अधिक वजन संकेतक कैसे बनाएं: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

इस एप्लिकेशन का मुख्य लक्ष्य किसी वस्तु के वजन को मापना है और फिर अधिक वजन के मामले में अलार्म ध्वनि के साथ संकेत करना है। सिस्टम का इनपुट लोड सेल से आता है। इनपुट एक एनालॉग सिग्नल है जिसे एक डिफरेंशियल एम्पलीफायर द्वारा प्रवर्धित किया गया है। एडीसी का उपयोग करके एनालॉग सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में बदल दिया जाता है। एडीसी पठन परिणाम का मान तब एक निश्चित मान से तुलना किया जाता है जिसे सेट किया जाता है ताकि यह वांछित लोड सीमा का प्रतिनिधित्व करे। यदि अधिक वजन होता है, तो अलर्ट 1 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ चालू होता है। इस ऐप नोट में, हम वेट सेंसर के रूप में स्ट्रेन गेज, डिफरेंशियल एम्पलीफायर के रूप में SLG88104 और ADC और सिग्नल कंडीशनिंग के रूप में SLG46140V का उपयोग करेंगे। वांछित भार सीमा (60 किग्रा) से अधिक भार लगाकर प्रणाली को सिद्ध किया जा सकता है। सिस्टम कार्यक्षमता सही है यदि उस स्थिति में अलार्म 1 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ चालू है। ग्रीनपाक™ के साथ डिजाइनिंग का मुख्य लाभ यह है कि उत्पाद छोटा, कम लागत, सरल और विकसित करने में आसान है। ग्रीनपाक के पास ग्रीनपाक डिज़ाइनर में एक सरल जीयूआई इंटरफ़ेस है, जो इंजीनियरों को नए डिज़ाइनों को जल्दी और आसानी से लागू करने और बदलती डिज़ाइन आवश्यकताओं का जवाब देने की अनुमति देता है। अगर हम इसे और विकसित करना चाहते हैं, तो यह समाधान एक उत्कृष्ट विकल्प है। ग्रीनपैक का उपयोग करने से यह डिज़ाइन बहुत ही सरल, हल्का वजन और अधिकांश अनुप्रयोगों पर इसे लागू करने के लिए केवल एक छोटे से क्षेत्र पर कब्जा कर लिया जाता है। ग्रीनपाक के भीतर उपलब्ध आंतरिक सर्किट संसाधनों के कारण, इस डिज़ाइन को बहुत अधिक अतिरिक्त आईसी जोड़ने के बिना और अधिक सुविधाओं के साथ बढ़ाया जा सकता है। इस प्रणाली की कार्यक्षमता को सत्यापित करने के लिए, हमें केवल ग्रीनपैक सिमुलेशन टूल के साथ डिज़ाइन किए गए सर्किट को लागू करने की आवश्यकता है।

अधिक वजन संकेतक को नियंत्रित करने के लिए ग्रीनपैक चिप को कैसे प्रोग्राम किया गया है, इसे समझने के लिए आवश्यक सभी चरणों की खोज करें। हालाँकि, यदि आप केवल प्रोग्रामिंग का परिणाम प्राप्त करना चाहते हैं, तो पहले से पूर्ण की गई ग्रीनपैक डिज़ाइन फ़ाइल को देखने के लिए ग्रीनपैक सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। ग्रीनपैक डेवलपमेंट किट को अपने कंप्यूटर में प्लग करें और अपने अधिक वजन संकेतक को नियंत्रित करने के लिए कस्टम आईसी बनाने के लिए प्रोग्राम को हिट करें। नीचे वर्णित चरणों का पालन करें यदि आप यह समझने में रुचि रखते हैं कि सर्किट कैसे काम करता है।

चरण 1: डिजाइन दृष्टिकोण

इस डिजाइन का एक प्रमुख विचार डिजिटल पैमाने पर वजन के अंशांकन को सुविधाजनक बनाना है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। मान लीजिए कि यह प्रणाली कैसे काम करती है, इसका वर्णन करने के लिए चार राज्य हैं। सिस्टम में एक विशिष्ट वजन सेंसर अनुभाग (ए) है, और फिर एनालॉग से डिजिटल डेटा का रूपांतरण करता है। सेंसर आमतौर पर बहुत निम्न-स्तरीय एनालॉग मान उत्पन्न करते हैं और डिजिटल सिग्नल में रूपांतरण के बाद अधिक आसानी से संसाधित किए जा सकते हैं। उपयोग किए जाने वाले सिग्नल में पठनीय डिजिटल डेटा होगा। डिजिटल रूप में प्राप्त डेटा को वांछित डिजिटल मूल्य (भारी या हल्की वस्तुओं के लिए) में पुन: संसाधित किया जा सकता है। अंतिम मूल्य की स्थिति को इंगित करने के लिए, हम बजर का उपयोग करते हैं, लेकिन इसे आसानी से बदला जा सकता है। एक आवाज संकेतक के लिए, एक प्रसिद्ध ब्लिंक (देरी ध्वनि संकेतक (बी)) का उपयोग कर सकते हैं। इस प्रयोग में हमने व्हीटस्टोन ब्रिज सिद्धांत का उपयोग करके जुड़े चार लोड सेल सेंसर वाले मौजूदा पैमाने का उपयोग किया। पहले से ही डिजिटल पैमानों पर एलसीडी के लिए, यह केवल मौजूदा पैमानों के साथ उत्पन्न मूल्य के सत्यापन के लिए बचा है।

