Tùy chọn Bộ khuếch đại Thích ứng Đơn giản cho Giao diện Cảm biến

Liên quan : ADC độ phân giải cao cho các cảm biến nhiễu trong điều kiện biến đổi

Tôi đang xây dựng một giao diện sử dụng các cảm biến dựa trên dệt có thể có các dải kháng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Để sử dụng tốt nhất các bộ chuyển đổi A / D của tôi, tôi muốn khám phá bằng cách sử dụng bộ khuếch đại thích ứng sẽ giúp bù lại hiệu suất không đáng tin cậy của các cảm biến.

lựa chọn của tôi là gì đây? Hoặc bạn có thể chỉ cho tôi một số tài liệu tham khảo về chủ đề này?

Tôi có thể nghĩ về hai kế hoạch chung sẽ hữu ích:

1. Tự động hiệu chuẩn bằng cách tìm các giá trị tối thiểu và tối đa trong một cửa sổ phân tích nhất định (~ 30 giây-2 phút)
2. Hiệu chuẩn rõ ràng bằng cách sử dụng giao diện chuyển đổi sang đào tạo
3. ... Có những kế hoạch thay thế mà tôi không nghĩ đến?

Một số ràng buộc

• Nó phải là một giải pháp một chip (nhỏ) nếu có thể (như chip cảm biến điện dung)
• Thật dễ dàng để cấu hình và sử dụng (Tôi không phải là kỹ sư và tôi không được trả tiền)
• Có lẽ sẽ có một vi điều khiển gần đó

Thậm chí tốt hơn sẽ là một con chip làm tất cả với bộ chia / cầu điện áp Wheatstone, bộ lọc thông thấp và bộ khuếch đại.

Thêm về thiết lập đặc biệt của tôi

• Bộ chuyển đổi A / D sẽ là bộ chuyển đổi được tích hợp trong chip Atmel (có thể là ATtiny85 hoặc ATmega32u4) hoặc bộ chuyển đổi được tích hợp trong radio XBee series 2. Tôi chưa bao giờ sử dụng chip A / D chuyên dụng trước đây - Tôi không chắc liệu có lợi ích gì khi làm điều đó không.
• Cảm biến sẽ là một mảnh của lycra dẫn điện pha tạp polymer từ Eeonyx. Điện trở thay đổi khoảng 1 bậc cường độ ở độ giãn 30%.
• Toàn bộ mọi thứ sẽ được gắn trên tay của một người biểu diễn, vì vậy nó phải nhỏ và mạnh mẽ về thể chất. Có một cơ hội tốt nó sẽ là không dây.
• Độ chính xác rất quan trọng. Giao diện sẽ được sử dụng để liên tục thay đổi hiệu ứng âm thanh thời gian thực, tức là nó không phải là một công tắc.

Đây là ý tưởng cơ bản:

V1 là đầu ra PWM được lọc và R2 là cảm biến của bạn. U1 là điện áp cho bộ biến đổi hiện tại, với dòng điện qua tải R1 là I = V1 / R2. Điều này có nghĩa là điện áp trên R1 phụ thuộc vào cả hai đầu vào. U2 và U3 là một bộ khuếch đại thiết bị có mức tăng 10, khuếch đại điện áp trên R 1.

Với R1 = 100 Ohms và V1 = 0..5V, mạch hoạt động với R2 = 50..5000, ví dụ: qua hai bậc độ lớn, từ những gì bạn nói là đủ.

Những gì bạn làm là lấy ra và so sánh nó với điện áp tham chiếu (4V sẽ phù hợp ở đây cho dải động tối đa) và sử dụng xấp xỉ liên tiếp trên V1 để lấy ra càng gần với điện áp tham chiếu. Từ V1 và điện áp giảm trên R1 (ví dụ điện áp tham chiếu), giờ đây bạn có thể tính giá trị của R2, cảm biến của bạn. Điều này tất nhiên sẽ giúp bạn có kết quả chỉ trong độ phân giải của PWM, nhưng bạn có thể sử dụng amp thiết bị thứ hai để khuếch đại lỗi (chênh lệch giữa điện áp ra và điện áp tham chiếu) để đưa nó vào trong phạm vi của ADC của vi điều khiển của bạn và điều này sẽ giúp bạn có thêm bit của nghị quyết.

