Cómo hacer un indicador de sobrepeso: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

El objetivo principal de esta aplicación es medir el peso de un objeto y luego indicarlo con un sonido de alarma en caso de sobrepeso. La entrada del sistema proviene de una celda de carga. La entrada es una señal analógica que ha sido amplificada por un amplificador diferencial. La señal analógica se convierte en una señal digital mediante un ADC. Luego, el valor del resultado de la lectura del ADC se compara con un cierto valor que se establece para que represente el límite de carga deseado. Si se produce sobrepeso, la alerta se activa con una frecuencia de 1 Hz. En esta nota de aplicación, usaremos un medidor de tensión como sensor de peso, SLG88104 como amplificador diferencial y SLG46140V como ADC y acondicionamiento de señal. El sistema se puede probar aplicando una carga que exceda el límite de carga deseado (60 kg). La funcionalidad del sistema es correcta si en esa condición la alarma está encendida con una frecuencia de 1 Hz. Las ventajas clave de diseñar con GreenPAK ™ es que el producto es más pequeño, de menor costo, más simple y fácil de desarrollar. GreenPAK tiene una interfaz GUI simple en GreenPAK Designer, lo que permite a los ingenieros implementar nuevos diseños rápida y fácilmente y responder a los requisitos de diseño cambiantes. Si queremos desarrollarlo aún más, esta solución es una excelente opción. El uso de GreenPAK hace que este diseño sea muy simple, liviano y solo ocupa un área pequeña para implementarlo en la mayoría de las aplicaciones. Debido a los recursos de circuitos internos disponibles dentro de GreenPAK, este diseño se puede mejorar con más funciones sin tener que agregar demasiados circuitos integrados adicionales. Para verificar la funcionalidad de este sistema, solo necesitamos implementar el circuito diseñado con la herramienta de simulación GreenPAK.

Descubra todos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado el chip GreenPAK para controlar el indicador de sobrepeso. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear el IC personalizado para controlar su indicador de sobrepeso. Siga los pasos que se describen a continuación si está interesado en comprender cómo funciona el circuito.

Paso 1: enfoque de diseño

Una idea clave de este diseño es facilitar la calibración del peso en una báscula digital, como se ilustra en el diagrama a continuación. Suponga que hay cuatro estados para describir cómo funciona este sistema. El sistema tiene una sección de sensor de peso típica (A) y luego realiza una conversión de datos analógicos a digitales. Los sensores suelen generar valores analógicos de muy bajo nivel y pueden procesarse más fácilmente después de la conversión en señales digitales. La señal que se utilizará tendrá datos digitales legibles. Los datos obtenidos en forma digital se pueden reprocesar en el valor digital deseado (para objetos pesados o livianos). Para indicar el estado del valor final, usamos un zumbador, pero se puede cambiar fácilmente. Para un indicador de voz, se puede utilizar un parpadeo conocido (indicador de sonido retardado (B)). En este experimento usamos una báscula existente que tiene cuatro sensores de celda de carga conectados usando el principio de puente de Wheatstone. En cuanto a la pantalla LCD que ya está en balanzas digitales, se deja solo para la validación del valor generado con las balanzas existentes.

Paso 2: Entrada de retroalimentación

La retroalimentación de entrada para este sistema proviene de la presión obtenida por el sensor para proporcionar una señal analógica en forma de un voltaje muy bajo, pero aún puede procesarse en datos de básculas. El circuito más simple del sensor de escaneo digital está hecho de una resistencia simple que puede cambiar su valor de resistencia de acuerdo con el peso / presión aplicada. El circuito del sensor se puede ver en la Figura 2.

Los sensores que se colocan en cada esquina de la escala proporcionarán valores precisos para la entrada total. Los componentes principales de las resistencias del sensor se pueden ensamblar en puentes que se pueden usar para medir cada sensor. Este circuito se usa comúnmente en circuitos digitales que usan cuatro fuentes que son interdependientes. Solo usamos los cuatro sensores integrados en una escala para nuestros experimentos, y los sistemas preintegrados en esta escala, como la pantalla LCD y el controlador, solo se conservan para validar nuestro diseño. Los circuitos que usamos se pueden ver en la Figura 3.

