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以高整合度混合信号单片机实现两线式Force Sensor应用设计

作者:时间:2016-04-06来源:电子产品世界收藏

  4. 数据规格与总结

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201604/289308.htm

  4.1. ADC Output Rate测量

  在本文中,通道扫描的方式为每一个通道都扫描四次再取平均值,所以四个通道总共会需要扫描16次,在CPU频率设定为2MHz与ADC OSR设定为128的情况下(即ADC的资料输出率为2560sps),每次从CH1到CH4的扫描时间总共需要花费10ms,换算频率约为100Hz。在此条件下,如果要提升ADC的扫瞄速度,可选择提升ADC OSR设置,但是这可能会损失了解析度,如果选择提升了CPU的工作频率,也可能会造成整体消耗功率过大,在此情况下,本文建议可使用移动平均法来做资料的平均与计算,使用此方式做扫描,可以在不提升CPU功耗与ADC频率的情况下,满足每个通道也为取四笔值取平均的条件,把ADC Output Rate速度从100Hz提升到192Hz。移动平均法的方法为,只有第一次扫描四通道的ADC Raw Data需要完整的扫描16次,之后各个通道的扫描只需要做一次扫描,再与前面三笔旧的资料做平均值计算,不断的递迴更新资料。

  4.2. 耗电流测量

  在CPU频率设定为2MHz与ADC OSR设定为128的情况下,使用移动平均法可以得到的ADC Output Rate为192Hz,当CPU工作电压VDD=3V, VDDA=2.4V, R3~R6固定参考电阻=0.5k欧姆的时候,在此情况下所测得到的耗电流约525uA,此为Uneo 在没有承受任何重力情况下的耗电流,但是消耗电流,是会随著当下Uneo 感应到的重力越大而相对的增加耗电流,主要原因在于本身阻抗变化的关系。

  4.3. 最大承受力

  在ADC Gain=1,PGA=1,R3~R6固定参考电阻=0.5k欧姆的情况下,可以满足最大约1.2kg秤重,使用者可以自行修改ADC的Gain值,以满足不同的应用。

  4.4. ADC Raw Data与I2C通讯格式说明

  I2C Slave Address:0x20

  I2C Command:0x80

  ADC Raw Data Format: S+Addr+0x80+rS+(Addr+1)+CH1Data_L+CH1Data_M+CH1Data_H+CH2Data_L+CH2Data_M+CH2Data_H+CH3Data_L+CH3Data_M+CH3Data_H+CH4Data_L+CH4Data_M+CH4Data_H+P

  S: Star; Addr: Slave address; rS: repeat start; P: stop.

  CH1,CH2,CH3,CH4: Force Sensor ADC Raw Data;

  L: ADC Low byte; M: ADC Middle byte; H: ADC High byte;

  每个通道数据(Chx)共8*3=24bit

  Bit0,统一为旗标,Bit0=0b,代表为旧资料; Bit0=1b,代表为新资料;

  使用者应该在Bit0=1b时,取得资料才有效.

  Bit23,统一为Sign bit,

  Bit23=0b,代表正数; Bit23=1b, 代表负数

  4.5. ADC Raw Data资料显示介面介绍

  扫描Force Sensor所输出的ADC Raw Data可透过I2C介面来做资料的传输与读取,搭配紘康设计的I2C转USB的桥接器配合PC端的GUI,可以做为即时的ADC Raw Data资料显示。详细资料画面显示GUI操作说明,可以参考如下 :

  1.Connect : USB连接状态,如果有正常连接会显示 Connect,如果连接不正常,会显示control board connect fail

  2.I2C Slave addr: 预设为0x20.

  3.Chart: 显示四个通道的Force sensor扫描资料

  4.Scan: 开始读取四个通道的Force sensor扫描资料

  5.Save: 存取四个通道的Forec sensor扫描资料

  图11 ADC Raw Data资料显示介面

  4.6. ADC Raw Data分辨率测试

  在本文测试中,如果在Uneo Force Sensor没有放置任何重力物的情况下,可以得到稳定度约+/-2~ +/-3 counts误差内(ADC output code: +/-15bits),详细可以由下图观察之。

  图12 Uneo Force Sensor无放置任何重力物情况下的ADC Raw Data变化量

  尝试在CH1的位置上放置100g的砝码,观察CH1的ADC Raw Data之变化量。CH3在尚未放置100g砝码前的ADC Raw Data约-1~-2,放置之后ADC Raw Data约2150,所以100g的砝码大约会有2150的ADC Count分辨率,此为ADC Gain=1, PGA=1时候的测试情况。测试结果可以由下图画面显示清楚看到ADC Raw Data的变化量。

  图13 在CH1放置100g砝码时候的ADC Raw Data变化量

  5. 总结

  在本文中,提供了完整的Uneo Force Sensor相关应用与开发工具供使用者参考,使用者可以依据四个通道的ADC Raw Data变化量,来做后续的X, Y轴座标与Z轴强度计算,等功能的设计与开发。

  6. 参考文献

  [1] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/DS-HY16F198_TC.pdf, 紘康科技HY16F198 Datasheet.

  [2] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/UG-HY16F198_TC.pdf, 紘康科技HY16F198 User Guide.

  [3] http://www.uneotech.com/uneo/online-store/105/gs0001-4-96-uneo.html, Uneo Force Sensor Website.


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关键词: 单片机 Force Sensor

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