¿Por qué debería utilizar el AD8221 para medir el valor de la señal del extensímetro? ¿La ganancia sigue siendo la misma? ¿Por qué?
Palabras clave: Sensor de deformación resistivo, amplificador diferencial, cristal líquido.
Diseño de dinamómetro digital basado en galga extensométrica de resistencia
Zhang Chongbin Health Core Exhibition Flowers y Luo Jiejun
Universidad Huanghuai
Resumen: Este El artículo presenta el diseño y la implementación de un instrumento electrónico de medición de fuerza basado en sensores extensímetros de resistencia. El sistema está controlado por un microcontrolador 51 y muestra automáticamente el tamaño de agarre medido a través de la pantalla LCD. El circuito incluye un circuito de medición, un amplificador diferencial, una conversión A/D y un circuito de visualización. El circuito de medición utiliza la potencia del dispositivo de tensión de resistencia para convertir la señal de tamaño de un objeto en una señal eléctrica correspondiente. La señal eléctrica se amplificará en el chip AD a través del circuito de amplificación diferencial para su identificación, de modo que la señal eléctrica pueda ser. convertido en una señal digital correspondiente. Finalmente, mida en el monitor LCD de líquido.
Palabras clave: sensor de deformación, amplificador diferencial,
1. Tareas y requisitos de diseño
1.1 Tareas de diseño
1. El dinamómetro de agarre puede mostrar el valor de fuerza actual.
2. Utilice números para mostrar la fuerza medida.
Idea de diseño de 1.2
El proceso de medición del medidor de fuerza de empuñadura digital es convertir la fuerza del objeto medido en voltaje a través de un sensor de tensión de resistencia. Debido a que esto suele ser muy pequeño, es necesario amplificarlo. El analógico amplificado se convierte en una cantidad digital a través de un chip analógico/digital, y luego la intensidad se muestra a través de la pantalla.
El principio de funcionamiento de 1.3
Cuando el dinamómetro de agarre con pantalla digital detecta el objeto medido (principalmente la fuerza del brazo), su fuerza deforma el resorte del dinamómetro de agarre y pasa a través de la tensión de resistencia. Sensor de calibre, el sensor produce entonces un efecto eléctrico correspondiente, convirtiendo la fuerza sobre el objeto en electricidad (voltaje o corriente). Esto se amplifica y filtra mediante un circuito amplificador y luego se convierte mediante un convertidor analógico a digital (A/D). Los números convertidos son juzgados por el microcontrolador y luego enviados al circuito de visualización.
2. Diseño y demostración del esquema
2.1 Esquema general
El extensímetro de resistencia genera voltaje y el voltaje amplificado se ingresa al chip de conversión A/D. TCL para conversión A/D. Dado que este chip se puede utilizar directamente para la visualización digital, la cantidad digital convertida se muestra directamente en la pantalla digital. La ventaja de esta solución es que el circuito externo es muy simple y puede lograr una alta precisión.
En tercer lugar, la selección de componentes electrónicos
3.1 Selección del sensor
La presente invención tiene alta precisión, amplio rango, larga vida útil, estructura simple y buena respuesta de frecuencia. Características, puede funcionar en condiciones difíciles y puede lograr fácilmente la miniaturización, integración y diversificación de variedades.
3.2 Selección de amplificadores operacionales
Existen amplificadores operacionales integrados bien establecidos en este campo, como los amplificadores de instrumentos AD, que se pueden utilizar directamente en la parte de amplificación del diseño. Los chips integrados son mejores que los amplificadores operacionales integrados. El rendimiento del circuito es más estable y el error es menor. Sin embargo, el precio de los amplificadores operacionales integrados es relativamente alto y el rango de error de su propio circuito amplificador operacional superpuesto básicamente cumple con los requisitos de este diseño, por lo que elegimos el amplificador operacional único OP07 para superponer el amplificador operacional diferencial, y al mismo tiempo Al mismo tiempo, también ejerció la simulación hasta cierto punto. Las capacidades prácticas del circuito.
3.3 Selección del chip de conversión analógico a digital (A/D)
De acuerdo con los requisitos de este proyecto, para cumplir con la resolución de bits más baja, se requiere una resolución de bits alta. Se debe seleccionar el chip A/D. El controlador de chip TLC en serie es un poco más complicado que el A/D paralelo, pero según la comparación de precios minoristas, este chip es el chip más barato que cumple con los requisitos. Basándonos en el principio de minimizar el coste del proyecto, finalmente elegimos este chip.
3.4 Selección de visualización
Seleccione cristal líquido de matriz de puntos Ca LCM para mostrar datos amplificados.
En cuarto lugar, el plan de implementación específico de cada módulo de hardware.
El hardware del sistema incluye un módulo de potencia, un módulo de adquisición y amplificación de datos, un módulo de conversión A/D, un módulo de conversión automática y una pantalla de tubo digital. módulo.
Módulo de fuente de alimentación 4.1
Debido a que el hardware del sistema tiene OP07 y el circuito amplificador operacional requiere una fuente de alimentación positiva y negativa 9, la fuente de alimentación requerida por todo el circuito amplificador puede directamente Utilice baterías de litio recargables.
4.2 Módulo sensor
El sensor de tensión de resistencia convierte los cambios en la cantidad física medida en cambios en el valor de resistencia y luego muestra o registra los cambios en el valor medido a través del circuito de medición correspondiente. . Aquí utilizamos un sensor de tensión resistivo como núcleo del circuito de medición. La precisión y el alcance deben seleccionarse adecuadamente según los requisitos del objeto que se está midiendo.