Normalmente, se utiliza un puente de Wheatstone para calibrar instrumentos de medición. Las ventajas de un puente de piedra de trigo es que puede medir valores muy bajos en el rango de mili-ohmios. Debido a esto, las básculas digitales con sensores de resistencia bastante baja pueden ser muy confiables. Podemos ver la fórmula y el circuito del puente de Wheatstone en la Figura 4.

Debido a que el voltaje es tan pequeño, necesitamos un amplificador de instrumentación para que el voltaje sea lo suficientemente amplificado para ser leído por un controlador. El voltaje de retroalimentación obtenido del amplificador de instrumentación de entrada se procesa en un voltaje que puede ser leído por el controlador (0 a 5 voltios en este diseño). Podemos ajustar adecuadamente la ganancia configurando la resistencia de ganancia en el circuito SLG88104. La Figura 5 muestra la fórmula para determinar el voltaje de salida del circuito SLG88104 que se utilizó.

A partir de esta fórmula, se describe la relación de ganancia. Si se aumenta el valor de la resistencia de ganancia, la ganancia obtenida será menor y viceversa si se reduce el valor de la resistencia de ganancia. La respuesta de salida se acentuará bastante incluso si el aumento o la disminución del valor es pequeño. Las básculas digitales pueden volverse más sensibles a la entrada (con solo un poco de peso, el valor cambia drásticamente), o viceversa si la sensibilidad agregada disminuye. Esto se puede ver en la sección de resultados.

Paso 3: Control de ganancia

Este es un diseño que puede controlar la ganancia nuevamente después de pasar por el proceso de calibración de ganancia de hardware (calibración de resistencia de ganancia). Desde el diseño de la sección del sensor de peso (A), cuando los datos obtenidos del amplificador del instrumento, los datos se pueden procesar nuevamente para que la ganancia se pueda configurar más fácilmente. La ventaja es que podemos evitar un cambio de resistencia de ganancia de hardware.

En la Figura 5, con el módulo ADC hay un PGA que puede ajustar la ganancia antes de que el valor analógico cambie a digital. Proporcionamos la referencia de entrada de la salida Vout del circuito SLG88104. La ganancia de PGA se establecerá de tal manera de acuerdo con las medidas que necesitemos. Usamos ganancia x0.25 con el modo ADC de un solo extremo. Con x0.25 la ganancia no es tan grande que la entrada obtenida por el convertidor ADC pueda medir el peso de lo suficientemente grande o máximo según lo que hemos probado usando Arduino que es de 70 Kg. Después de eso, usamos Comparar datos con el contador CNT2 como comparador ADC, para que podamos conocer el cambio con indicador de sonido. El truco es el comparador que hacemos mediante el cambio de calibración del valor CNT2 de modo que cuando el peso> 60 kg, la Salida de DCMP0 sea "1". El indicador de sonido se iluminará con una frecuencia predeterminada utilizando el indicador de sonido de retardo de bloque, de modo que el bloque será un "1" lógico cuando el tiempo sea de 0,5 s. El retraso que podemos configurar los datos del contador CNT0 ajusta el período de salida de 500 ms.

Paso 4: filtro de paso bajo

Es preferible filtrar la señal de salida del amplificador diferencial. Ayuda a rechazar la interferencia y reduce el ruido de banda ancha. El filtro de paso bajo (LPF) implementado reduce el ruido innecesario. Este circuito de filtro de paso bajo simple consta de una resistencia en serie con una carga y un condensador en paralelo con la carga. Algunos experimentos mostraron que el componente de ruido era detectable en el filtro de paso de banda que tenía una banda de paso de 32,5 a 37,5 Hz durante el análisis del espectro de frecuencias. La frecuencia de corte,, fco, del LPF se estableció en 20 Hz, utilizando la fórmula 1.75f ??, = fpeak. Por lo general, los condensadores deben ser muy pequeños, por ejemplo, 100 μF.

