AVT-5132.pdf
(
1377 KB
)
Pobierz
Miernik siły nacisku
PROJEKTY
Miernik siły nacisku
AVT–5132
Projekty urządzeń do pomiaru
siły, ze względu na duży koszt
czujników tensometrycznych
i wymagane doświadczenie przy
ich oklejaniu, właściwie nie
pojawiają na łamach EP. Nawet
próby zastosowania głośników
dynamicznych w roli czujników
siły skończyły się, jak widać,
„pracą do szuflady”. Przełomem
może być względnie tani i łatwy
w nabyciu, a przede wszystkim
w zastosowaniu czujnik nacisku
użyty do poniższego projektu.
Rekomendacje:
ciekawa aplikacja inspirująca do
dalszych prac konstrukcyjnych,
możliwości jest tu sporo.
Dzięki specjalnemu czujnikowi
opisany niżej miernik mierzy siłę na-
cisku. Jest ona wyrażona w niutonach
(N). Przypomnijmy definicję tej wiel-
kości fizycznej: siła ma wartość jed-
nego niutona, jeżeli masie 1 kg nada-
je przyśpieszenie 1 m/s
2
. W mierniku
do pomiaru siły zastosowano względ-
nie tani, foliowy czujnik nacisku,
którego wygląd pokazano na
fot.
1
.
Jego zasada działania jest podobna
jak czujników w klawiaturze foliowej.
Różnica polega na tym, że zamiast
przełączenia następuje spadek rezy-
stancji przycisku zależny od wartości
przyłożonej siły. Zastosowany tu czuj-
nik jest łatwiejszy w zastosowaniu niż
czujniki tensometryczne. Aby zmie-
rzyć siłę nacisku z wykorzystaniem
czujnika foliowego, wystarczy mierzyć
jego rezystancję. Równoważną metodą
jest pomiar napięcia na czujniku bę-
dącym elementem dzielnika napięcio-
wego. Zmiany rezystancji tego typu
czujnika nie są liniowe, co widać na
rys.
2
. W mierniku siły, do przetwa-
rzania sygnału z czujnika zastosowano
mikrokontroler PSoC, dla którego pro-
gram przygotowano w sposób graficz-
ny z wykorzystaniem oprogramowania
PSoC Express 3. Miernik umożliwia
wyświetlenie na wyświetlaczu LCD
siły nacisku podanej w niutonach,
można także w sposób graficzny
przedstawić ją na linijce diod LED.
Dzięki zastosowaniu nowoczesnego
mikrokontrolera miernik jest bardzo
prosty i łatwy w zastosowaniu.
Opis działania układu
Na
rys.
3
przedstawiono schemat
ideowy czujnika siły nacisku. Całością
steruje mikrokontroler PSoC (U1) typu
CY8C27443, którego schemat blokowy
przedstawiono na
rys.
4
. Jest to mi-
krokontroler posiadający rdzeń M8C,
16 kB pamię-
ci Flash oraz
256 B pamięci
RAM. Posia-
da dosyć dużą
liczbę uniwer-
salnych bloków
cyfrowych oraz
analogowych,
w których moż-
na umieścić wy-
brane peryferia
z możliwością
Fot. 1. Wygląd foliowego czujnika
nacisku
PODSTAWOWE PARAMETRY
• Płytka o wymiarach 84x58 mm
• Zasilanie +9...15 VDC
• Pomiar siły w niutonach
• Zakres mierzonych sił: od 1 do 100 N
• Wyświetlanie wyniku na wyświetlaczu LCD
lub na linijce LED
Rys. 2. Zależność rezystancji czujnika od siły nacisku
Elektronika Praktyczna 5/2008
19
Miernik siły nacisku
Rys. 3. Schemat ideowy czujnika siły nacisku
ich zmiany podczas pracy. Czujnik
nacisku R1 wraz z rezystorem R2
tworzą dzielnik napięcia mierzone-
go następnie przez przetwornik ADC
mikrokontrolera. Mikrokontroler zaj-
muje się również linearyzacją zmian
rezystancji czujnika w zależności od
siły nacisku, zgodnie z charaktery-
styką z rys. 2. Do pozostałych linii
mikrokontrolera dołączony został wy-
świetlacz LCD oraz linijka diod LED.
Potencjometr P1 umożliwia regulację
kontrastu wyświetlacza LCD, nato-
miast rezystor R13 ogranicza prąd
jego podświetlenia. Re-
zystory R3...R12 i R14...
R17 ograniczają prąd
diod linijki LED, która
składa się z diod D1...
D14. Napięcie zasilają-
ce miernik jest stabili-
zowane poprzez stabi-
lizator U2 na poziomie
+5 V i filtrowane za
pośrednictwem konden-
satorów C1...C4. Jak można zauważyć,
dzięki zastosowaniu mikrokontrolera
PSoC miernik posiada bardzo prostą
konstrukcję końcową i niewielką liczbę
elementów dodatkowych.
Opis graficzny działania
programu
Program działania miernika siły
został przygotowany z wykorzystaniem
oprogramowania
PSoC Express
, dzięki
czemu nie jest potrzebna znajomość
jakichkolwiek języków programowa-
nia. Na
rys.
