Universidad de Guadalajara BÁSCULA ELECTRÓNICA

Universidad de Guadalajara
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería
– CUCEI –
División de Electrónica y Computación
Diseño con Electrónica Integrada
Proyecto Final:
BÁSCULA ELECTRÓNICA
Por: Carlos Francisco Calvillo Cortés / [email protected]
Guadalajara, Jalisco, México, Noviembre – Diciembre de 2005
Proyecto: Báscula electrónica
Diseño con Electrónica Integrada
ÍNDICE
RESUMEN ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
Síntesis y consecuencias ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
Materiales ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
ANTECEDENTES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
Fundamento de las Galgas extensiométricas: Efecto piezoeléctrico ------------------------------------------------------------- 3
DESARROLLO ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Diagrama a bloques --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Diagrama Esquemático----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
Construcción de la Galga Extensiométrica------------------------------------------------------------------------------------------ 6
Puente de Wheatstone-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
Búffers de voltaje y Amplificador restador----------------------------------------------------------------------------------------- 7
Voltímetro luminoso---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
Convertidor Analógico/digital ADC0804 ------------------------------------------------------------------------------------------- 8
Microprocesador ATMEL AT90S2313-10 ----------------------------------------------------------------------------------------- 9
Display LCD-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10
Mediciones y Desarrollo del Software para el Microcontrolador----------------------------------------------------------------11
Obtención del modelo matemático del comportamiento de la galga --------------------------------------------------------11
Código Fuente -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------14
Funcionamiento del circuito ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
Calibración y ajustes---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
CONCLUSIONES Y RESULTADOS--------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
RESUMEN
El siguiente trabajo muestra la elaboración de una báscula electrónica de 0 a 100 gr. con dos
salidas diferentes: una es mediante 10 LEDs y la otra mediante un display LCD que mostrará el
valor del peso en gramos.
Síntesis y consecuencias
Implementar, medir y aplicar una galga extensiométrica lleva sus dificultades empezando por la
elaboración artesanal de la misma y continuando con el acondicionamiento de la señal que
entrega. En el siguiente trabajo se desarrolla la elaboración de una báscula mediante una galga
extensiométrica realizada con materiales al alcance de la mano en cualquier hogar, el
acondicionamiento de la señal se hace mediante un puente de Wheatstone y amplificadores
operacionales, de la salida por LEDs se encarga el CI LM3914 y de la salida al display LCD se
encargan ADC, un Microprocesador y una pantalla de LCD, el resultado es, pues, una báscula
con las especificaciones mencionadas en el resumen.
Calvillo Cortés Carlos Francisco
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Proyecto: Báscula electrónica
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Materiales
Elaboración de la galga: Tarjeta telefónica (sin crédito), Lija, lápiz 6B, pegamento TOP y clips.
Circuitos Integrados:
• LM324 (4 amplificadores operacionales en un mismo encapsulado).
• LM3914 (voltímetro luminoso).
• AT90S2313 (Microprocesador de uso general de 8 bits).
• ADC0804 (Convertidor analógico/digital de 8 bits).
Pantalla de LCD de 16x2 caracteres.
Resistencias, Capacitores (Ver Figura 3).
ANTECEDENTES
Fundamento de las Galgas extensiométricas: Efecto piezoelé ctrico
Las galgas extensiométric as se basan en la variación de la resistencia de un conductor o un
semiconductor cuando es sometido a un esfuerzo mecánico. Este efecto fue descubierto por Lord
Kelvin en 1856. Si se considera un hilo metálico de longitud l, sección A y resistividad ?, su
resistencia eléctrica R es:
l
R=ρ
(1.1)
A
Si se le somete a un esfuerzo en dirección longitudinal, cada una de las tres magnitudes que
intervienen en el valor de R experimenta un cambio y, por lo tanto, R también cambia de la
forma:
dR d ρ dl dA
=
+ −
(1.2)
R
ρ
l
A
El cambio de longitud que resulta de aplicar una fuerza F a una pieza unidimensional, siempre y
cuando no se entre en la zona de fluencia (Figura 1), viene dado por la ley de Hooke,
F
dl
= Eε = E
(1.3)
A
l
donde E es una constante del material, denominada módulo de Young, s es la tensión mecánica y
e es la deformación unitaria. e es adimensional, pero para mayor claridad se suele dar en
“microdeformaciones” (1 microdeformación = 1µe = 10-6 m/m).
