Новости

Інтелектуальний датчик зусилля MAXREFDES82 #

  1. Детальний опис апаратної частини
  2. MAX11254 24-бітний 6-канальний 64 Квиб / с сигма-дельта-АЦП з інтерфейсом SPI
  3. Тензодатчики
  4. Система харчування і джерела опорної напруги (ДОН)
  5. Мікропроцесор і ЖК-дисплей
  6. Опис резидентного програмного забезпечення
  7. Програмне забезпечення з графічним інтерфейсом для ПК
  8. Керівництво по швидкому запуску
  9. Результати лабораторних вимірювань

Електроніка розширює свої можливості по збору даних: від сенсорних екранів мобільних пристроїв до ваг з аналізатором складу людського тіла

Електроніка розширює свої можливості по збору даних: від сенсорних екранів мобільних пристроїв до ваг з аналізатором складу людського тіла Електроніка розширює свої можливості по збору даних: від сенсорних екранів мобільних пристроїв до ваг з аналізатором складу людського тіла. Часто з'являються нові концептуальні рішення, які об'єднують в собі високі технології, естетичний зовнішній вигляд і простоту. MAXREFDES82 # - одна з таких новинок.

MAXREFDES82 # - референсний модуль, промисловий інтелектуальний датчик для вимірювання діючих сил. Він здатний визначати вагу вантажу і його центр мас. Завдяки своїм широким можливостям MAXREFDES82 # може виступати і як ваги, і як сенсорна панель. При цьому чутлива панель виготовлена ​​з пластику, що робить модуль ідеальним вибором при створенні промислових пультів управління.

Особливістю MAXREFDES82 # є 24-бітний 6-канальний сигма-дельта-АЦП MAX11254 з частотою до 64 Квиб. / сек і комунікаційним інтерфейсом SPI. По краях модуля розташовані чотири тензодатчика. Вони необхідні для вимірювання сил, прикладених до чутливої ​​пластикової панелі. Використовуючи дані кожного датчика, модуль обчислює і відображає значення діючих сил і координати центру мас вантажу. Частота вимірів при цьому становить близько 10 мс.

Модуль забезпечений TFT-дисплеєм, на якому виводяться цифрові дані про значення сил, прикладених до кожного датчика, і їх результуюче значення. Крім того, на ЖК-екрані графічно відображається центр мас вантажу або місце торкання до чутливої ​​панелі.

MAXREFDES82 # відрізняється мінімальним споживанням і може харчуватися від звичайного USB-порту ПК. Для демонстрації можливостей модуля може додатково використовуватися прикладне ПО з графічним інтерфейсом для ПК.

Блок-схема модуля MAXREFDES82 #, представлена ​​на малюнку 1, показує, яким чином відбувається вимір діючих сил, як йде перетворення даних для створення призначеного для користувача 3D-інтерфейсу. У комплекті з модулем поставляється і резидентное ПО для мікроконтролера. MAXREFDES82 # може бути легко змінено відповідно вимоги конкретного додатка при мінімальних змінах резидентного ПО і апаратної частини. Модуль має компактне виконання, зручне для використання і монтажу.

Мал. 1. Блок-діаграма плати референсного модуля MAXREFDES82 #

Детальний опис апаратної частини

На малюнку 1 зображена спрощена блок-схема референсного модуля MAXREFDES82 #. На малюнку 2 представлений зовнішній вигляд збірки цього модуля. Для отримання більш докладних даних слід звернутися до принципової схеми.

Для отримання більш докладних даних слід звернутися до принципової схеми

Мал. 2. Зовнішній вигляд референсного модуля MAXREFDES82 #

Якщо натиснути на чутливу поверхню модуля або помістити на неї будь-якої вантаж, то розташовані під нею тензодатчики деформуються. Ця деформація перетворюється в електричний сигнал, який надходить на входи АЦП MAX11254. Система використовує сигнали чотирьох тензодатчиків для визначення величини сумарної діючої сили і знаходження центру маси вантажу. При цьому проводиться постійний опитування всіх чотирьох сенсорів, що дозволяє не тільки точно обчислювати прикладену силу, але і створювати карту її переміщення. Так як крім координат діючої сили додатково обчислюється її значення, то такий модуль ідеально підходить для 3D-інтерфейсів.

Червоний світлодіод сигналізує про наявність живлення модуля. Зелений світлодіод блимає, коли працює АЦП.

MAX11254 24-бітний 6-канальний 64 Квиб / с сигма-дельта-АЦП з інтерфейсом SPI

Мікросхема АЦП MAX11254 розташована в центрі плати. MAX11254 - 24-бітний 6-канальний сигма-дельта-АЦП, який володіє винятковою продуктивністю і низьким споживанням. Швидкість вимірювань становить до 64 Квиб / с, що дозволяє виконувати надточні вимірювання постійних сигналів. Для взаємодії з MAX11254 використовується SPI-інтерфейс. Мікросхема доступна в мініатюрному корпусному виконанні TQFN (5х5 мм).

