Диплом Тензоизмерительный Модуль

[Tibman]

Здравствуйте, уважаемые участники форума.

Начал писать диплом. Тема: 8-канальный тензоизмерительный модуль для одной из бортовых систем сбора информации. То есть используется модуль будет при проведении летных испытаний.

Замечания:

В качестве тензодатчиков используются тензорезисторы КФ5, сопротивление 200 Ом. Максимальное выходное напряжение моста - 34мВ.

Требуется обеспечить питание тензомостов +-3В постоянного напряжения, а также возможность включения питания импульсами с такой же амплитудой. Питание моста стабилизированным источником, с обратной связью. К модулю приходит +5В, из него требуется получить все остальные.

Структурная схема 1 канала:

мост --> инструм. усилитель --> ФНЧ --> согласующее уст-во (ещё один ОУ) --> АЦП --> буфер (типа D-триггера)

Всё это дело будет управляться при помощи системы управления, которую предлагают сделать на ПЛИС.

А команды на ПЛИС будут посупать от главной ЭВМ системы сбора информации.

Извиняюсь за несколько непонятное объяснение, думаю выложить схемы, будет понятнее.

А, ещё детали: переменный коэффициент усиления усилителя (1,2,8,16), и переменная частота среза ФНЧ.(2 фикс. значения). Коэффициенты указаны в программе главной ЭВМ. Следовательно, эти данные будет передаваться на ПЛИС, и она уже сама будет переключать коэффициенты, ручных тумблеров нет.

Так как размер платы сильно ограничен, хочу уменьшить количество деталей, да и жизнь себе упростить. Поэтому думаю поставить перед ФНЧ аналоговый мультиплексор, чтобы дальше вести не 8 каналов, а всего 1. И переменные коэффициенты менять уже на ОУ в устройстве согласования, а не на инструментальном ОУ. Единственное, что меня смущает - аналоговый мультиплексор может ослабить и исказить довольно слабый сигнал. А точность нужна высокая Погрешность должна быть меньше 1%.

Буду выкладывать здесь свои схемотехнические идеи, прошу всех комментировать. Просьба сильно помидорами гнилыми не забрасывать, в универе учат-то теории в основном, а практического опыта мало. Задача - получить что-то максимально правдоподобное, а лучше действительно работающее.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Falconist]

Не обращаете внимания на написанное вверху каждой страницы ("Внимание! Перед тем как создать тему, воспользуйтесь поиском")! Подобная тема уже была: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=73570 Там много чего есть полезного.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Tibman]

Я понимаю ваше неудовольствие. Но указанную Вами тему я вчера внимательно изучил, действительно вынес оттуда много интересного. Но у меня вопрос просто несколько шире, не только усилитель тензомоста. Поэтому и создал тему. Скоро выложу первые наброски.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Tibman]

Вот представляю блок питания для тензомостов. Всё собрано практически по схемам из даташитов. Может, это и не самый лучший вариант, но хотя бы так. Поэтому на ваш суд и выставляю, чтобы понять, как можно сделать лучше.

Входное напряжение 5В. Стабилизатор на LM117 формирует стабилизированные +3В.

Инвертор ICL7660 преобразует +5В в -5В. Стабилизатор LM137 выдет стабилизированные -3В.

Для формирования импульсного питания использую ключ на базе DG301ACJ. Он периодически подключает то +3в, то -3В.

Генератор прямоуголных импульсов на базе таймера LMC555 используется для управления ключом.

Такая вот схема, старался максимально упростить. Жду критики, и рекомендаций. Если всё совсем плохо - значит буду полностью переделывать, не вопрос. Но сильно усложнять не стоит, так как это только маленькая часть всего проекта, а ведь надо на плату поместиться будет.

Заранее спасибо за любую помощь.

Добавлено:

Входное напряжение +5В

Выходное +5В и -5В постоянное и импульсное +-5В. Ток потребления меньше 200мА.

Изменено 4 марта, 2011 пользователем Tibman

[Falconist]

Теоретически вроде всё правильно, а вот практически - ???. Перед тем, как выкладывать схему, надо бы определить конечную цель: какое первичное напряжение питания и какие напряжения должны быть на выходе (+ ток по каждому из каналов). Вариантов схемотехнического решения ведь вагон и маленькая тележка.

[Tibman]

Приветствую всех снова. Набросал схему измерительного канала. Пока красиво не рисовал, только на бумажке. Но в целом идея вроде бы должнабыть понятна.

Тензомост подключен через к блоку питания по схеме Кельвина, для уменьшения потерь в линиии питания моста. В качестве ОУ используется LM358.

Выходное напряжение с моста поступает на усилитель (AD8554). Используя 3 усилителя в корпусе, собираем диф. усилитель.

Максимальное выходное напряжение моста + - 0,034В. Надо получить +-2,5В. Коэффициент усиления около 75.

Дальше сигнал идет на аналоговый ключ (ADG758). К нему подключаются все датчики с усилительными каскадами. Перебор каналов осуществляет МК.

Следом идет фильтр НЧ на миросхеме MAX291. На его вход clk поступает меандр от МК. Изменяя частоту этих импульсов, можно менять частоту среза фильтра.