Si se considera ahora una pieza que además de la longitud l tenga una dimesión transversal t,
resulta que como consecuencia de aplicar un esfuerzo longitudinal no sólo cambia l sino también
lo hace t. La relación entre ambos cambios viene dada por la ley de Poisson, de la forma:
σ =
µ =−
dtt
dll
(1.4)
donde µ es el denominado coeficiente de Poisson. Su valor está entre 0 y 0.5, siendo, por
ejemplo, de 0.17 para la fundición maleable, de 0.303 para el acero y de 0.33 para el aluminio y
el cobre. Obsérvese que para que se conservara constante el volumen debería ser µ = 0.5. [1].
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Figura 1: Relación entre esfuerzos y deformaciones de una galga
DESARROLLO
Diagrama a bloques
La Figura 2 presenta el diagrama a bloques del circuito:
ENTRADA
PUENTE DE
WHEATSTONE
ACONDICIONAMIENTO DE
SEÑAL
SALIDA
BUFFERS
DE VOLTAJE
GALGA
EXTENSIOMÉTRICA
VOLTÍMETRO
LUMINOSO
AMPLIFICADOR
RESTADOR
ADC
(Transductor de salida 1)
MICROPROCESADOR
AT90
DISPLAY LCD
TM404
Figura 2: Diagrama a bloques
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Diagrama Esquemático
PUENTE DE WHEATSTONE
BUFFERS DE VOLTAJE
AMPLIFICADOR RESTADOR
10kΩ
12V
12V
90%
P3
1M
-12V
-12V
LM324
22k Ω
50%
Vb
90%
P1
P2
100K
2K
10k Ω
LM324
10k Ω
LM324
A
-12V
10k Ω
Va
12V
12V
12V
LM324
GALGA
-12V
VOLTÍMETRO LUMINOSO
12V
18
17
16
15
1
2
3
4
2.2uF
14
13
12
11
10
6
7
8
9
LM3914
5
P4
90%
A
Vin
A
D0
D1
D2
ADC0804
D3
M.C.
D4
AT90S2313
DISPLAY LCD
16 COLUMNAS, 2 RENGLONES
D5
Vref+
Vref-
D6
D7
SOC
OE
EOC
PARA DETALLES DE CONEXIONES
REFIERASE MAS DELANTE
EN ESTE DOCUMENTO
CONFIGURACION EN
CORRIMIENTO LIBRE
Figura 3: Diagrama eléctrico (para ver las conexiones del ADC, el MC y el LCD vea mas adelante).
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Construcción de la Galga Extensiométrica
La galga extensio métrica se implementó utilizando una tarjeta telefónica, lija del número 1000
(“de agua”), pegamento, lápiz 6B y dos clips. La razón del lápiz 6B es que la mina es de un
carbón más suave y esto ocasiona que al rayar sobre la lija se deposite con mayor facilidad más
cantidad del mismo reduciendo la resistencia de la galga en reposo, ésta resistencia medida fue de
22.3 kO.
Se recortó la lija a un tamaño ligeramente menor al de la tarjeta telefónica y se procedió a rayar
sobre la superficie rugosa de ella con el lápiz 6B dibujando una forma geométrica como la
mostrada en la Figura 4, después se pegó ésta lija a la tarjeta con pegamento TOP. Los clips se
colocaron de forma que cada uno tocase un extremo de la línea dibujada sobre la lija, con
caimanes se agarraron los clips para implementar la galga en el puente de Wheatstone, las
variaciones de la resistencia de la galga sin llegar a deformarla irremediablemente fueron de 22.3
a aprox. 25 kO presionando para abajo y de 20 a 22.3 kO aproximadamente deformando la galga
hacia arriba.