4.3.Circuito amplificador diferencial
El instrumento de empuñadura digital utiliza un sensor de tensión de resistencia de puente completo, cuyo núcleo es un circuito de puente compuesto por extensímetros de resistencia (medidores de tensión). Este tipo de sensor tiene las características de bajo costo, alta precisión y buena estabilidad de temperatura. Sin embargo, su principio de detección determina que el voltaje de salida de este tipo de sensor es bajo y debe ser amplificado cientos de veces mediante un circuito de amplificación diferencial antes de que pueda usarse para la conversión A/D. En términos generales, el voltaje de salida del sensor es muy pequeño, básicamente milivoltios o incluso microvoltios, y se requiere un circuito amplificador externo para obtener suficiente ganancia.
Existen muchos tipos de amplificadores de instrumentación. Aquí presentamos un amplificador de instrumento ampliamente utilizado, que es un amplificador diferencial típico. Solo requiere OP07 de alta precisión y algunas resistencias para formar un amplificador de instrumentación con rendimiento superior. Es ampliamente utilizado en sistemas de adquisición digital como control automático industrial, instrumentación y medición eléctrica.
El chip OP07 es un circuito integrado amplificador operacional bipolar con bajo ruido y estabilidad cero sin cortes. Debido a que el OP07 tiene un voltaje de compensación de entrada extremadamente bajo, en muchas aplicaciones el OP07 no requiere medidas adicionales de ajuste a cero. OP07 presenta baja corriente de polarización de entrada y alta ganancia de bucle abierto. Esta baja compensación y alta ganancia de bucle abierto hacen que el OP07 sea particularmente adecuado para equipos de medición de alta ganancia y sensores débilmente amplificados.
4.4. Conversión de analógico a digital
En los sistemas de medición y control reales, las cantidades físicas que cambian continuamente en tiempo y valor a menudo se denominan cantidades analógicas, y la electricidad correspondiente es analógica. electricidad. Pantalla de salida analógica, primero a través de la conversión de analógico a digital, se puede recibir y procesar el cristal líquido de matriz de puntos LCM.
Depuración del sistema de verbo (abreviatura de verbo)
5.1 Proceso de depuración
(1) Primero, asegúrese de que la pantalla muestre exactamente cero cuando el dinamómetro esté apagado. -carga .
(2) Luego, sostenga el brazo eléctrico, aplique diferentes fuerzas y observe si la pantalla muestra la fuerza con precisión. Si hay alguna desviación, muestree quince veces y tome el valor promedio.
(3) La estabilidad de la posición cero es un factor muy importante que afecta la precisión del dinamómetro de agarre. Será inestable debido a la temperatura u otros factores, lo que se denomina deriva del punto cero. Debido al efecto de la deriva del cero, es posible que la salida no sea cero en la entrada cero. Para eliminar este valor de deriva del punto cero, se utiliza tecnología de compensación del punto cero. La compensación cero consiste en almacenar este valor de deriva cero y restar este valor durante cada recopilación de datos. El valor obtenido es eficaz para eliminar la deriva cero.
Función del sistema de verbos intransitivos
El rango de medición del medidor de empuñadura digital se divide en cuatro niveles, 0~1. Kilogramo, 0~19,99 kg, 0~9 kg, 0~kg. La fuerza de agarre medida se muestra en números y la posición del punto decimal corresponde a diferentes rangos de medición. También tiene una función de cambio de rango automático, que puede adaptarse a personas de diferentes niveles.
Siete. Resumen de diseño
Actualmente hay muy pocos medidores de empuñadura digitales pequeños en el mercado, pero se están desarrollando hacia la miniaturización, la alta precisión y la inteligencia. TCL utiliza un paquete pequeño, es de tamaño pequeño y requiere pocos componentes, lo que cumple con los requisitos para la miniaturización del medidor de fuerza de agarre. Tiene varios registros de control y registros de datos incorporados. Estos registros se pueden controlar y leer fácilmente a través de la interfaz SPI para satisfacer las necesidades inteligentes del medidor de fuerza de agarre.
En el diseño del curso de tecnología electrónica, dedicamos mucho tiempo y energía a la revisión de datos y la demostración del programa y, combinados con nuestro propio aprendizaje, resolvimos cuidadosamente los problemas encontrados en cada módulo funcional.
También utilizamos el software de simulación Proteus 6 Professional para simular algunos módulos funcionales y logramos buenos resultados.
Ocho. Referencia
[1] Ayuda. Aplicación del principio de microcontrolador de la máquina. Prensa de Educación Superior.
Wang Huaxiang, Zhang Shuying. Principios y aplicaciones de los sensores. Tianjin: Prensa de la Universidad de Tianjin.
Yan Shi. Fundamentos de la tecnología electrónica digital. Prensa de Educación Superior.
[1]Pinzas. Parte básica de simulación de la tecnología electrónica. Prensa de Educación Superior.
Sobre el autor:
Chang (-), hombre, de Minqin, Gansu, estudiante universitario, ingeniero de redes, dirección profesional: ciencia y tecnología electrónica;
Hua, hombre, 25 años, de Xinyang, Henan, estudiante universitario, Departamento de Ciencia e Ingeniería Electrónica, Universidad de Huanghuai;
Zhan Baobin, hombre, de Baiyin, Gansu, 23 años, estudiante universitario del Departamento de Información Ingeniería, Universidad de Huanghuai.
Unidad: Departamento de Ciencia e Ingeniería Electrónica, Huanghuai College, ciudad de Zhumadian, provincia de Henan. Es realmente difícil de explicar claramente de una vez. Mejor ir a Hard City.