Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Цифровые весы с резистивным FSR сенсором

Автор: Сергей Безруков (aka Ser60) и Никола Кузмановски, sergeilb60@mail.ru
Опубликовано 22.11.2017.
Создано при помощи КотоРед.

Этот проект был разработан в процессе проектирования устройств для измерения веса жидкостей, наливаемых в непрозрачную пробирку или иную ёмкость. Проект скорее учебно-эксперементальный. Тем не менее, представленное здесь устройство помогает с достаточной точностью предотвратить перелив смеси в ёмкость, что, собственно, и являлось первоначальной целью. Идея, дизайн, и реализация значительной части ПО выполнена моем студентом из Македонии – Николой в рамках его летнего проекта. Конструктивно прибор смонтирован на акриловом основании с установленной на нём подвижной измерительной платформой. Платформа перемещается на направляющих штырях вверх и вниз под действием груза на ней. Под платформой находится датчик веса, приклеенный к основанию.

Измерение веса предметов на платформе производится прямоугольным резистивным сенсором (FSR – Force Sensing Resistor) модели 406 размером 44×44 мм фирмы Interlink Electronics. При установке на сенсор предметов весом от 10 грамм до 2 кг, его сопротивление изменяется примерно от 80 ком до 500 ом. Характер изменения сопротивления нелинеен, но близок к логарифмическому. В наши цели не входили балансировка и калибровка датчика и точное измерение веса, поэтому на ЖКИ отображается некоторое условное число, однако пропорциональное весу. Для предотвращения перелива в процессе наполнения жидкостью сосуда, установленного на верхней платформе, предполагается следить за растущими показаниями дисплея и не допускать выхода их за пределы некоторого порогового значения, подобранного для этого сосуда заранее экспериментально. Аналогично можно контролировать и недолив.

 

Схема прибора досточно простая и помимо микроконтроллера содержит всего несколько деталей. Измерение сопротивления датчика R1 производится посредством измерения падения напряжения на нём при пропускании через сенсор нормированного тока в 20 мкА. Ток через сенсор контролируется образцовым источником тока в составе МК. Наличие встроенного управляемого генератора тока, драйвера ЖКИ, и достаточно продвинутого АЦП с интергитрованным источником опорного напряжения явились определяющими факторами при выборе типа МК. В перерывах между измерениями с выключенным ЖКИ среднее токопотребление схемы не превосходит 0.6 мкА, а при измерении увеличивается примерно до 15 мкА. Это позволяет питать схему от круглой литиевой батарейки типа «таблетка» на протяжении долгих лет и отказаться от выключателя питания. Прибор исправно работает уже более двух лет без смены батареи.

Начало измерения производится нажатием на кнопку. Это приводит к активизации драйвера ЖКИ, источника тока на выводе 37 корпуса МК, инициализации 12-битного АЦП на работу с сигналами на выводе 38, и включению внутреннего источника опорного напряжения 1.65В. АЦП сконфигурирован на производство и автоматическое усреднение четырёх измерений при каждом измерении веса. Для исключения подачи на вход АЦП напряжения более опорного при отсутствии веса на измерительной платформе и повышения точности измерений используется аттенюатор на входе АЦП с программируемым коэффициентом передачи 1:2 или 1:1. Фильтрация измерений обеспечивается программным цифровым фильтром на основе скользящего среднего. Измерения производятся с периодом около 500 мс. Активность системы по нажатии кнопки поддерживается в течении 2 мин, что в наших условиях более чем достаточно для наполнения ёмкости. После этого устройство погружается в глубокий сон с выключенным ЖКИ и остальной периферии МК до следующего нажатия на кнопку. Благодаря малому токопотреблению схемы можно было-бы и не вводить систему в сон.

ЖКИ драйвер микроконтроллера работает в режиме мультиплекса 1:4 и стабилизирует амплитуду управляющих сигналов ЖКИ на уровне 2.72 В. Это гарантирует постоянный контраст ЖКИ по мере разряда батареи. Модель ЖКИ – S401M16 фирмы Lumex, высота цифры дисплея около 0.17”. Подробнее о работе драйвера ЖКИ этого МК и сравнении его с некоторыми другими можно прочитать в моей статье [1]. Разработка ПО производилась в свободной версии системы IAR Embedded Workbench. Для загрузки кода в МК и внутрисхемной отладки использовался штатный отладчик USB Debug Adaptor для семейства C8051 фирмы Silicon Labs, подключаемый к МК по интерфейсу C2 через разъём SV1.

Плата помещена в пластиковый корпус 1551PFL фирмы Hammond. МК смонтирован на плате под ЖКИ, держатель батареи и разъём для программирования МК размещены на обратной стороне платы. Для улучшения механического контакта с датчиком к нижней стороне подвижной платформы приклеена акриловая прямоугольная пластина по размеру чувствительной части сенсора. Исходный текст программы МК и файл платы для Eagle прилагаются. В заключении несколько фотографий платы:

   

Первоначально плата была разведена под использование вывода 28 (P1.7) для подключения кнопки. Однако, впоследствии она была перекинута на вывод 40 (P0.4), потому что, как было обнаружено, питание на порт P1.7 подаётся с шины VIORF внутри МК. Напряжение на этой шине у нас равно 0, посколько мы не используем DC/DC конвертер в МК и вывод 8 (VIOFR) корпуса при разводке платы не был подключен к батарее.

Литература:

  1. О микромощных МК с ЖКИ драйвером и датчике Si7021

Файлы:
Firmware + PCB


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

1 0 0