بحيث عندما يكون الوزن> 60 كجم ، يكون خرج DCMP0 هو "1". سيضيء مؤشر الصوت بتردد محدد مسبقًا باستخدام مؤشر صوت تأخير الكتلة بحيث تكون الكتلة منطقية "1" عندما يكون الوقت 0.5 ثانية. التأخير يمكننا ضبط بيانات عداد CNT0 لضبط فترة الإخراج البالغة 500 مللي ثانية.

الخطوة 4: مرشح الترددات المنخفضة

يفضل تصفية إشارة خرج مكبر الصوت التفاضلي. يساعد على رفض التداخل ويقلل من ضوضاء النطاق العريض. يقلل مرشح التمرير المنخفض (LPF) من الضوضاء غير الضرورية. تتكون دائرة مرشح التمرير المنخفض البسيطة هذه من المقاوم المتسلسل مع الحمل ، ومكثف بالتوازي مع الحمل. أظهرت بعض التجارب أن مكون الضوضاء كان قابلاً للاكتشاف في مرشح تمرير النطاق ذي النطاق الترددي 32.5- 37.5 هرتز أثناء تحليل الطيف الترددي. تم ضبط تردد القطع ، fco ، لـ LPF على 20 هرتز ، باستخدام الصيغة 1.75f ؟؟ ، = fpeak. عادة ، يجب أن تكون المكثفات صغيرة جدًا ، على سبيل المثال 100 μF.

F؟؟ = 1/2 ؟؟؟

حصل على R = 80 Ω.

الخطوة 5: مكون تصميم GreenPAK

يمكننا أن نرى من الشكل 8 يحتوي GreenPAK على المكونات التي نحتاجها إلى وحدة ADC ، و Counter لوقت الانتظار.

في قسم وحدة ADC ، يمكن أن يقلل كسب PGA أو يزيد الكسب حسب الحاجة. كسب PGA له نفس وظيفة مقاومة الكسب في دائرة SLG88104.

بيانات الإخراج التي تم الحصول عليها بواسطة ADC ، مرتبة بهذه الطريقة عن طريق بيانات معايرة العداد عن طريق إضافة أو تقليل قيمة بيانات العداد. يمكننا ضبطه وفقًا للجهاز الذي أنشأناه والوزن المناسب الذي سيتم إنتاجه. بالنسبة لهذا العرض التوضيحي ، نحصل على قيمة بيانات العداد ونضبطها على 250 لـ 60 كجم.

عداد وقت الانتظار CNT0. ستحدد بيانات العداد الموجودة على CNT0 مدة تشغيل مؤشر الصوت. يمكننا تعيين هذه القيمة كما نحتاج. في هذا العرض التوضيحي ، نستخدم عداد البيانات 3125 لمدة 0.5 ثانية.

نستخدم LUT0 للمقارنة مع البوابات القياسية بحيث إذا تجاوز الوقت المحدد 0.5 ثانية والوزن 60 كجم ، فسيظهر مؤشر الصوت.

الخطوة 6: النتيجة

لهذه المحاكاة أجرينا اختبارين. أولاً ، نحاول معرفة تأثير كسب المقاوم على المدخلات التي تم الحصول عليها لاحقًا لتتم معالجتها والحصول على قيمة معايرة مقاوم الكسب الذي يتطابق بشكل أفضل مع المقياس الرقمي المصنوع. والثاني هو جعل التصميم باستخدام SLG46140 لتكون قادرًا على إتقان المكسب الذي تريد الحصول عليه. بعد الاختبار ، بحثنا عن أعلى نقطة لقيمة المقاوم للمقاييس الرقمية لتعظيم قدرة دائرة مكبر الصوت التي تم إنشاؤها وإمكانيات المقاييس الرقمية المطورة. مع هذا التصميم نحصل على أعلى قيمة مقاومة للكسب تبلغ ± 6.8 أوم وأقصى وزن يتم قياسه ± 60 كجم. يعد ضبط قيمة مقاومة الكسب أمرًا معقدًا للغاية لأن التصميم يؤثر أيضًا بشكل كبير على مقاومة الكسب المطلوبة. بالنسبة للمقياس الرقمي المستخدم في هذا المثال ، كان من الصعب تجاوز 6.8 أوم في محاولة لتحقيق وزن أعلى.

علاوة على ذلك ، من الاختبار الثاني (باستخدام SLG46140 وخصائصه) ، يمكن ضبط الحد الأقصى للوزن الذي تريد قياسه باستخدام وحدة PGA التي تحدد الكسب. نختبر باستخدام إعداد كسب × 0.25 ويتم تشغيل مؤشر الصوت بوزن أكبر من 60 كجم. بناءً على النتائج المذكورة أعلاه ، وظيفيًا ، تسير معايرة المقياس الرقمي بشكل جيد. هذا مفيد جدًا في ضبط مكبر الصوت مقارنةً بتغييرات الأجهزة اليدوية. نحن أيضًا نقارن الحجم بشكل إيجابي مقابل وحدة التحكم التي يمكنها ضبط معايرة كسب مكبر الصوت ولديها ميزة ADC أيضًا. تشمل مزايا التصميم المعروضة هنا الحجم المادي الأصغر ، والبساطة ، واستهلاك الطاقة ، والسعر ، وسهولة التخصيص.

استنتاج

يعتبر مؤشر زيادة الوزن هذا الذي يستخدم SLG46140 حلاً مثاليًا لمؤشر وزن محدد مسبقًا. تم إكمال تصميم TheDialog Semiconductor GreenPAK أعلاه باستخدام SLG88104. التكلفة النسبية المنخفضة ، المساحة الصغيرة ، الطاقة المنخفضة ، إلى جانب سهولة البرمجة GreenPAK تجعل هذا متميزًا مقارنة بتصميم متحكم دقيق. تم عرض جسر ويتستون ومكبر الصوت التفاضلي ومبادئ الكسب القابلة للتعديل. يمكن أيضًا توسيع مثال التصميم هذا ليشمل تطبيقات جسر ويتستون الأخرى ، حيث إنه موثوق للغاية على أجهزة مقاومة منخفضة للغاية.