Polskie Towarzystwo Rakietowe - Amatorskie Konstrukcje Rakiet

Jako że dziś układów do obróbki cyfrowej sygnału analogowego jest multum, a i ludzie siedzą głownie w cyfrówce, pomyslałem o jednej kwestii. Sygnał analogowy można zdigitalizować, ale wcześniej trzeba go mieć. Tak wiec powstał prosty układ wzmacniacza analogowego do belek tensometrycznych. Jak wiadomo, najczęściej mamy do czynienia z czułością 2mV/V dla pełnego obciążenia, wiec przy standardowym zasilaniu belki napięciem stałym 10V mamy Uwy = 20mV. I to trzeba wzmocnić do najczęstszej wartości 0-5V. Wzmacniacz musi być stabilny, niskoszumiący, wystarczająco szybki. Najpierw schemat:
Jak widać zastosowałem jeden z lepszych, ale stosunkowo tanich wzmacniaczy pomiarowych scalonych. AD620 kosztuje od 18-30 zeta. Co ważne, jest to w pełni symetryczny wzmacniacz różnicowy ze wzmocnieniem ustalanym jednym opornikiem. Wartość wzmocnienia ustaliłem na stałe, by napięcie wyjściowe miało wartość około 2V na wyjściu. Resztę wzmocnienia zapewnia wzmacniacz operacyjny OPA2277. Jest to wzmacniacz troszkę tylko tańszy niż AD620, ale posiada wyjątkowo niskie napięcie niezrównoważenia, co upraszcza układ. OPA zapewnia wzmocnienie łącznie z wtórnikiem - buforem na wyjściu. Na wyjściu mamy dwie diody: zenera oraz schotkyego. To zabezpieczenie przetwornika A/D. Napięcia na wyjściu są max od -0,27 do + 5,21 V. Diody sa bezpośrednio na wyjściu, wiec zabezpieczają też ewentualność przepięć na kablach. Niskoomowe wyjście o zakres do 5V na wyjściu pozwala pociągnąć sygnał analogowy na kilka, kilkanaście metrów nawet przewodem nieekranowanym. Do wyjaśnienia jeszcze to tajemnicze RX. Ano w tym miejscu (docelowo złączem RS232) będzie wpinany opornik zewnętrzny z potencjometrem wieloobrotowym, w celu dostosowania wzmocnienia do belki i zakresu pomiarowego. Jako że pracuje w członie niskich wzmocnień, wpływ złącza, przewodów itp na sygnał jest znikomy. Można oczywiście tak dobrać Rx, by sygnał wyjściowy był 5V przy wejściu np 5 mV, co pozwoli belkę z zakresem np 100kg wykorzystać jako belkę do 25kg. Układ ma tylko ciut porąbane zasilanie. Ze względu na obecność sygnału wy na poziomie od zera Volt, zasilanie musi być symetryczne. Ale wystarczy poziom od 7,5 - 8V do - 2,5 lub 3V. Tak wiec ujemne napięcie jest brane z dwóch ogniw R6 (prąd na poziomie kilkunastu mA zapewni długi czas pracy baterii). Napięcie dodatnie jest redukowane stabilizatorem TL317 do wartości około 7,7V ( w moim przypadku tak wyszło). Z głównego zasilania jest też pobierane napięcie 10V do zasilania mostka tensometrycznego. Używany stabilizator to LP2951, najlepiej w wersji A (np ACN). Zapewnia dużą dokładność stabilizacji, a wiec i pomiaru. Na płytce napięcia ujemne podawane są mostkami z drutu. Jako główne zasilanie zastosowałem 10 baterii R6. Pobór jest na poziomie 40mA. Baterie alkaliczne same się nie wyładowują znacząco, są dość odporne na niższe temperatury, a dziś cenowo to jest nawet na poziomie 12 zeta. Na płytce są również stabilizatory. Do wyjaśnienia jeszcze potencjometr i dwa goldpiny przy R1 i R2. To układ zerowania mostka. Można "zdjąć" ciężar belki, mocowań, silnika itp. Likwiduje to też offset samych tensometrów i wzmacniacza. Goldpiny są po to, by zworkami regulować zerowanie bardziej w strone plus, lub w stronę minus. To w sytuacji, gdy silnik stoi na belce, lub jest do niej podwieszony.
A teraz płytka z elementami widok od ścieżek
Płytka już odwrócona stronami, do druku do naświetlań lub termotransferu.