АЦП забезпечений програмованим підсилювачем (programmable gain amplifier, PGA) з рівнем шуму 6,2 НВ / √Гц і коефіцієнтом посилення 1 ... 128. Підсилювач ізолює сигнальні входи від схеми вибірки на перемикаються конденсаторах. Крім того, він дозволяє АЦП працювати з високоімпедансних джерелами без необхідності звуження динамічного діапазону.

Для харчування аналогової частини АЦП використовується однополярної харчування 2,7 ... 3,6 В або двуполярное ± 1,8 В. В останньому випадку можлива робота з сигналами негативної полярності. Для живлення цифрової частини застосовуються діапазони напруг 1,7 ... 2,0 або 2,0 ... 3,6 В, в залежності від рівнів цифрових сигналів 1,8; 2,5; 3 або 3,3 В.

При роботі в складі даного інтелектуального датчика MAX11254 використовує такі налаштування:

  • параметри харчування: VAVDD = 3,6 В, VAVSS = 0 В, VDVDD = 3,6 В, VREFP- VREFN = 1,8 В;
  • частота вибірок: 200 виб / с;
  • коефіцієнт посилення програмованого підсилювача: 128;
  • режим перетворення: одиночне перетворення (SCYCLE = 1);
  • режим послідовності вимірювань (Sequencer mode): 2;
  • послідовність каналів: CH0, CH1, CH2, CH3;
  • затримка мультиплексора 1024 мкс.

Розробники можуть легко змінити конфігурацію АЦП відповідно до своїх вимог. Для цього потрібно буде змінити поставляється резидентное програмне забезпечення для мікроконтролера.

Тензодатчики

Тензодатчики використовують опорна напруга збудження 4,096 В від ІОН. Ці сенсори деформуються при впливі зовнішніх сил, що призводить до зміни їх електричного опору. В результаті напруга на виході датчика змінюється пропорційно прикладеною силі.

Для даного модуля застосовувалися датчики компанії Phidgets Inc. Вони працюють з навантаженнями до 780 г і мають вихідну напругу 0,8 мВ / В. Рівень нелінійності повної шкали для них становить 0,05%, неузгодженість повної шкали - 0,05%, температурний коефіцієнт - 0,05%. Залежно від вимог конкретних програм, що використовуються в даному модулі тензодатчики можуть бути замінені на більш підходящі.

ПРИМІТКА: не допускається перевантаження датчиків тривалістю більше 10 секунд.

Система харчування і джерела опорної напруги (ДОН)

Кабель micro-USB використовується для підключення модуля MAXREFDES82 # до ПК.

  • MAX17651 - лінійний стабілізатор з низьким власним падінням (LDO) і ультранизьким струмом споживання. Він використовується для перетворення напруги 5 В в 3,6 В;
  • MAX6071 - малошумящий прецизійний джерело опорного напруги 4,096 В, який використовується для живлення тензодатчиків;
  • MAX6071 - джерело опорного напруги 1,8 В, необхідний для АЦП MAX11254;
  • MAX8574 - високоефективний підвищує перетворювач, що формує напруга живлення 19,2 В для підсвічування РК-панелі.

Мікропроцесор і ЖК-дисплей

У модулі MAXREFDES82 # використовується процесор STM32F429. Він необхідний для управління роботою АЦП, ЖК-панелі і для виконання обчислень. 3,5-дюймовий РК-дисплей має дозвіл 240 × 320 пікселів. В даному додатку верхня частина дисплея розміром 240 × 80 пікселів використовується для виведення інформації про навантаження на сенсори. Нижня частина екрану 240 × 240 необхідна для графічного відображення місця прикладання сили і її амплітуди в рамках прямокутної області, утвореної чотирма тензодатчиками.

Опис резидентного програмного забезпечення

Резидентне ПО модуля MAXREFDES82 # використовує роботу по перериванню. Після включення живлення процесор конфигурирует системи харчування і тактирования, контролер РК-дисплея, стек USB, віртуальний COM-порт і інші системи і блоки. Далі STM32F429 переходить до циклічного опиту тензодатчиков і обробці отриманих даних. Результати вимірювань і обчислень відображаються на РК-дисплеї. Також результати можуть бути виведені на екран ПК за допомогою доданого програмного забезпечення з графічним інтерфейсом. Взаємодія ПК і модуля MAXREFDES82 # відбувається за допомогою COM-порту.

На малюнку 3 представлена ​​блок-схема алгоритму роботи резидентного ПО модуля MAXREFDES82 #. Для отримання більш докладної інформації слід звернутися до лістингу файлів ПО.