Se probaron varias formas geométricas, y la que mejor comportamiento tuvo fue la mostrada en
la Figura 4. Se procuró que las líneas rectas fueran paralelas a la deformación de la tarjeta para
ocasionar así una mayor variación de la resistencia, puesto que si las líneas se dibujan verticales a
dicha deformación se obtiene una menor variación de la misma, el grosor de la línea (aprox. 3
mm) fue el adecuado para presentar valores de resistencia no muy grandes (líneas muy delgadas)
ni demasiado pequeños (líneas muy gruesas). En la montura se colocó un tope para evitar daños
de la galga por carga excesiva de peso.
Lija
Galga
Deformaciones
Base
Tornillo
Tope
clips
7 cm
a)
b)
Figura 4: a) Galga extensiométrica, b) montaje de la galga.
Puente de Wheatstone
Cuando se utiliza un elemento resistivo con poca variación, los cambios de voltaje de un simple
divisor de voltaje son mínimos e incluso pueden confundirse con variaciones de la fuente de
alimentación (ruido); en estos casos se hace necesaria la utilización de un circuito llamado puente
de Wheatstone, el cual se muestra en la Figura 5. Según la Figura 5(b) En una de las ramas se
coloca el elemento sensor resistivo que en nuestro caso es la galga extensiométrica, se ajusta el
potenciómetro de manera que en estado de reposo de la galga el voltaje en “a” sea exactamente la
mitad de Vcc, la otra rama debe de ser un divisor de voltaje en donde Vb sea también
exactamente la mitad de Vcc; el voltaje de interés se toma de los puntos “a” y “b” que en estado
de reposo de la galga será 0 V, cuando varía la resistencia de ésta, se presenta entonces un voltaje
Vab mayor o menor a cero según si aumenta o disminuye la resistencia respectivamente, y debido
sólo a la variación de la misma, este circuito permite pues inmunidad ante los cambios (ruido) en
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la fuente de alimentación y una mayor sensibilidad que se refleja en un mejor control de la
información proveniente del sensor.
VCC
90%
50%
b
a
GALGA
a)
La salida se toma
de los puntos a y b,
es decir el voltaje
Vab
b)
Figura 5: a) Puente de Wheatstone genérico, b) Con ajuste por potenciómetros.
En la Figura 5 (a), la resistencia R3 representa al transductor, y sufre una desviación según un
parámetro d, si R1 = R4 = R2 , entonces:
R3 = R2 (1 + δ )
(1.5)
La desviación se causa por la respuesta del transductor que se modifican con la señal de entrada.
El voltaje de salida Vab es una medida de la desviación d. La tensión Vab es un voltaje de
circuito abierto, entonces [5]:
 R2 (1 + δ )
R2 
y de esta manera:
Vab = 
−
 VCC ,
 R2 (1 + δ ) + R1 R2 + R1 
 R R 
Vab =  1 2 
 R1 + R2 
(1.6)
Búffers de voltaje y Amplificador restador
Para no provocar caídas indeseadas de voltaje ni extraer corriente del puente de Wheatstone se
emplea un operacional en configuración de seguidor de voltaje, la alta impedancia de entrada de
éstos permite extraer la información del voltaje sin influir en el comportamiento del puente. Las
señales del voltaje Va y el voltaje Vb entran entonces en un amplificador restador con una
ganancia máxima de voltaje de 100 (ajustable). El voltaje del amplificador restador esta
determinado por la siguiente ecuación:
VO =
Rf
Ri
( E1 − E2 )
(1.7)
En el diagrama eléctrico (Figura 3) se observan los elementos de la ecuación (1.7): Ri = 10 KO y
Rf es un potenciómetro de 1MO que ajusta la ganancia del amplificador restador [2].
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Voltímetro luminoso
La etapa de salida de nuestro sistema comprende dos secciones, un un sistema visual mediante
LEDs y un despliegue del peso aplicado mediante un display LCD.
En el sistema visual mediante LEDs, prenderán según se vaya colocando peso sobre la galga,
teniendo 7 LEDs verdes indicando funcionamiento normal, 2 amarillos indicando que el peso se
acerca al máximo soportado y uno rojo indicando que se ha llegado al tope de medición de la
galga. para esto se utiliza el circuito integrado LM3914.