¿¿F?? = 1/2 ???

Obtenido R = 80 Ω.

Paso 5: Componente de diseño GreenPAK

Podemos ver en la Figura 8 que GreenPAK contiene los componentes que necesitamos, el módulo ADC y el Contador para el tiempo de espera.

En la sección Módulo ADC, la ganancia PGA puede disminuir o aumentar la ganancia según sea necesario. La ganancia PGA tiene la misma función que la resistencia de ganancia en el circuito SLG88104.

Los datos de salida obtenidos por el ADC, ordenados de tal manera por los datos de calibración del contador sumando o reduciendo el valor de los datos del contador. Podemos configurarlo de acuerdo con el hardware que hemos creado y el peso apropiado para la salida. Para esta demostración, obtenemos y configuramos el valor de datos del contador de 250 para 60 kg.

El contador de tiempo de espera es CNT0. Los datos del contador en CNT0 determinarán cuánto tiempo estará encendido el indicador de sonido. Podemos establecer este valor según lo necesitemos. Para esta demostración usamos el contador de datos 3125 durante 0.5 s.

Usamos LUT0 para comparar con las puertas AND estándar, de modo que si el tiempo exacto de 0.5 sy el peso excede los 60 kg, el indicador de sonido sonará.

Paso 6: Resultado

Para esta simulación hicimos dos pruebas. Primero, tratamos de conocer el efecto de la ganancia de resistencia en la entrada obtenida posteriormente para ser procesada y obtener el valor de calibración de la resistencia de ganancia que mejor se adapta a la escala digital realizada. La segunda es hacer el diseño usando SLG46140 para poder perfeccionar la ganancia que desea obtener. Después de la prueba, buscamos el punto más alto de valor de resistencia para escalas digitales para maximizar la capacidad del circuito amplificador creado y las capacidades de las escalas digitales desarrolladas. Con este diseño obtenemos el valor de resistencia de ganancia más alto de ± 6,8 Ohm y el peso máximo medido es de ± 60 kg. Es bastante complicado ajustar el valor de la resistencia de ganancia porque el diseño también afecta en gran medida la resistencia de ganancia requerida. Para la báscula digital utilizada en este ejemplo, ha sido difícil superar los 6,8 ohmios en un intento por lograr un peso mayor.

Además, a partir de la segunda prueba (usando SLG46140 y sus características), el peso máximo que desea medir se puede configurar usando el módulo PGA que establece la ganancia. Probamos con un ajuste de ganancia x 0,25 y el indicador de sonido se activa con un peso> 60 kg. Según los resultados anteriores, funcionalmente, la calibración de la báscula digital va bien. Esto es muy útil para configurar el amplificador en comparación con los cambios manuales de hardware. También comparamos favorablemente en tamaño con un controlador que puede ajustar la calibración de ganancia del amplificador y que también tiene la función ADC. Las ventajas de diseño que se presentan aquí incluyen un tamaño físico más pequeño, simplicidad, consumo de energía, precio y fácil personalización.

Conclusión

Este indicador de sobrepeso que utiliza el SLG46140 es una solución ideal para un indicador de peso preestablecido. El diseño de Dialog Semiconductor GreenPAK anterior se completa con el SLG88104. El costo comparativo más bajo, el área pequeña, la baja potencia, junto con la facilidad de programación de GreenPAK hacen que este se destaque en comparación con un diseño de microcontrolador. Se demostraron el puente de Wheatstone, el amplificador diferencial y los principios de ganancia ajustable. Este ejemplo de diseño también se puede extender a otras aplicaciones de puentes de Wheatstone, ya que es altamente confiable en instrumentación de muy baja resistencia.