Мал. 3. Блок-схема алгоритму резидентного ПО MAXREFDES82 #

Програмне забезпечення з графічним інтерфейсом для ПК

MAXREFDES82 # здатний працювати автономно, тобто без ПК і комп'ютерного програмного забезпечення. Додається комп'ютерне програмне забезпечення дозволяє виводити результати на екран ПК.

На малюнку 4 показаний зовнішній вигляд прикладного ПО для ПК. Перед тим як підключити MAXREFDES82 # до USB-порту, користувач повинен спочатку встановити драйвери віртуального COM-порту від STMicroelectronics.

Мал. 4. Зовнішній вигляд графічного інтерфейсу програмного забезпечення для ПК

Після включення живлення і закінчення процедури ініціалізації референсний модуль переходить в режим вимірювань. Далі у вікні програми потрібно натиснути кнопку «Connect». Після цього на екрані ПК буде відображатися та ж інформація, що і на ЖК самого референсного модуля.

Керівництво по швидкому запуску

Необхідне обладнання:

  • купується у компанії Maxim Integrated: референсний модуль MAXREFDES82 #;
  • купується користувачем окремо: ПК з USB-портом і кабелем micro-USB.

Для перевірки коректної роботи MAXREFDES82 # необхідно слідувати наведеної нижче послідовності дій.

  1. Встановіть драйвер віртуального COM-порту, розташований в архіві MAXREFDES82SWzip. Для 32-бітних ОС використовуйте файл VCP_V1.3.1_Setup.exe, для 64-бітних - VCP_V1.3.1_Setup_x64.exe.
  2. Підключіть MAXREFDES82 # до ПК за допомогою USB-кабелю. Дочекайтеся, поки ПК закінчить установку драйвера.
  3. Дотримуйтесь інструкцій на РК-екрані модуля MAXREFDES82 # для завершення стартової калібрування.
  4. Після завершення калібрування модуль знаходиться в режимі вимірювань.
  5. Запустіть файл MAXREFDES82SWexe, розташований в архіві MAXREFDES82SW10.zip.
  6. Натисніть кнопку «Connect» у вікні програми на ПК. Після цього вміст вікна програми на ПК і на РК-панелі модуля повинно співпадати.
  7. Проведіть тестове натискання на чутливу панель модуля із зусиллям менше 570 грам. Модуль витримує короткочасні перевантаження до 2 кілограмів.
  8. Коли модуль підключений до порту USBкомпьютера, не проводьте його відключення. Також не натискайте на модулі MAXREFDES82 # кнопку скидання SW Відключення від USB-порту і використання кнопки SW1 допустимо тільки при вимкненому ПК

Результати лабораторних вимірювань

Модуль MAXREFDES82 # випробовувався в нормальних режимах роботи. Дана платформа призначена для розробників, які використовують 24-розрядний багатоканальний сигма-дельта-АЦП MAX11254 в електронних вагах і сенсорних панелях. Референсний модуль може бути легко налаштований для роботи в складі різних додатків: ваг, промислових пультів, систем автоматизації і так далі.

Референсний модуль може бути легко налаштований для роботи в складі різних додатків: ваг, промислових пультів, систем автоматизації і так далі

На малюнку 5 представлені результати вимірювань ваги при стандартному розміщенні вантажу в центрі чутливої ​​поверхні модуля.

На малюнку 6 показано залежність похибки вимірюваної X-координати прикладеної сили при розташуванні вантажу в центрі чутливої ​​поверхні модуля.

Мал. 6. Помилка повної шкали при вимірюванні координати по осі Х при розташуванні вантажу в центрі чутливої ​​поверхні модуля

На малюнку 7 показана залежність похибки вимірюваної Y-координати прикладеної сили при розташуванні вантажу в центрі чутливої ​​поверхні модуля

Мал. 7. Помилка повної шкали при вимірюванні координати по осі Y при розташуванні вантажу в центрі чутливої ​​поверхні модуля

На малюнку 8 представлені результати вимірювань ваги при розміщенні вантажу у верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля.

Мал. 8. Помилка повної шкали при вимірюванні ваги при розташуванні вантажу в верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля

На малюнку 9 показано залежність похибки вимірюваної X-координати прикладеної сили при розташуванні вантажу в верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля.

Мал. 9. Помилка повної шкали при вимірюванні координати по осі Х при розташуванні вантажу в верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля

На малюнку 10 показана залежність похибки вимірюваної Y-координати прикладеної сили при розташуванні вантажу в верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля.

Мал. 10. Помилка повної шкали при вимірюванні координати по осі Y при розташуванні вантажу в верхній лівій чверті чутливої ​​поверхні модуля

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

•••