LM3914
El LM3914 es un circuito integrado monolítico que censa niveles analógicos de voltaje y maneja
10 LEDs, resultando un visualizador gráfico lineal, un simple pin cambia la forma de
visualización, de ir recorriendo un solo led o ir llenando una barra de leds. La corriente que
maneja los LEDs está regulada y programada pera evitar la necesidad de resistencias para cada
uno de ellos.
El circuito tiene su propio ajuste de referencia para variar el rango de voltaje que muestran los 10
leds, ésta referencia es la que se usa para calibrar el sistema de la galga. La Figura 6 muestra el
diagrama a bloques y la configuración de pines del LM3914. [4].
Figura 6: Diagrama a bloques y de pines del LM3914
Convertidor Analógico/digital ADC0804
El Circuito Integrado ADC0804 es un convertidor analógico/digital de 8 bits con compatibilidad
para Microprocesadores. Su funcionamiento se basa en la técnica de conversión por
aproximaciones sucesivas. Posee lo necesario para comportarse como un puerto de I/O de
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microprocesador directamente sin la necesidad de lógica externa y puede funcionar también en
corrimiento libre [4].
Emplearemos este integrado para digitalizar una señal analógica de voltaje proveniente de la
galga que variará de 0 a 5 V, por lo que la resolución del ADC será:
resolución = 2 n = 256 (pasos o escalones),
V
5
resolución = nOFS =
= 0.0196078 (Volts/LSB)
2 −1 255
(1.8)
La configuración de pines y la aplicación del ADC0804 se muestran en la Figura 7.
Figura 7: Diagrama de pines y aplicaciónen corrimiento libre del ADC0804
La ecuación que determina la frecuencia del reloj interno del ADC0804 es la siguiente:
f CLK =
1
1
=
= 606.06 KHz
1.1RC 1.1(10 K Ω)(150 pF )
(1.9)
En donde la red RC está conectada entre los pines 4 y 19 del ADC.
Microprocesador ATMEL AT90S2313-10
El AT90S2313 consume baja potencia y posee un gran desempeño, tiene 2kbytes de memoria
FLASH interna programable. El dispositivo está manufacturado usando una tecnología de alta
densidad de memoria no volátil. Posee 128 bytes de memoria RAM y 128 bytes de memoria
EEPROM. La memoria FLASH interna puede ser reprogramada por el mismo sistema o por
cualquie r programador estándar de memorias de otras compañías. Combinando una CPU versátil
de 8 bits con la memoria FLASH interna, el AT90S2313 es un poderoso microcontrolador que
provee soluciones de alta flexibilidad y bajo costo para cualquier aplicación de control embebido.
El AT90S2313 provee los siguientes estándares: 2K bytes de memoria FLASH, 15 líneas de
entrada salida I/O programables, función “perro guardián”, apuntadores de datos, un
contador/temporizador de 16 bits, otro mas de 8 bits, una arquitectura de interrupciones de seisvectores dos niveles, un puerto serial Full Dúplex, oscilador interno, y circuito de reloj. Además
el AT90S2313 está diseñado con lógica estática para operar en dos modos de operación elegibles.
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El modo IDLE detiene el CPU mient ras permite a la RAM, a los contadores/temporizadores, al
puerto serial y al sistema de interrupciones, continuar con su funcionamiento. El modo de
“descanso” guarda el contenido de la RAM y deshabilita todas las demás funciones del chip hasta
que se presente una interrupción o se reseteé la unidad [3].
Características:
• Emplea arquitectura RISC
• 32 x 8 registros generales
• 2K Bytes de In-System
Programmable (ISP) Flash Memory
• 128 bytes de SRAM
• 128 bytes de EEPROM programable
• Duración: 1000 ciclos de
Lectura/Escritura
• Rango de operación de 4.0V a 6V.
• Operación de 0 Hz a 10 MHz
• Tres niveles de protección de la
Memoria
• Comparador Análogo Interno
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tecnología de proceso CMOS de alta
velocidad y bajo consumo de
potencia.
Un contador/temporizador de 16 bits.
Un contador/temporizador de 8 bits.
Communicación Full Duplex UART
Serial
Modos de operación: Low-power
Idle y Power-down.
Reanudación de trabajo mediante
interrupciones.
15 líneas de I/O programables.
Tiempo de programación rápido.
