Download - Bascula Electronica
INSTRUMENTACION Y MEDICIONES
TRABAJO COLABORATIVO FINAL.
Por:
Diego León Díaz Molina
CC: 1020441426
Grupo: 201455_16
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A
DISTANCIA. UNAD – CEAD MEDELLIN
Introducción En el siguiente trabajo se presenta el desarrollo de una báscula electrónica mostrando valores de 0 a 1000 gramos, para ello se utiliza el principio de puente de wheatstone, que simula perfectamente el funcionamiento de una Galga extensiométrica, que es un dispositivo que mide una presión o peso sobre ella, debido a que la galga en la entrada sus valores en mili-voltios este se debe convertir a voltios y luego a una señal digital entendible para que pueda ser mostrada en un panel LCD. Aplicamos conceptos como el puente wheatstone, amplificadores operacionales, programación de PIC y LCD.
Materiales para el proyecto
Galga extensiométrica o celda de carga. ( en este caso un puente de wheatstone o potenciómetro para simular el peso inducido)
Buffer de Voltaje
Conversor Análogo / Digital PIC16F877
DISPLAY LCD.
Resistencias y condensadores varios
Diagrama de Bloques
Puente de Wheatston
GalgaExtensometrica
Buffers de Voltage
AmplificadorConversor Analogico
/Digital
Visualizacion Pantalla LCD
Diseño del sensor de peso de la báscula electrónica. Galga extensiométrica o celda de carga.
Debemos identificar los componentes a utilizar en este caso la celda de carga que es basada
en un puente de wheatstone, debido a que como el puente de wheatstone son unas
resistencias que cuando se ejerce una presión sobre ellas estas van variando y entregan su
salida en mili-voltios, y cuando se deja de ejercer presión vuelven a su estado original, es
como un resorte que es estirado y luego vuelve a su posición inicial, pero al igual que los
resortes si se ejerce mucha presión sobre una celda de carga que no soporta tanto peso esta
no regresara a su posición inicial y de esta manera inutiliza el dispositivo.
La primera galga con cables metálicos fue desarrollada en 1938. La galga extensiométrica
confinada en papel metálico consiste en una red de filamento de alambre (una resistencia) de
espesor de aproximadamente 0,025 mm, unido directamente a la superficie de la galga por
una fina capa de resina epoxy. Cuando se aplica una carga a la superficie, el cambio
resultante en la longitud de esta, se refleja en la resistencia. La deformación correspondiente
se mide en términos de la resistencia eléctrica del alambre de aluminio, que varía linealmente
con la tensión. La lámina y el agente de adhesivo deben trabajar juntos en la transmisión de
la presión. El adhesivo sirve, de igual modo, como un aislante eléctrico entre la rejilla y la
superficie de la lámina. Cuando se selecciona una galga extensiométrica, se debe considerar
no sólo la capacidad de medir la presión que tiene el sensor, sino también su estabilidad y
sensibilidad a la temperatura. Desafortunadamente, los materiales ideales para medir la
presión, son también los más sensibles a las variaciones de temperatura y tienden a cambiar
la resistencia a medida que envejecen. Para pruebas de corta duración, esto puede no ser
una preocupación seria, pero para la medición industrial continua, se debe considerar la
compensación de la temperatura.
Buffer de Voltaje
Con el fin no tener caídas de voltajes ni afectar el puente de wheatstone se puede
utilizar un sistema operacional configurado como seguidor de voltaje debido a que la
impedancia de entrada permite extraer el voltaje sin afectar el puente y luego de esto
pasan al amplificador restador
Amplificador Restador
Se deberá utilizar un amplificador que lo que hará es tomar la señal de salida en mili-
voltios de la celda de carga y amplificar su señal para poder ser enviada al convertidor
de señales análogas a digitales donde a su vez enviara la señal a la pantalla LCD
mostrando valores en mili-voltios y el correspondiente en gramos.