Bạn cần hai opamp (U1 và bộ so sánh) và hai ampe kế. Sử dụng những người thực sự thay vì làm cho họ từ opamp, bởi vì sự thiếu chính xác của điện trở và opamp sẽ gây ra lỗi.

Nếu hai đơn đặt hàng cường độ không đủ, bạn có thể thay thế R1 bằng chiết áp kỹ thuật số để có được một mức độ tự do khác. Tôi chưa bao giờ làm việc với một người, vì vậy tôi không biết chính xác họ như thế nào và liệu giải pháp đó có cần hiệu chuẩn hay không.

Ngoài ra, tôi nên đề cập rằng chính jpc đã đưa ra ý tưởng.

CẬP NHẬT:

Ok, tôi phải đồng ý với OP rằng đây không thực sự là câu trả lời cho câu hỏi của anh ấy (mặc dù nó giải quyết vấn đề về mặt kỹ thuật). Tôi đã cho phép bản thân được mang đi bởi "bộ khuếch đại thích ứng" trong tiêu đề như một cái cớ để thực hiện một số thiết kế tương tự. Hãy quên mọi thứ đã viết ở trên, trừ khi bạn muốn tìm hiểu điều gì đó (ít) về opamp. Đây là, tôi hy vọng, câu trả lời tốt hơn và giải pháp đơn giản hơn nhiều:

Sử dụng bộ chia điện trở được cấp nguồn từ bộ điều chỉnh điện áp (để tách nó khỏi nhiễu của mạch khác), với điện trở trên được đặt thành khoảng điện trở tối đa mà cảm biến của bạn có thể có (Rmax) và với điện trở thấp hơn là cảm biến.

Đặt điện áp tham chiếu cho ADC của bạn bằng một nửa đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp.

Sau đó, bạn lấy mẫu điện áp trên cảm biến với ADC của bạn. Bằng cách này, bạn chỉ cần một kênh kết thúc duy nhất cho mỗi cảm biến. Tôi đã thực hiện khuyến nghị ADC trong bài khác.

Nếu bạn sử dụng ADC 10 bit được tích hợp trong các bộ vi điều khiển mà bạn đã đề cập, bạn sẽ không nhận được nhiều phạm vi động. Tăng cường phạm vi sử dụng mạch tương tự, như bản gốc tôi đã đăng, sẽ thêm quá nhiều phần bổ sung, đó là lý do tại sao tôi khuyên bạn chỉ nên sử dụng một số ADC 24 bit, như ADS1256 tôi đã đề xuất trong bài đăng khác, vì nó sẽ cung cấp cho bạn độ ồn thấp và dải động cao, trong một chip đơn (cộng với tham chiếu, rất nhỏ và bộ điều chỉnh điện áp, cũng có thể rất nhỏ - bạn cũng có thể thử bỏ bộ điều chỉnh ra và cấp nguồn cho bộ chia điện trở trực tiếp từ tham chiếu - điều này sẽ cướp đi của bạn 1 bit độ phân giải, nhưng dù sao cũng có rất nhiều trong số chúng). Bạn sẽ phải thực hiện một số thao tác bấm số ("Tự động hiệu chỉnh bằng cách tìm các giá trị tối thiểu và tối đa trong một cửa sổ phân tích nhất định" - là một ý tưởng hay),

Tôi hy vọng điều này là ít hữu ích hơn.