Programación ISP flexible
Figura 8: Diagrama a bloques y configuración de pines del AT90S2313
Display LCD
La visualización de la información se realizó con una pantalla LCD 2 x 16 que usa un controlador
estándar HD44780. Enseguida se muestra una imagen de esta LCD y su respectiva configuración
de pines.
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Figura 9: Configuración de pines del LCD
Mediciones y Desarrollo del Software para el Microcontrolador
Obtención del modelo matemático del comportamiento de la galga
Debido a que el comportamiento de nuestra galga al ir colocando pesos en ella no es totalmente
lineal, como se puede observar en la Figura 10 (a), es necesaria la obtención matemática
experimental de dicho comportamiento, para hacerlo, se colocaron pesos de 5 en 5 gramos y se
midió el voltaje que se presenta a la salida del amplificador restador. Se repitió esta labor 10
veces para obtener mejores resultados, hecho esto se convirtieron los valores de voltaje a la
palabra digital equivalente entregada por el ADC0804, la Tabla 1 muestra un resumen del
procedimiento.
Peso (gr)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Calvillo Cortés Carlos Francisco
Voltaje del Amp.
Restador (V)
Conversión a
digital
0
0
0.066
3.36
0.144
7.32
0.351
17.88
0.536
27.36
0.972
49.56
1.291
65.82
1.479
75.42
1.929
98.4
2.205
112.44
2.500
127.5
2.742
139.86
3.071
156.6
3.289
167.76
3.465
176.7
3.744
190.92
4.014
204.72
4.259
217.2
4.514
230.22
4.747
242.1
5.000
255
Tabla 1: Resumen de datos y conversiones
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Palabra digital
equivalente (en
decimal)
0
3
7
17
27
49
65
75
98
112
127
139
156
167
176
190
204
217
230
242
255
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Proyecto: Báscula electrónica
Diseño con Electrónica Integrada
Necesitamos conocer el valor numérico de un peso colocado en la galga en función de la entrada
digital que recibe el Microprocesador. Como podemos observar en la Figura 10 (b) existe una no
linealidad marcada para valores de la palabra digital menores a 25 (correspondiente
aproximadamente a 20 gramos), entonces para tener un mejor modelado dividimos los datos en
dos grupos, uno cuando la entrada digital es menor a 25 (grupo A) y otro cuando es mayor a 25
(el máximo permitido es 255 que equivale a 100 gramos) que llamaremos grupo B.
Las Figura 11 presenta ésta división y las líneas de tendencia y ecuaciones que representan a cada
grupo de datos, cabe hacer notar que para el grupo A, la ecuación más propia es una cúbica y para
el grupo B es una línea recta.
Voltaje de salida Vs Peso de entrada
6
5
Voltaje (V)
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Peso (gr)
a)
Palabra digital Vs. peso de salida
120
100
Peso (gr)
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
300
Palabra digital
b)
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Figura 10: a) Mediciones experimentales de voltaje a la salida del restador según el peso de entrada. b) peso en
función de la palabra digital de entrada
GRUPO A
25
20
Peso (gr)
15
3
2
y = 0.0019x - 0.1x + 2.0263x - 0.0682
2
R = 0.9998
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
-5
Palabra digital
GRUPO B
120
100
Peso (gr)
80
y = 0.3589x + 6.6144
R2 = 0.9955
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
300
Palabra digital
Figura 11: División de los datos para un mejor modelado
Las ecuaciones son:
GRUPO A:
GRUPO B:
Calvillo Cortés Carlos Francisco
W = 0.0019 P3 − 0.1P2 + 2.0263P − 0.0682
(1.10)
W = 0.3589 P + 6.6144
(1.11)
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Donde W es el peso en gramos y P es el valor decimal de la palabra digital. Estas ecuaciones son
el modelo que andábamos buscando, en donde la ecuación (1.10) es para cuando la palabra digital
es menor a 25 (valor decimal) y (1.11) lo es cuando es mayor a 25.
Código Fuente
El código para programar al microcontrolador, por facilidad, se realizó en el lenguaje de alto
nivel C, usando un compilador y traductor C – Ensamblador llamado CodeVision AVR ®, el
cual incluye además una librería con funciones para el manejo de LCD con protocolo estándar
como el que se usa en este proyecto.