चरण 2: फीडबैक इनपुट

इस प्रणाली के लिए इनपुट फीडबैक बहुत कम वोल्टेज के रूप में एक एनालॉग सिग्नल प्रदान करने के लिए सेंसर द्वारा प्राप्त दबाव से आता है, लेकिन फिर भी इसे वेट स्केल डेटा में संसाधित किया जा सकता है। डिजिटल स्कैनिंग सेंसर का सबसे सरल सर्किट एक साधारण रेसिस्टर से बनाया गया है जो लागू वजन/दबाव के अनुसार इसके प्रतिरोध मान को बदल सकता है। सेंसर सर्किट को चित्र 2 में देखा जा सकता है।

पैमाने के प्रत्येक कोने पर लगाए गए सेंसर कुल इनपुट के लिए सटीक मान प्रदान करेंगे। सेंसर प्रतिरोधों के मुख्य घटकों को पुलों में इकट्ठा किया जा सकता है जिनका उपयोग प्रत्येक सेंसर को मापने के लिए किया जा सकता है। यह सर्किट आमतौर पर डिजिटल सर्किट में उपयोग किया जाता है जो चार स्रोतों का उपयोग करते हैं जो अन्योन्याश्रित हैं। हम अपने प्रयोगों के लिए केवल एक पैमाने पर एम्बेडेड चार सेंसर का उपयोग करते हैं, और इस पैमाने पर पूर्व-एम्बेडेड सिस्टम जैसे एलसीडी और नियंत्रक केवल हमारे डिजाइन को मान्य करने के लिए रखे जाते हैं। हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले सर्किट चित्र 3 में देखे जा सकते हैं।

व्हीटस्टोन ब्रिज आमतौर पर माप उपकरणों को कैलिब्रेट करने के लिए उपयोग किया जाता है। व्हीटस्टोन ब्रिज का लाभ यह है कि यह मिली-ओम रेंज में बहुत कम मूल्यों को माप सकता है। इस वजह से, काफी कम प्रतिरोध सेंसर वाले डिजिटल स्केल बहुत विश्वसनीय हो सकते हैं। हम चित्र 4 में सूत्र और व्हीटस्टोन ब्रिज सर्किट देख सकते हैं।

क्योंकि वोल्टेज इतना छोटा है कि हमें एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है ताकि वोल्टेज को एक नियंत्रक द्वारा पढ़ा जा सके। इनपुट इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर से प्राप्त फीडबैक वोल्टेज को वोल्टेज में संसाधित किया जाता है जिसे नियंत्रक (इस डिजाइन में 0 से 5 वोल्ट) द्वारा पढ़ा जा सकता है। हम SLG88104 सर्किट में लाभ रोकनेवाला सेट करके लाभ को उचित रूप से समायोजित कर सकते हैं। चित्रा 5 SLG88104 सर्किट के आउटपुट वोल्टेज को निर्धारित करने के लिए सूत्र दिखाता है जिसका उपयोग किया गया था।

इस सूत्र से, लाभ संबंध का वर्णन किया गया है। यदि लाभ रोकनेवाला का मान बढ़ाया जाता है, तो प्राप्त लाभ कम होगा, और इसके विपरीत यदि लाभ रोकनेवाला मूल्य कम हो जाता है। मूल्य में वृद्धि या कमी छोटी होने पर भी आउटपुट प्रतिक्रिया काफी तेज हो जाएगी। डिजिटल स्केल इनपुट के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकते हैं (केवल थोड़े वजन के साथ, मूल्य नाटकीय रूप से बदल जाता है), या इसके विपरीत यदि अतिरिक्त संवेदनशीलता कम हो जाती है। इसे रिजल्ट सेक्शन में देखा जा सकता है।

