Maxim的工业智能力传感器的参考设计

技术向前发展，不断地，不可抑制地改变人与设备界面的世界。从移动设备触摸屏到带有电极的称重秤，机器组成，机器继续增加更多的能力和不同的方式来收集他们的测量。每隔一段时间，就会出现一个真正优雅的概念，融合技术，设计和简洁。 Maxim MAXREFDES82＃就是这样一个优雅的概念。

该参考设计是一种工业智能力传感器。该设计测量质量以及物体上的质心。这些功能和速度的结合意味着MAXREFDES82＃既可作为称重秤，也可作为带力感应的触摸界面。该系统采用塑料板制造，非常理想地满足工业人机界面（HMI）的需求。

参考设计采用MAX11254 24位，6通道，64 ksps delta-sigma ADC和SPI接口。四个称重传感器安装在象限平面上，以检测施加在扁平塑料板上的接触力。基于施加在每个单独的称重传感器上的力，系统显示总力大小和力中心的坐标。力大小和坐标大约每10毫秒扫描一次。

该系统包括一个薄膜晶体管（TFT）液晶显示器（LCD）模块，以数字方式显示每个称重传感器上的力和施加在顶板上的总力。 LCD模块还以图形方式显示力的大小和力中心的坐标。

MAXREFDES82＃参考设计消耗的能量最少，并由USB端口供电。还包括一个PC端图形用户界面（GUI）程序，以方便人机界面输入演示和开发。

MAXREFDES82＃的参考设计框图（图1）演示了触摸力和它的运动被捕获并用于三维（3D）人机界面输入设备。该设计包括微控制器的源文件，使开发人员能够以最少的固件或硬件更改快速评估和定制特定应用的设计。该板采用紧凑的外形设计，可快速评估或安装。

图1：MAXREFDES82＃参考设计框图。

硬件详细说明

图1显示了MAXREFDES82＃参考设计系统框图。图2显示了设计的装配视图。另请参阅电路详细信息的原理图。

图2：MAXREFDES82＃参考设计装配视图。

触摸力时或者重量接触顶板表面，四个应变式称重传感器变形并向MAX11254 ADC发送电信号。根据力对四个称重传感器的分布，系统计算总力和力的质心位置。系统连续扫描四个测力传感器中的每一个的信号输出，并且可以获取精确的力及其运动图。由于系统不仅可以收集和监控力的位置，还可以收集力量值，因此系统非常适合3D人机界面输入应用。

复位开关（SW1）复位电路板，校准开关用于启动校准程序。

红色发光二极管（LED）表示电源良好。闪烁的绿色LED指示ADC正在转换。

MAX11254 24位，6通道，64 ksps，带SPI接口的Delta-Sigma ADC

MAX11254 IC位于系统的中心。该器件是一款6通道，24位Δ-ΣADC，可实现卓越的性能，同时功耗极低。采样率高达64 ksps，可实现精确的直流测量。 MAX11254通过SPI串行接口进行通信，采用小型（5 mm x 5 mm）TQFN封装。

该器件提供6.2 nV/√Hz噪声可编程增益放大器（PGA），具有增益设置从1x到128x。集成的PGA可隔离开关电容采样网络的信号输入。 PGA还使IC能够直接与高阻抗源接口，而不会影响可用的动态范围。

该器件采用2.7 V至3.6 V单模拟电源或分离式±1.8 V模拟电源供电，允许要在地下采样的模拟输入。数字电源范围为1.7 V至2.0 V或2.0 V至3.6 V，允许与1.8 V，2.5 V，3 V或3.3 V逻辑通信。

在此智能力传感器设计中，MAX11254配置如下：

VAVDD = 3.6 V，VAVSS = 0 V，VDVDD = 3.6 V，VREFP - VREFN = 1.8 V

ADC采样率= 200 sps

PGA增益= 128

单周期转换模式（SCYCLE = 1）

定序器模式= 2

通道图= CH0， CH1，CH2，Ch3

MUX延迟=1024μs

开发人员可以根据提供的固件中的特定要求轻松更改配置。

应变计称重传感器

应变计称重传感器由4.096 V基准电压激励。当应变式称重传感器受到作用在其上的负载变形时，称重传感器的电阻会发生变化，因此称重传感器输出与负载成比例的电压变化。

对于触摸应用，设计采用Phidgets公司的称重传感器。称重传感器容量为780 g，额定输出为0.8 mV/V.非线性为0.05％FS，非重复性为0.05％FS，温度对跨度的影响为0.05％FS。根据具体应用和精度要求，可以选择不同的称重传感器并更换安装在电路板上的称重传感器。