El diagrama de flujo del algoritmo se muestra en la Figura 12.
Inicio del Programa
Configurar Microcontrolador:
•
Puertos
•
Interrupciones
•
Declaración de
variables y
Inicializar LCD:
Pantalla init();
Leer Puertos de En trada
¿GRUPO A? Sí
No
Ecuación para GRUPO A:
func_grupoA();
Ecuación para GRUPO B:
func_grupoB();
Mostrar resultado en LCD:
mostrar_peso();
Retardo 500ms
(refresco de LCD)
Figura 12: Diagrama de Flujo del algoritmo
A continuación se muestra el código fuente, se ha acomodado en dos columnas para una
visualización más sencilla, el código está comentado.
/*******************************************
Project : BASCULA ELECTRONICA
Version : 1.0
Date
: 08/12/2005
Author : Carlos Francisco Calvillo Cortes
Company : Universidad de Guadalajara
Chip type
: AT90S2313
Clock frequency
: 10.000000 MHz
Memory model
: Tiny
External SRAM size : 0
Data Stack size
: 32
*********************************************/
Calvillo Cortés Carlos Francisco
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Proyecto: Báscula electrónica
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#include <90s2313.h>
// Modulo de funciones alfanumericas del LCD
#asm
.equ __lcd_port=0x18
#endasm
#include <lcd.h>
#include <math.h>
/* [Pin LCD]
1
GND- 9 GND
2
+5V- 10 VCC
3
VLC- Control de contraste del LCD
4
RS - 1 PB0
5
RD - 2 PB1
6
EN - 3 PB2
11
D4 - 5 PB4
12
D5 - 6 PB5
13
D6 - 7 PB6
14
D7 - 8 PB7
*/
#include <delay.h>
// Variables Globales
unsigned char dig[3];
float peso=0,
char palabra;
char mensaje[11]=" 000.00 gr.";
//012345678911
// FUNCIONES
void pantalla_init( void )
{
lcd_init(16);
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("--- BASCULA ---");
}
// Inicializa el LCD para 2 lineas y 16 columnas
// ir a la primera linea del LCD
// mostrar el mensaje
// Funcion para el GRUPO A
float func_grupoA(int palabra)
{
int peso;
peso = 0.0019*pow((float)(palabra),3.0)- 0.1*pow((float)(palabra),2.0)+ 2.0263*(float)(palabra)0.0682; //calculo del peso
return(peso);
}
// Funcion para el GRUPO B
float func_grupoB(int palabra)
{
int peso;
peso = 0.3589*(float)(palabra)+6.6144;
return(peso);
}
//calculo del peso
void float2int( float pesoF, int &pesoEnt, int &pesoDec )
{
pesoEnt = (int)(pesoF);
pesoDec = (int)((pesoF – (float)(pesoEnt))*100);
return;
}
void separar_dig( int x ) // separa cara digito de un numero entero y los coloca en un vector
{
dig[0]=(unsigned char)((float)(x)/100);
x=x%1000;
dig[1]=(unsigned char)((float)(x)/10);
x=x%100;
Calvillo Cortés Carlos Francisco
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dig[2]=(unsigned char)((float)(x));
}
char convert_dig( unsigned char fuente )
{
if (fuente==0) return '0';
else if (fuente==1) return
else if (fuente==2) return
else if (fuente==3) return
else if (fuente==4) return
else if (fuente==5) return
else if (fuente==6) return
else if (fuente==7) return
else if (fuente==8) return
else if (fuente==9) return
//convierte cada elemento de un vector en un numero
'1';
'2';
'3';
'4';
'5';
'6';
'7';
'8';
'9';
}
void mostrar_peso()
//muestra en el LCD el peso
{
unsigned char i;
int pesoEnt, pesoDec;
//Usar columnas 1 a 11 de la segunda linea del LCD para el valor del peso
//Convertir float en entero
float2int( peso, pesoEnt, pesoDec );
// asignacion
mensaje[0]=' ';
mensaje[1]=' ';
separar_dig(pesoEnt); // separacion de digitos
for(i=0;i<3;i++)
// Valor entero del peso
mensaje[i+2]=convert_dig(dig[i]);
mensaje[5]= '.';
separar_dig(pesoDec); // separacion de digitos
for(i=0;i<2;i++)
// Valor decimal del peso
mensaje[i+6]=convert_dig(dig[i]);
mensaje[8]= ' ';
mensaje[9]= 'g';
mensaje[10]= 'r';
mensaje[11]= '.';
lcd_gotoxy(0,1);