Przyda się dla chłopaków, nie tylko do hamowni. Andrzej nie wiem czy masz ochotę udostępnić plik, ale może jakiś plik Eagla czy w czym robiłeś płytkę.

Rafcio, płytka jest przeze mnie rysowana ręcznie w programie graficznym.

Nie wiem czy się opłaca. Z jednej strony dobrze jest mieć swój projekt, z drugiej jest coś takiego już ze zintegrowanym przetwornikiem:
https://botland.com.pl/czujniki-nacisku ... cznej.html
A na portalu aukcyjnym kosztuje to 7 PLN.

Płytka z Botland'a lub podobna byłaby fajna, ale ...
-próbkowanie max 80Hz to trochę cienko (nie wiadomo dodatkowo, czy już pouśredniane czy surowe itp)
-brak możliwości zmiany wzmocnienia czyli wykorzystywanego różnego zakresu pomiarowego. (dotyczy gotowej płytki bo sam scalak może obsłużyć rożne wzmocnienia)

Ma też swoje zalety. Po wprowadzeniu współczynnika belki otrzymujemy od razu cyfrową wartość siły (wagi) i żadna kalibracja nie jest potrzebna.

Tak więc każdy je to co lubi

Przy użyciu zewnętrznego zegara można mieć około 145Hz. Ale to nie jest problem tego układu. Przy rozdzielczości 24bity zawsze masz ograniczoną częstotliwość próbkowania, chyba że weźmiesz drogi / duży / skomplikowany specjalistyczny przetwornik. Natomiast z zasady działania samego przetwornika, wartość analogowa jest uśredniona na całej długości okresu próbkowania. Więc im szybsze próbkowanie, tym większy szum analogowy. W przypadku tensometrów raczej nie mierzysz przebiegów szybszych niż 145/2=~72Hz więc nie potrzeba szybszego próbkowania.

Wzmocnienie zmienia się programistycznie pomiędzy 128/64/32x więc nie trzeba nic przerabiać.

Nie znam się to się wypowiem - mój brat ostatnio zrobił wagę z wykorzystaniem takiego gotowego wzmacniacza. Okazało się, że ma bardzo duże szumy i dopiero po uśrednieniu kilkudziesięciu próbek, można było uzyskać stabilną (i dokładną) wartość mierzonego ciężaru. Dla wagi z odświeżaniem co sekundę ok ale do mierzenia przebiegu siły ciągu by się zupełnie nie sprawdził.

Kończę budowę ramy hamowni, w której wykorzystamy nowy wzmacniacz Jaskiniowca, zaraz po świętach przetestujemy jak się sprawdzi w boju.
Trochę skomplikowane jest zasilanie tego układu ale skoro bierze tak mało prądu to będzie to problem raz na 5 lat żeby zmienić baterie.

To normalne, dla tego przetwornika użytecznych bitów jest około 15-16 z 24, reszta to szum. Dla lepszych można wyciągnąć z 18-19. Jak już zbudujesz i przetestujesz, to opisz jakie masz rezultaty i jakiego przetwornika użyłeś, dobrze by było porównać.

Napiszę tak: potrzebowałem czegoś takiego (o tym HX coś tam wiedziałem, ale pewna osoba z kręgów uczelniano - robotycznych powiedziała, że syf jak dla moich celów) , zaprojektowałem, uruchomiłem, działa...to się dzielę