需要注意的一点是，请勿使称重传感器过载10秒以上。

电源和参考电压

连接到PC的micro-USB电缆为MAXREFDES82＃供电。

MAX17651，超低静态电流，线性稳压器（LDO）将5 V输入调节至3.6 V

MAX6071 4.096V输出，低噪声，高精度串联电压基准激励称重传感器

MAX6071 1.8V输出电压参考驱动MAX11254 ADC参考

MAX8574高效率升压转换器产生标称19.2 V LCD模块背光电源

微处理器和LCD模块

MAXREFDES82＃参考设计使用STM32F429作为处理器。处理器控制ADC，LCD模块，并执行所有计算。 TFT LCD模块横跨对角线尺寸为3.5英寸，分辨率为240 x 320像素。在这种设计中，240 x 120像素的上部以数字方式显示称重传感器负载信息，240 x 240像素的下部以图形方式显示力量值及其在由四个称重传感器构成的正方形中的相对位置。

固件说明

MAXREFDES82＃固件基于中断驱动的设计模型。上电后，微处理器配置电源域，时钟域，LCD模块控制器，USB堆栈，虚拟COM端口（VCP）和其他内务处理任务。然后微处理器进入循环，扫描称重传感器并处理数据。结果显示在LCD面板上。结果也可以显示在PC GUI应用程序上。 GUI应用程序通过VCP通信与电路板通信。

图3显示了MAXREFDES82＃固件主要功能流程图。有关固件的详细信息，请参阅Maxim网站上的源文件。

图3：MAXREFDES82＃固件主要功能流程图。

GUI应用程序说明

MAXREFDES82＃板可以在没有PC GUI应用程序的情况下单独工作。但是，GUI应用程序可以方便地在PC屏幕上提供结果。

图4显示了MAXREFDES82＃GUI应用程序截图。在将MAXREFDES82＃板连接到PC USB端口之前，用户应安装STMicroelectronics VCP驱动程序。有关详细信息，请参见下面的“快速入门指南”部分。

当参考设计板接通电源并完成上电校准时，电路板处于测量状态。运行GUI应用程序并单击“连接”按钮，PC GUI将显示与LCD面板上显示的信息相同的信息。

图4：MAXREFDES82＃ GUI应用程序截图。

快速入门指南

所需设备：

MAXREFDES82＃参考设计板

带有备用USB端口和micro-USB电缆

按照以下步骤验证MAXREFDES82＃的功能是否正常。

程序

< li>运行MAXREFDES82SW10.zip中包含的正确的虚拟COM端口驱动程序.exe文件。对于32位Windows机器，运行VCP_V1.3.1_Setup.exe，对于64位Windows机器，运行VCP_V1.3.1_Setup_x64.exe。

使用USB将MAXREFDES82＃板连接到PC电缆。等待PC完成驱动程序安装。

按照MAXREFDES82＃board LCD屏幕上的说明完成上电校准。

上电校准完成后，电路板处于测量状态。

运行MAXREFDES82SW10.zip中包含的MAXREFDES82SW10.exe文件。

单击PC GUI上的连接按钮，PC GUI应显示相同的信息。液晶显示屏。

用小于570克的力测试触摸屏。电路板可暂时超载2公斤力。

当PC GUI处于连接状态时，请勿断开USB电缆或按下MAXREFDES82＃板上的SW1复位开关。仅在PC GUI处于断开连接状态或PC GUI应用程序未运行时断开电缆或按下SW1复位开关。

实验室测量

< p> MAXREFDES82＃设计在典型应用案例下经过验证和测试。该平台面向任何使用MAX11254 24位多通道ADC的开发人员，可在称重和触摸应用中捕获高精度模拟信号。该参考设计非常灵活，可针对特定应用开发进行定制，例如，称重应用，工业控制和自动化应用等。

图5显示了放置在标准配重上的标准配重的重量测量。顶板的中心。

图5：MAXREFDES82＃板中心重量设定的全范围重量误差。

< p>图6显示了放置在顶板中心的标准重量组的相对X轴误差。

图6：MAXREFDES82＃板中心重量设定的全范围X轴误差。

图7显示相对Y放置在顶板中心的标准重量组的轴错误。

图7：MAXREFDES82＃全范围Y轴误差图8显示了放置在顶板左上象限中心的标准重量组的重量测量值。

图8：MAXREFDES82左上象限中的权重设置的全范围权重误差。

图9显示了a的相对X轴误差标准配重设置在顶板左上象限的中心。

图9：MAXREFDES82＃全范围X轴误差对于左上象限中的重量设置。

图10显示了放置在顶板左上象限中心的标准重量组的相对Y轴误差。

图10：MAXREFDES82＃在左上象限中设置重量的全范围Y轴误差。