चरण 3: नियंत्रण लाभ

यह एक ऐसा डिज़ाइन है जो हार्डवेयर गेन कैलिब्रेशन प्रक्रिया (गेन रेसिस्टर कैलिब्रेशन) से गुजरने के बाद फिर से गेन को नियंत्रित कर सकता है। वेट सेंसर सेक्शन (ए) डिज़ाइन से, जब इंस्ट्रूमेंट एम्पलीफायर से प्राप्त डेटा, डेटा को फिर से प्रोसेस किया जा सकता है ताकि गेन को अधिक आसानी से सेट किया जा सके। लाभ यह है कि हम हार्डवेयर लाभ प्रतिरोधी परिवर्तन से बच सकते हैं।

चित्रा 5 में, एडीसी मॉड्यूल के साथ एक पीजीए है जो एनालॉग वैल्यू को डिजिटल में बदलने से पहले लाभ को समायोजित कर सकता है। हम SLG88104 सर्किट के वाउट आउटपुट से इनपुट संदर्भ प्रदान करते हैं। पीजीए लाभ इस तरह से निर्धारित किया जाएगा कि हमें जिस माप की आवश्यकता है उसके अनुसार। हम सिंगल-एंडेड एडीसी मोड के साथ x0.25 गेन का उपयोग करते हैं। X0.25 के साथ लाभ इतना बड़ा नहीं है कि ADC कनवर्टर द्वारा प्राप्त इनपुट काफी बड़े या अधिकतम वजन को माप सकता है जो हमने Arduino का उपयोग करने की कोशिश की है जो कि 70 Kg है। उसके बाद, हम ADC तुलनित्र के रूप में CNT2 काउंटर के साथ तुलना डेटा का उपयोग करते हैं, इसलिए हम ध्वनि संकेतक के साथ परिवर्तन को जान सकते हैं। चाल तुलनित्र है जिसे हम CNT2 मान के अंशांकन परिवर्तन के माध्यम से बनाते हैं ताकि जब वजन> 60 किग्रा हो, तो DCMP0 का आउटपुट "1" हो। ध्वनि संकेतक ब्लॉक विलंब ध्वनि संकेतक का उपयोग करके एक पूर्व निर्धारित आवृत्ति के साथ प्रकाश करेगा ताकि समय 0.5 एस होने पर ब्लॉक तर्क "1" हो। देरी से हम CNT0 काउंटर डेटा सेट कर सकते हैं जो 500 एमएस की आउटपुट अवधि को समायोजित करता है।

चरण 4: कम पास फ़िल्टर

अंतर एम्पलीफायर आउटपुट सिग्नल को फ़िल्टर करना बेहतर है। यह हस्तक्षेप को अस्वीकार करने में मदद करता है और वाइडबैंड शोर को कम करता है। लागू किया गया लो पास फिल्टर (एलपीएफ) अनावश्यक शोर को कम करता है। इस साधारण लो-पास फिल्टर सर्किट में लोड के साथ श्रृंखला में एक रोकनेवाला और लोड के समानांतर एक संधारित्र होता है। कुछ प्रयोगों से पता चला कि आवृत्ति स्पेक्ट्रम विश्लेषण के दौरान 32.5-37.5 हर्ट्ज पासबैंड वाले बैंड-पास फिल्टर में शोर घटक का पता लगाया जा सकता था। LPF की कटऑफ आवृत्ति, fco, को 1.75f ??, = fpeak सूत्र का उपयोग करके 20 Hz पर सेट किया गया था। आमतौर पर, कैपेसिटर बहुत छोटे होने चाहिए, उदाहरण के लिए 100 μF।

एफ?? = 1/2???

प्राप्त आर = 80 ।

चरण 5: ग्रीनपैक डिजाइन घटक

हम चित्र 8 से देख सकते हैं कि ग्रीनपैक में वे घटक शामिल हैं जिनकी हमें एडीसी मॉड्यूल और प्रतीक्षा समय के लिए काउंटर की आवश्यकता है।

एडीसी मॉड्यूल सेक्शन में, पीजीए गेन जरूरत के मुताबिक गेन को घटा या बढ़ा सकता है। PGA गेन का SLG88104 सर्किट में गेन रेसिस्टर के समान कार्य होता है।

एडीसी द्वारा प्राप्त आउटपुट डेटा, काउंटर डेटा मान को जोड़कर या कम करके काउंटर कैलिब्रेशन डेटा द्वारा इस तरह व्यवस्थित किया जाता है। हम इसे अपने द्वारा बनाए गए हार्डवेयर और आउटपुट के लिए उपयुक्त वजन के अनुसार सेट कर सकते हैं। इस डेमो के लिए हम ६० किलो के लिए २५० का काउंटर डेटा मान प्राप्त करते हैं और सेट करते हैं।