Микроконтроллер пока взял PIC18F2520. Относительно небольшой, и есть всё, что необходимо. (Аппаратный SPI и шим, + достаточное количество выводов).

С фильтра сигнал поступает на ОУ AD8231, усилитель с изменяемым дискретно коэффициентом усиления (1-2-4-8...128). Коэффициентом также управляет МК. Ref- посадил на общий. На ref+ поступает 2,5В для сдвига сигнала. Следовательно, на выходе усилителя сигнал будет изменяться в диапазоне от 0 до 5В.

После ОУ идет АЦП AD7791, 24 бита (не многовато ли?), последовательный интерфейс, подключение к МК по интерфейсу SPI. Использую в униполярном режиме (не зря ли?). Опорное напряжение 2,5В. Каков будет шаг дискретизации? 5/(2^24), или нет?

После АЦП идет сдвиговый регистр M66010FP, из которого уже по параллельному интерфейсу главная ЭВМ считывает требуемые данные.

Дешифратор MM74HC138 и инверторы служат для формирования сигнала CS на различных микросхемах. Если на МК будет оставаться много свободных выводов, то можно будет от него отказаться.

Микросхема AD8403 - это электронный потенциометр с памятью. С его помощью планирую проводить при запуске системы автобалансировку тензомостов.

Например: Тензомосты только наклеили, их состояние - условный "0". МК выставляет высокий коэффициент усиления, и опрашивает АЦП. Если с моста идет 0, то на АЦП поступает 2,5В, равный уровеню опорного напряжения. (Вроде будет выставлено 1/2 от макс. значения ацп). Если нет - то МК будет изменять значение сопротивления потенциометра, пока максимально не приблизится к нужному результату. И так будет балансироваться каждый канал.

Такая вот общая схема работы. Понятно, что сейчас многие выводы не подключены, но идею можно уже проверить. Жду рекомендаций, заранее благодарю за содействие. С удовольствием выслушаю конструктивные предложения.

Изменено 9 марта, 2011 пользователем Tibman

[IMXO]

С удовольствием выслушаю конструктивные предложения.

применение диф усл, ИОН, аналоговых переключателей, электронных потенциометров - это все красиво, выглядит объемно

одно объясните зачем эти танцы с бубном?

Есть отл МС AD7730 двух канальный АЦП 24бит специально предназначенная для тензомостов с SPI интрефесом

4МС+МК+стаб на 5в, и ваша задача решена

[Tibman]

Да, с такой микросхемой сталкивался в сети. Очень интересная. Как я понимаю, в ней коэффициент усиления усилителя можно изменять, и частоту фильтра тоже. Прям то, что нужно! Практически больше никаких микросхем не нужно, кроме данного цп. Единственное, что пока не понял, это как с её использованием проводить балансировку моста? Буду пытаться разобраться в документации.

Странно, что больше никто не отписался по поводу схемы...

Изменено 10 марта, 2011 пользователем Tibman

[Tibman]

На 25 странице даташита на AD7730 показаны схемы включения ацп при работе с однополярным постоянным и переменным напряжениями. При этом питание моста 5В. Не пойму, как же он будет работать, если у меня двуполярное питание моста +-3 В, да ещё и может меняться: либо постоянное, либо импульсное.Не пойму, как в таком случае подключить мосты к ацп, чтобы минимизировать погрешности измерений.

AD7730_7730L.pdf

Изменено 10 марта, 2011 пользователем Tibman

[Tibman]

Попробовал добавить ацп AD7730 в схему. Решил использовать для управления ключами питания сигналы с ацп. При работе в режиме постоянного напряжения на выходе ACX 1, ключ открыт. Выставив 1 на ножке, идущей с МК, открываем 2 ключ. При работе в импульсном режиме МК выставляет "0", и ключи работают по очереди, полностью под управлением ацп.

Прочитал в даташите, что в идеале, для уменьшения ошибок, +-REF надо соединять с питанием моста. Но у меня же +-3В, а для ацп нужно 2,5. Ладно, можно поставить стабилизатор дополнительно. Соединяем + питания моста с +Ref ацп. Не понимаю, что тогда делать с -ref? К - питания моста подключить не могу, так как -ref не может быть ниже уровня земли. Если подключить -ref на землю, то тогда не уверен, что ацп будет правильно работать.

Короче, я чего-то не понимаю с правильностью подключения ацп в моем случае. Помогите, пожалуйста, разобраться.

Сейчас мелькнула мысль подать на +ref 5В, на -ref 2,5В, и сконфигурировать ацп однополярном режиме. Тогда он будет измерять в диапазоне не -0,034В - +0,034В, а от 2,466В до 2,534В. Вроде бы так. Но в таком случае, как я понимаю, и ошибки лишние появятся, да и пропадет информация о полярности входного сигнала, а это недопустимо.

Так что прошу помощи, у меня уже с ацп голова кругом идет!