5
pokazano wygląd gra-
ficzny programu miernika. Składa się
on z przetwornika
ADC
mierzącego
napięcie z czujnika, bloku obsługi wy-
świetlacza
LCD_VAL
oraz bloków 14
Rys. 4. Schemat blokowy mikrokontrolera CY8C27443
Rys. 5. Graficzna postać programu miernika
20
Elektronika Praktyczna 5/2008
Miernik siły nacisku
leżności od wartości
siły, jaka jest wyświe-
tlana na wyświetlaczu
LCD, zapalają się od-
powiednie diody LED.
Dla przykładu, na
rys.
7
został pokaza-
ny warunek działania
diody LED D1. Jeśli
na wyświetlaczu LCD
zostanie wyświetlona
wartość równa lub
większa od 1 N, to
dioda jest zapalana.
W przeciwnym przy-
padku jest gaszona.
Dla pozostałych diod
warunek działania
jest podobny i różni
się tylko wartością
siły. W oprogramo-
waniu PSoC Express
istnieje również moż-
liwość symulacji przygotowanego pro-
gramu (
rys.
8
), co bardzo ułatwia
sprawdzenie poprawności jego dzia-
łania. Oprogramowanie PSoC Express
umożliwia również automatyczną ge-
nerację schematu wraz z wartościami
elementów. Jest to świetne narzędzie,
które warto polecić nie tylko dla po-
czątkujących.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: Czujnik nacisku typu CZN–CP1
R2: 10 k
V
R3...R12, R14...R17: 470
V
R13: 22
V
P1: Potencjometr leżący mały 10 k
V
Kondensatory
C1, C3, C5: 100 nF
C2, C4: 220
m
F/16 V
Półprzewodniki
U1: CY8C27443 (DIP28)
U2: 7805
D1...D7: LED 3 mm zielona
D8...D11: LED 3 mm żółta
D12...D14: LED 3 mm czerwona
W1: LCD 2x16 znaków
Rys. 6. Okna definicji warunków programu
wykorzystywana tylko linijka diod
LED, wyświetlacz LCD może nie być
montowany, natomiast kolory diod li-
nijki mogą być dowolne. Poziom siły
wskazywany przez diody LED może
być zmodyfikowany do własnych po-
trzeb z wykorzystaniem oprogramo-
wania PSoC Express 3. Miernik jest
przystosowany do zasilania napięciem
+9...15 V. Sygnały z diod LED można
wykorzystać również jako źródło syg-
nałów alarmowych dla innych ukła-
dów np. alarmowych, które zareagują
po przekroczeniu wybranego poziomu
nacisku.
Dodatkowe informacje na temat
mikrokontrolerów PSoC, narzędzi i pro-
gramatorów można znaleźć na stro-
nach:
www.cypress.com
,
www.psoc.pl
.
Marcin Wiązania, EP
marcin.wiazania@ep.com.pl
Rys. 7. Przykładowy warunek działania diody LED D1
diod LED nazwanych
D1...D14
. Funk-
cją bloku
LCD_VAL
oprócz realizacji
wyświetlania danych na wyświetlaczu
LCD jest przeliczanie odczytanej war-
tości z czujnika na wartość podaną
w niutonach. Do przeliczania jest wy-
korzystywana charakterystyka z rys. 2.
Część warunków działania bloku
LCD_
VAL
przedstawiono na
rys.
6
. Działa-
nie jest bardzo proste. Jeśli wartość
z przetwornika (ADC) jest większa lub
równa 2500, to na wyświetlaczu zo-
stanie wyświetlona wartość
1 N
itd.
Moduł obsługi wyświetlacza LCD
oprócz wyświetlenia wartości nacisku,
umożliwia przypisanie nazwy parame-
tru oraz jednostki. W tym przypadku
wyświetlacz wyświetla nazwę
Nacisk
i jednostkę
N
. Wyświetlany tekst, jak
i jednostkę można skonfigurować w pa-
rametrach modułu
LCD_VAL
. W za-
Montaż i uruchomienie
Schemat montażowy miernika
przedstawiono na
rys.
9
. Montaż jest
typowy, należy go rozpocząć od ele-
mentów najmniejszych. Jeśli będzie
wykorzystywany tylko wyświetlacz
LCD, diod LED D1...D14 można nie
montować. Jeśli będzie zamontowany
wyświetlacz LCD, to po zmontowaniu
miernika potencjometrem P1 należy
wyregulować kontrast. Jeśli będzie
Rys. 8. Okno symulacji programu mikrokontrolera
Rys. 9. Schemat montażowy
22
Elektronika Praktyczna 5/2008
Plik z chomika:
panrusiu
Inne pliki z tego folderu:
R - 8010.rar
(13765 KB)
555_Timer___it_s_Applications(1).pdf
(76458 KB)
M_T_12_2014 - Kopia.pdf
(14822 KB)
WYKRYWACZ PLUSKIEW.EDW 8-2001.pdf
(208 KB)
FALOMIERZ GENERATOR. EDW 7-1996.pdf
(603 KB)
Inne foldery tego chomika:
- ❎ Diagnostyka Pojazdów
Pliki dostępne do 01.06.2025
Pliki dostępne do 21.01.2024
[FreeCourseSite.com] Udemy - The Complete Ethical Hacking Masterclass Beginner To Expert
► ►filmy◄◄
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin