Главная » Измерения
Призовой фонд
на ноябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
4. 200 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 LCSCВ блокнот
U1 Драйвер питания и MOSFET
TC4432
1 Поиск в LCSCВ блокнот
U2 Супервизор питания
MCP130
1 Поиск в LCSCВ блокнот
U3 Датчик ХоллаSS49E1 Поиск в LCSCВ блокнот
U4 LCD-дисплейDOGM0811 Поиск в LCSCВ блокнот
IC1 ИС буфера, драйвера
CD74HC14
1 Поиск в LCSCВ блокнот
IC2 DC/DC импульсный регулятор
MAX1771
1 Поиск в LCSCВ блокнот
IC3 Компаратор
LM311-N
1 Поиск в LCSCВ блокнот
IC4 МК AVR 8-бит
ATmega8
1 Поиск в LCSCВ блокнот
IC5 Операционный усилитель
LM358N
1 Поиск в LCSCВ блокнот
Q1, Q2 MOSFET-транзистор
IRL530N
2 Поиск в LCSCВ блокнот
D1, D2 Диод Шоттки
1N5822
2 Поиск в LCSCВ блокнот
С1 Конденсатор1000 пФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С2, С9, С10, С15, С25 Конденсатор0.1 мкФ5 Поиск в LCSCВ блокнот
С3, С5, С13 Электролитический конденсатор330 мкФ3 Поиск в LCSCВ блокнот
С4, С6, С8, С11, С14, С16-С19, С22-С24 Конденсатор1 мкФ12 Поиск в LCSCВ блокнот
С7, С12 Электролитический конденсатор22 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
С20 Электролитический конденсатор220 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С21 Конденсатор10 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С26 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор
5.6 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R2 Резистор
0.010 Ом
1 1 ВтПоиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
13 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
18 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор
1.3 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R6 Резистор
10 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R7 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в LCSCВ блокнот
R8-R10 Резистор
10 кОм
3 Поиск в LCSCВ блокнот
R11 Резистор
2.2 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R12 Резистор
1.1 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
S1 Тактовая кнопка1 Поиск в LCSCВ блокнот
L1 Катушка индуктивности22 мкГн1 Поиск в LCSCВ блокнот
L2 Катушка индуктивности0.82 мкГн1 Поиск в LCSCВ блокнот
G1-G4 Батарея питания1.5 В4 Поиск в LCSCВ блокнот
Блок питания12 В1 Поиск в LCSCВ 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 напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

LC-измеритель LC100-A
LC-измеритель LC100-A
Ветрогенератор Паяльная станция Hakko 936
вверх