Para este proyecto se utiliza un amplificador restador que lo que hace este
amplificador usa ambas entradas invertidas y no invertidas con una ganancia de uno,
para producir una salida igual a la diferencia entre las entradas. Es un caso especial
del amplificador diferencial.
Para este proyecto se utilizara un amplificador operacional AD620 que de acuerdo a
investigaciones puede ser adecuado para este tema debido a que una de sus
aplicaciones es medir presion de un puente de wheatstone. Para ello es necesario
saber calcular la ganancia de salida utilizando la siguiente formula.
Para este proyecto se utilizó una resistencia de 499 ohmnios
Características Principales
Ganancia de Voltaje de 1 a 1000
Se requiere una sola resistencia para configurar la ganancia
Amplio rango de voltaje de alimentación: ± 2,3V a ± 18V
Bajo consumo 1,3mA max.
Excelente desempeño en DC 50µV offset max.
Desvío máximo de 0,6µV / °C
Ancho de banda 120 kHz con G=100
Bajo ruido
Encapsulado DIP 8
Conversor Análogo / Digital
El conversor lo que hará es tomar una señal analógica y convertirla a una señal de 8 a 10 bit,
una señal digital, para que la pantalla LCD la pueda interpretar y transmitir.
Los micro controladores de 40 pines como el PIC16F877, se puede observar que poseen 8
canales para conversión A/D, identificadas por las siglas AN(n), las cuales se encuentran
distribuidas entre el puerto A y el puerto E.
En este proyecto se utiliza PIC16F877A, Este micro controlador es fabricado por MicroChip familia a la cual se le denomina PIC. El modelo 16F877 posee varias características que hacen a este micro controlador un dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que posteriormente será detallada. Algunas de estas características se muestran a continuación:
Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
Amplia memoria para datos y programa.
Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH; este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F" en el modelo).
Set de instrucciones reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias para facilitar su manejo.
CARACTERISTICAS En siguiente tabla de pueden observar las características más relevantes del dispositivo:
Diagrama de Pines.
DISPLAY LCD.
Las pantallas LCD alfanuméricas, son las más utilizadas hoy en día en el desarrollo de proyectos o equipos electrónicos en los cuales se hace necesario visualizar mensajes de texto cortos, que proporcionen la información adecuada sobre un evento determinado. Las pantallas más comunes suelen ser de 1x16, de 2x16 y de 4x16 (Filas x Columnas). Todas estas configuraciones también se encuentran para 20 columnas y hasta para 40 columnas.
Identificación de los pines de una pantalla LCD: Veamos a continuación la descripción de cada uno de los pines de una pantalla LCD:
Pin out de un módulo LCD con conexión a Vcc, Gnd y Control de contraste. Pin 1, 2 y 3: como se puede observar en la figura, en la mayoría de las pantallas LCD, el Pin No. 1 y 2 corresponden a la alimentación de la pantalla, GND y Vcc, donde el voltaje máximo comúnmente soportado es de 5Vdc. El Pin No.3 corresponde al control de contraste de la pantalla. Pin 4: "RS" (trabaja paralelamente al Bus de datos del módulo LCD, Pines 7 al 14, es decir, cuando RS es cero, el dato presente en el bus corresponde a un registro de control o instrucción, pero cuando RS es uno, el dato presente en el bus corresponde a un registro de datos o carácter alfanumérico. Pin 5: "R/W" (Read/Write), este pin es utilizado para leer un dato desde la pantalla LCD o para escribir un dato en la pantalla LCD. Si R/W = 0, esta condición indica que podemos escribir un dato en la pantalla. Si R/W = 1, esta condición nos permite leer un dato desde la pantalla LCD.
Pin 6: "E" (Enable), este es el pin de habilitación, es decir, si E = 0 el módulo LCD se
encuentra inhabilitado para recibir datos, pero si E = 1, el módulo LCD se encuentra
habilitado para trabajar, de tal manera que podemos escribir o leer desde el modulo LCD.
Pin 7 al14: "Bus de Datos”, el Pin 7 hasta el Pin 14 representan 8 líneas que se utilizan para colocar el dato que representa una instrucción para el modulo LCD o un carácter alfanumérico .
