Главная » Измерения
Призовой фонд
на июль 2018 г.
1. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
2. 300 руб.
От пользователей

Левитационные весы

Измерение веса

Концепция весов

Конструкция весов

Блок-схема цифровых весов

Весы питаются от батареек. Платформа весов парит в воздухе за счет электромагнитного поля. Линейный датчик Холла измеряет магнитное поле для определения веса на платформы. В неё встроен постоянный магнит, а под ней находится электромагнит. Когда груз находится на платформе, она опускается. Линейный датчик Холла чувствует изменение магнитного поля, и повышает значение на выходе, что свидетельствует об увеличении веса.

На рисунке выше показан чертеж механической части и блок-схема устройства. Техническая реализация показана и описана ниже. Эти весы измеряют вес от 0 до 20 г с точностью приблизительно 0,5г.

Схема левитационных весов

Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь

Для электромагнита напряжение с аккумулятора увеличено до 12В при помощи MAX1771. Он управляет IRL530N, который работает начиная с 2В, и может отдавать до 24Вт. Электромагнит потребляет в среднем 3.6Вт, т.е. у нас есть большой запас.

Преобразователь

Повышающий преобразователь

Это преобразователь обеспечивает 5V для микроконтроллера, датчика Холла, ЖК-дисплея. Это был отдельный проект, который я добавил к весам. Подробней смотрите тут

Управление электромагнитом

Схема управления электромагнитом

Электромагнит управляется при помощи ШИМ через полевой транзистор. Диод компенсирует обратное ЭДС катушки индуктивности, когда транзистор закрыт (что экономит энергию). ШИМ-сигнал 170KHz генерируется LM311. Этот сигнал входит в TC4432 – MOSFET драйвер, который приводит в действие полевой транзистор. Если предположить, что 1N5822 имеет сопротивление около 0,2 Ом, а внутреннее сопротивление соленоида составляет 0,27 Ом, то время L / R 0.80mH / 0,5 Ом = 1,6мс. Сигнал 170KHz с периодом 5,88мкс, поэтому можно предположить, что соленоид получает постоянный ток с незначительными пульсациями.

Микроконтроллер, датчик Холла, дисплей

Микроконтроллер

Я использовал микроконтроллер ATMega168P в этом проекте. Он имеет достаточное количество выводов и АЦП. В качестве линейного датчика Холла я использовал SS49E. Этот датчик выдает аналоговое напряжение от 1,0 В до 4,0 В, пропорциональное напряженности магнитного поля (от -1000 до +1000 Г). 8-символьный ЖК-дисплей это EA DOGM081-W. Они очень легко управляются и могут быть подключены по нескольким протоколам. Я использую его в режиме SPI при питании 5В.

Электромагниты и магниты

Электромагнит

Соленоид с воздушным сердечником, индуктивность 0.80mH. Платформа состоит из клея, куска пробки и неодимового магнита внутри и ещё одного в виде диска на верху этой платформы, которая служит как поверхность для груза.

Питание

Батарейный отсек

Весы работают от 4 АА NiMH батарей. Напряжение AA NiMH батареи составляет 1,2 В, т.е. 4 AA NiMH должны выдавать 4.8 в. Однако, как и ожидалось, общее напряжение оказалось около 4В. От батарей они проработают около 30 минут, но их можно запустить от блока питания.

Недостатки

Весы имеет два основных недостатка:
Во-первых, груз должен быть расположен по центру, чтобы не изменять центр тяжести платформы, иначе показания будут неверными
Во-вторых, катушка при использовании более 5 минут начинает греться, что снижает точность, поэтому весы надо калибровать примерно каждые 10 минут.

Расчет веса по данным датчика

Я сделал таблицу зависимости показаний датчика от груза., чтобы получить лучшее представление о взаимосвязи между напряженностью магнитного поля и весом груза. Я предполагал, что всё будет очень нелинейным. К моему удивлению это было не так.

График

Три линии на графике показывают данные, собранные за разное время (с учетом нагрева катушки). Некоторые различия между ними могут объясняться положением груза на платформе.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Линейный регулятор5 В1 Поиск в Utsource В блокнот
U1 Драйвер питания и MOSFET
TC4432
1 Поиск в Utsource В блокнот
U2 Супервизор питания
MCP130
1 Поиск в Utsource В блокнот
U3 Датчик ХоллаSS49E1 Поиск в Utsource В блокнот
U4 LCD-дисплейDOGM0811 Поиск в Utsource В блокнот
IC1 ИС буфера, драйвера
CD74HC14
1 Поиск в Utsource В блокнот
IC2 DC/DC импульсный регулятор
MAX1771
1 Поиск в Utsource В блокнот
IC3 Компаратор
LM311-N
1 Поиск в Utsource В блокнот
IC4 МК AVR 8-бит
ATmega8
1 Поиск в Utsource В блокнот
IC5 Операционный усилитель
LM358N
1 Поиск в Utsource В блокнот
Q1, Q2 MOSFET-транзистор
IRL530N
2 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2 Диод Шоттки
1N5822
2 Поиск в Utsource В блокнот
С1 Конденсатор1000 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С2, С9, С10, С15, С25 Конденсатор0.1 мкФ5 Поиск в Utsource В блокнот
С3, С5, С13 Электролитический конденсатор330 мкФ3 Поиск в Utsource В блокнот
С4, С6, С8, С11, С14, С16-С19, С22-С24 Конденсатор1 мкФ12 Поиск в Utsource В блокнот
С7, С12 Электролитический конденсатор22 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С20 Электролитический конденсатор220 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С21 Конденсатор10 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С26 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
5.6 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор
0.010 Ом
1 1 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор
13 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор
18 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R5 Резистор
1.3 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор
10 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R7 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в Utsource В блокнот
R8-R10 Резистор
10 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R11 Резистор
2.2 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R12 Резистор
1.1 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
S1 Тактовая кнопка1 Поиск в Utsource В блокнот
L1 Катушка индуктивности22 мкГн1 Поиск в Utsource В блокнот
L2 Катушка индуктивности0.82 мкГн1 Поиск в Utsource В блокнот
G1-G4 Батарея питания1.5 В4 Поиск в Utsource В блокнот
Блок питания12 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

Теги:

none Опубликована: 2012 г. 0 1
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (1) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Myzikant #
Здравствуйте, не могу найти схему преобразователя(5V). Не могли бы вы скинуть её еще раз. Заранее спасибо.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Осциллограф DSO138
Осциллограф DSO138
DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором Arduino UNO
вверх