Изменено 11 марта, 2011 пользователем Tibman

[IMXO]

Попробовал добавить ацп AD7730 в схему. Решил использовать для управления ключами питания сигналы с ацп. При работе в режиме постоянного напряжения на выходе ACX 1, ключ открыт. Выставив 1 на ножке, идущей с МК, открываем 2 ключ. При работе в импульсном режиме МК выставляет "0", и ключи работают по очереди, полностью под управлением ацп.

зачем вам это?

у вас два канала т.е. подключаем два тензомоста,выбираем через регистры нужный канал если мост сильно разбалансированный это можно скорректировать встроенным ЦАП (6 разрядов) и коэф усилениея до начала преобразования сигнала в цифру опять же через регистры

если вопрос питания моста +/-3в-принципиален внимательно изучаем описание к рис 25 из датащита корректируем номиналы резисторов и радуемся жизни

Сейчас мелькнула мысль подать на +ref 5В, на -ref 2,5В, и сконфигурировать ацп однополярном режиме. Тогда он будет измерять в диапазоне не -0,034В - +0,034В, а от 2,466В до 2,534В. Вроде бы так. Но в таком случае, как я понимаю, и ошибки лишние появятся, да и пропадет информация о полярности входного сигнала, а это недопустимо.

разница между +ref и -ref не должна превышать 5в

все равно будет измерять в диапазоне -0,034В - +0,034В (вход дифференциальный)

Изменено 11 марта, 2011 пользователем IMXO

[Tibman]

Спасибо IMXO!

А я кучу схем разных уже пересмотрел, и даташит уже раз 15 проглядел, а эту схему не приметил... Не внимательный совсем. Но тут питание моста постоянным напряжением +-5В. Для +-3В значения резисторов пересчитаю. Вопрос в итоге остался только такой - можно ли питать данную схему импульсным напряжением? Потому что по заданию я должен обеспечить возможность выбора, каким напряжением (постоянным или импульсным) питать мосты.

Не пойму, как же правильно переделать схему для возможности работы с импульсным напряжением +-3В. Меньше всего понимаю, что нужно подавать на +-ref. Опять поставил ключи, управляемые от ножек ацп "acx" и не "acx". Они буду попарно переключаться, либо подавая +5В на мост и +ref, и "общий" на другой конец моста и -ref. Либо -5В. Есть сомнения, что такое подключение верное.

Изменено 12 марта, 2011 пользователем Tibman

[Tibman]

Подскажите, пожалуйста, как нужно подключить AD7730, чтобы иметь возможность работать с двуполярным импульсным напряжением.

Есть 2 схемы из даташита. В одной он запитывается постоянным напряжением +- 5В, в другой - импульсным 0 - 5В. Посоветуйте, пожалуйста, как следует совместить схемы, чтобы не увеличить ошибки измерения.

Заранее спасибо за советы.

Сейчас решил поставить ключи на входе моста, они буду переключать полярность питания. Изображено на 3 схеме. Только мне не понятно, надо ли в таком случае ещё и менять полярности +- ref? Вроде бы не нужно. Поправьте меня пожалуйста, если я ошибаюсь.

Сейчас подумал, и всё больше убеждаюсь, что ref+ и ref- также придется периодически менять. Но ведь на ключе будет падать напряжение, а это значит, что ref не будет равно напряжению питания ацп, что приведет к возникновению погрешности. Помогите пожалуйста!

Изменено 15 марта, 2011 пользователем Tibman

[IMXO]

надо ли в таком случае ещё и менять полярности +- ref?

да надо как-то так:

Изменено 15 марта, 2011 пользователем IMXO

[Tibman]

Огромнейшее спасибо IMXO!

Так как каждый измерительный канал может работать в своём режиме (со своими коэффициентами усиления, настройкой фильтра, режимом питания моста), то в целях повышения быстродействия думаю, придется ставить на каждый канал по ацп. Все ацп индивидуально настраивать при старте системы, а потом уже просто данные с каждого снимать.

Изменено 16 марта, 2011 пользователем Tibman

[Tibman]

Здравствуйте!

Подскажите, пожалуйста, на сборочном чертеже платы использую сетку 1,25. А шаг ножек у элемента 1,27.

1) Вроде как в таком случае достаточно, чтобы в узле координатной сетки стоял первый вывод элемента, остальные могут не совпадать с узлами, верно? 2) В случае использования элементов для поверхностного монтажа, в узел координатной сетки нужно ставить угол вывода элемента, или её середину?

3) Как выровнять по сетке эементы типа кварцевых резонаторов, ножки которых скрыты под корпусом? Посмотреть, где располагаются выводы по чертежу, и соответственно скорректировать положение корпуса?

И последний вопрос: на сборочном чертеже самого устройства на лицевой панели есть разъём. От него к плате припаиваются провода. Как я понимаю, придется составлять схему кабеля. Нужно ли отображать этот кабель на сборочном чертеже, или достаточно будет сделать выноску от разъёма, и обозвать его например, сборочной единицей "кабель соединительный"?

Спасибо за помощь.

[Tibman]

Здравствуйте!

Подскажите, пожалуйста, на сборочном чертеже платы много smd-компонентов. Достаточно ли рисовать их корпуса как есть, или необходимо отображать контактные площадки?

Спасибо.