// ir a la segunda linea del LCD
for( i=0; i<12; i++)
lcd_putchar(mensaje[i]);
// mostrar el mensaje
}
void main(void)
{
// Inicicializacion del Puerto B como salida
PORTB=0x00;
DDRB=0xFF;
// Inicicializacion del Puerto B como entrada
DDRD=0x00;
pantalla_init();
while(1)
{
palabra = PIND;
if (palabra<25)
peso=func_grupoA(palabra);
else
peso=func_grupoB(palabra);
mostrar_peso();
delay_ms(500);
//Lee dato proveniente del ADC
// Checa el grupo al que pertenece el dato
// Retardo de 500 ms
};
}
Calvillo Cortés Carlos Francisco
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Proyecto: Báscula electrónica
Diseño con Electrónica Integrada
Funcionamiento del circuito
Cada una de las partes de este circuito fue ya descrita anteriormente. El funcionamiento es
sencillo, al aplicar una fuerza sobre la galga, ésta se deforma y la línea de grafito dibujada en ella
se “estira” lo que hace ligeramente mayor su longitud y por tanto aumenta la resistencia. Este
aumento de se refleja como un aumento en el voltaje Va del puente de Wheatstone y por lo que se
hace positivo y diferente de cero. Vab es amplificado aproximadamente 20 veces (la ganancia se
ajusta con el potenciómetro P3), y se aplica a la entrada del LM3914 que la traduce en
información visual mediante los LEDs y a la entrada del ADC0804 que digitaliza la información.
La información proveniente del ADC pasa por el Microcontrolador en donde es procesada
aplicando a los datos las ecuaciones de la curva de comportamiento de la galga y mostrando el
resultado en el display LCD.
Calibración y ajustes
Se emplea en primer lugar el potenciómetro P3 para ajustar la ganancia a la salida del restador de
manera que colocando el máximo peso en la galga (100 gramos) existan 5 volts a su salida.
Hecho lo anterior se procede a calibrar el voltímetro luminoso, para ello se emplea el
potenciómetro P4, que se calibra de manera que en la misma condición anterior se enciendan los
10 LEDs. La parte digital (ADC y Microprocesador) no requiere calibración.
CONCLUSIONES Y RESULTADOS
El diseño de la práctica fue laborioso en tres aspectos principales: la elaboración de la galga
extensiométrica y su montura; la obtención del modelo matemático que describe al
comportamiento de la galga y la programación del microprocesador para desplegar los datos en el
display LCD.
A pesar de las dificultades anteriores, resultó un circuito de gran utilidad pues permite pesar
objetos muy ligeros con gran precisión y bajo costo, comparado con el precio de básculas
electrónicas comerciales con el mismo rango de medición.
Los contras que presenta esta báscula es la duración de la galga pues al ser construida
artesanalmente y con materiales poco resistentes (mina de carboncillo del lápiz, lija, etc.), no se
puede augurar una larga vida y no tiene circuito para compensar vibraciones que no correspondan
estrictamente al peso del objeto en medida; como por ejemplo las causadas por una corriente de
aire considerable.
En general el diseño de este proyecto resultó altamente educativo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Ramón Pallás Areny / Sensores y Acondicionamiento de Señal / Ed. Alfaomega / 2001 / págs 60 – 61
[2] Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll / Amplificadores Operacionales y circuitos integrados
lineales / Ed. Prentice Hall / 5ta Edición 1999 / págs 69 - 70
[3] Página de la empresa ATMEL: http://www.atmel.com
[4] Página de hojas de datos diversas: http://www.alldatasheet.com
[5] Apuntes electrónica integrada: http://proton.ucting.udg.mx/materias/ET201/index.html.
Calvillo Cortés Carlos Francisco
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