प्रतीक्षा समय के लिए काउंटर CNT0 है। CNT0 पर काउंटर डेटा यह निर्धारित करेगा कि साउंडइंडिकेटर कितने समय तक चालू रहेगा। हम इस मान को अपनी आवश्यकता के अनुसार सेट कर सकते हैं। इस डेमो के लिए हम 0.5 एस के लिए डेटा काउंटर 3125 का उपयोग करते हैं।

हम मानक और फाटकों के साथ तुलना करने के लिए LUT0 का उपयोग करते हैं ताकि यदि 0.5 s का सटीक समय और भार 60 किग्रा से अधिक हो, तो ध्वनि संकेतक ध्वनि करेगा।

चरण 6: परिणाम

इस अनुकरण के लिए हमने दो परीक्षण किए। सबसे पहले, हम बाद में संसाधित होने के लिए प्राप्त इनपुट पर रेसिस्टर गेन के प्रभाव को जानने की कोशिश करते हैं और गेन रेसिस्टर का कैलिब्रेशन वैल्यू प्राप्त करते हैं जो कि बनाए गए डिजिटल स्केल से सबसे अच्छा मेल खाता है। दूसरा यह है कि आप जो लाभ प्राप्त करना चाहते हैं उसे पूर्ण करने में सक्षम होने के लिए SLG46140 का उपयोग करके डिज़ाइन बनाना। परीक्षण के बाद, हमने बनाए गए एम्पलीफायर सर्किट की क्षमता और विकसित डिजिटल स्केल की क्षमताओं को अधिकतम करने के लिए डिजिटल स्केल के लिए प्रतिरोधी मूल्य के उच्चतम बिंदु की खोज की। इस डिजाइन के साथ हमें ± 6.8 ओम का उच्चतम लाभ प्रतिरोधी मूल्य मिलता है और अधिकतम वजन ± 60 किलोग्राम मापा जाता है। लाभ रोकनेवाला के मूल्य को समायोजित करना काफी जटिल है क्योंकि डिजाइन भी आवश्यक लाभ रोकनेवाला को बहुत प्रभावित करता है। इस उदाहरण में उपयोग किए गए डिजिटल पैमाने के लिए, अधिक वजन प्राप्त करने के प्रयास में 6.8 ओम को पार करना मुश्किल हो गया है।

इसके अलावा, दूसरे परीक्षण (SLG46140 और इसकी विशेषताओं का उपयोग करके) से, आप जिस अधिकतम वजन को मापना चाहते हैं उसे पीजीए मॉड्यूल का उपयोग करके सेट किया जा सकता है जो लाभ निर्धारित करता है। हम एक लाभ सेटिंग x 0.25 के साथ परीक्षण करते हैं और ध्वनि संकेतक वजन> 60 किलो के साथ चालू होता है। उपरोक्त परिणामों के आधार पर, कार्यात्मक रूप से, डिजिटल स्केल कैलिब्रेशन अच्छी तरह से चलता है। यह मैनुअल हार्डवेयर परिवर्तनों की तुलना में एम्पलीफायर को सेट करने में बहुत मददगार है। हम एक नियंत्रक के खिलाफ आकार में अनुकूल रूप से तुलना करते हैं जो एम्पलीफायर लाभ अंशांकन को समायोजित कर सकता है और इसमें एडीसी सुविधा भी है। यहां प्रस्तुत डिज़ाइन लाभों में छोटे भौतिक आकार, सादगी, बिजली की खपत, कीमत और आसानी से अनुकूलन योग्य शामिल हैं।

निष्कर्ष

SLG46140 का उपयोग करने वाला यह अधिक वजन सूचक एक पूर्व निर्धारित वजन संकेतक के लिए एक आदर्श समाधान है। ऊपर दिया गया डायलॉग सेमीकंडक्टर ग्रीनपैक डिज़ाइन SLG88104 का उपयोग करके पूरा किया गया है। कम तुलनात्मक लागत, छोटा क्षेत्र, कम बिजली, प्रोग्रामिंग में आसानी के साथ ग्रीनपाक इसे माइक्रोकंट्रोलर डिजाइन की तुलना में अलग बनाता है। व्हीटस्टोन ब्रिज, डिफरेंशियल एम्पलीफायर और एडजस्टेबल गेन सिद्धांतों का प्रदर्शन किया गया। यह डिज़ाइन उदाहरण अन्य व्हीटस्टोन ब्रिज अनुप्रयोगों के लिए भी बढ़ाया जा सकता है, क्योंकि यह बहुत कम प्रतिरोध वाले इंस्ट्रूमेंटेशन पर अत्यधिक विश्वसनीय है।