CẬP NHẬT 2:

Đây là cái cuối cùng: Tôi đã trải qua các bộ vi điều khiển MSP430 từ TI và tôi đã phát hiện ra rằng một số trong số chúng có ADC sigma-delta 16 bit với tham chiếu bên trong. Cụ thể là MSP430F2003 và MSP430F20013 . Đó sẽ là giải pháp một chip của bạn nếu bạn sẵn sàng từ bỏ Atmels. Công suất rất thấp. Và họ có hàng vi điều khiển xếp hàng với 24 ADC, nhưng chúng chưa được sản xuất. Ngoài ra còn có các bộ vi điều khiển PSoC từ Cypress, có ADC sigma-delta 20 bit (sê-ri PSoC 3 và PSoC 5 ), cũng có tham khảo. Những điều này sẽ còn tốt hơn.

Nếu thay đổi điện trở cảm biến lớn (> 50%) thì bạn có thể sử dụng mạch phân chia điện áp thay vì cầu Wheatstone (phức tạp hơn). Sau đó, bạn có thể dễ dàng cải thiện dải động bằng cách thay đổi điện áp cung cấp.

Điện áp cung cấp có thể điều chỉnh có thể dễ dàng được tạo ra từ PWM trong vi điều khiển của bạn cùng với bộ lọc RC và nguồn hiện tại được điều khiển bằng điện áp.

Đây là một sơ đồ thô của ý tưởng của tôi:

(từ Socratic Electronics của Tony R. Kuphaldt )

Sau đó, bạn kết nối điện áp PWM được lọc với đầu vào không đảo (+) của op amp.

Để ghép kênh nhanh, bạn có thể tạo hai nguồn hiện tại như vậy. Nếu bạn kết nối tất cả các cảm biến chẵn với một và tất cả lẻ với nhau thì bạn có thể thay đổi điện áp trên cảm biến tiếp theo trong khi ADC của bạn vẫn đang lấy mẫu.

Bạn nên sử dụng một tham chiếu điện áp chính xác cho ADC. Bạn cũng có thể đạt được 1 hoặc 2 bit bằng cách sử dụng bộ lọc trung bình di động trong phần mềm của mình.

Tái bút Tôi muốn cảm ơn Jaroslav Cmunt vì những cải tiến to lớn của anh ấy cho câu trả lời này.

Bạn đã đọc trang web này?

Có rất nhiều ví dụ về thiết bị điện tử có thể đeo được, bao gồm một số với vải Eeonyx. Trang web có các ví dụ về các mạch cảm biến (ardunio và xbee).

Bạn không cần nhiều bộ phận để xây dựng cầu Wheatstone và khả năng tốt nhất của bạn với 1 mạch cảm biến được ghép thành 8 cảm biến, bạn vẫn có thể nhận được 100 mẫu một giây hoặc dễ dàng hơn trên mỗi đầu vào. Sử dụng PCB vải (một lần nữa kiểm tra trang web ở trên) để tạo cầu. Hoặc chỉ cần chạy dây cảm biến đến găng tay và đặt tất cả các thiết bị điện tử cảm biến vào một gói gắn đai. Hầu hết các 'cảm biến' vải tôi từng thấy có điện trở tương đối cao, 0,1 ohms bạn có thể nhận được từ dây giữa bộ dây đai và găng tay không thành vấn đề.

Đặt một cảm biến nhiệt độ trong mỗi găng tay và sử dụng kết quả để điều chỉnh phần mềm nếu cần để điều chỉnh các thay đổi môi trường. Có thể hiệu chỉnh găng tay trước mỗi lần sử dụng, có thể không cần thiết tùy thuộc vào trí thông minh của người phiên dịch.

Tôi giả sử mô-đun Xbee truyền đến máy tính, xây dựng chức năng hiệu chuẩn vào máy tính, thực tế là xử lý nhiều nhất có thể, chẳng hạn như điều chỉnh nhiệt độ, trên máy tính.

Điểm thưởng nếu bạn chỉ sử dụng mạng thần kinh để chuyển đổi đầu vào cảm biến thành hành động. Điều này sẽ giúp việc đào tạo trở nên dễ dàng và thích nghi với các chuyển động tay của mọi người.