Pin 15-16: "Back Light", en muchos modelos de LCD, los pines 15 y 16 son respectivamente el “Ánodo” y el “Cátodo”,
Conexión de una pantalla LCD en Pic Basic: Una pantalla LCD puede ser
conectada a un microcontrolador utilizando los ocho bits del bus de datos (D0 a D7) o
solamente los cuatro bits más significativos del bus de datos (D4 a D7). Al emplear los ocho
bits, estos deberán estar conectados en un solo puerto y nunca en puertos diferentes. Si
deseamos trabajar solo con los cuatro bits más significativos del bus, estos deberán ser
conectados en los cuatro bits menos significativos de un puerto o en los cuatro bits más
significativos del puerto seleccionado. Los pines E (Pin 6) y RS (Pin 4) pueden estar
conectados en cualquier puerto del microcontrolador. Por último, el Pin R/W deberá estar
conectado a tierra (GND) para indicar a la pantalla LCD que estaremos escribiendo, esto
debido a que estaremos trabajando inicialmente solo con la instrucción “Lcdout”.
Utilizando un potenciómetro de 1 kΩ como la simulación de la galga podemos variar el voltaje
donde de acuerdo a la programación de nuestro PIC se hace la conversión de análogo a
digital y realiza la caracterización de los valores que como en este caso es de 8 bits, sería de
255 escalas iniciando desde cero donde en cada escala se multiplica por 4 que es una
aproximación de la división que nos da 1000 gramos sobre 255.
Este valor es la escala de nuestra báscula que va desde 0 hasta 1020 gramos.
Debido a que el puente de Wheastone nos presenta dificultades en mostrar los valores y
cargar rápidamente el cambio de potencial de voltajes se decidió hacer otro montaje donde
se puede evidenciar la balanza funcionando correctamente con un rango de 0 a 1020
gramos, en cambio con el puente de Wheastone la escala varia de 212 hasta 784 gramos.
Programación del PIC en Micro Code Studio.
DEFINE ADC_BITS 8
TRISA = 255
ADCON1 = %00001110
ADCON0= %10000001
MUL VAR WORD
define osc 4
DEFINE LCD_DREG PORTB
DEFINE LCD_DBIT 0
DEFINE LCD_RSREG PORTD
DEFINE LCD_RSBIT 7
DEFINE LCD_EREG PORTD
DEFINE LCD_EBIT 6
DEFINE LCD_BITS 8
DEFINE LCD_LINES 2
DEFINE LCD_COMMANDUS 2000
DEFINE LCD_DATAUS 50
ANALOGICO var WORD
LCDOUT $FE,1
LCDOUT "BASCULA"
LCDOUT $FE,$C0,"PIC 16F877A"
PAUSE 300
INICIO:
ADCIN 0, analogico
MUL=ANALOGICO*4
LCDOUT $FE,1,"PESO:", DEC MUL
LCDOUT $FE,$C0,"'gramos: "
pause 100
goto inicio
Conclusiones
Se aprendió sobre los distintos tipos de PIC que sirven para funciones como convertir
señales análogas a digitales y transformar los datos para ser leídos por una pantalla
LCD
Se logró aplicar el concepto de puente de wheatstone para la realización o simulación
de una galga, la cual se encarga de variar su resistencia cuando se le aplica una
presión o peso en este caso.
Aplicando los conceptos y aprendizajes sobre los amplificadores operacionales se
logra ubicar el necesario para plasmarlo en la simulación y darle su correcto
funcionamiento transformando una señal en mili voltios a voltios que será leída por el
conversor análogo digital.
Bibliografía
Modulo curso de instrumentación y mediciones de la UNAD
DataSheet Amplificador AD620
DataSheet PIC16F877A
http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/PAEEES/2004-05/A02-A03%20-
%20Conversor%20AD%20del%20PIC16F877.pdf
Link video Youtube https://youtu.be/FnjtxsGh9NM