技術(shù)向前發(fā)展，不斷地，不可抑制地改變?nèi)伺c設(shè)備界面的世界。從移動(dòng)設(shè)備觸摸屏到帶有電極的稱重秤，機(jī)器組成，機(jī)器繼續(xù)增加更多的能力和不同的方式來收集他們的測(cè)量。每隔一段時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)真正優(yōu)雅的概念，融合技術(shù)，設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)潔。 Maxim MAXREFDES82＃就是這樣一個(gè)優(yōu)雅的概念。

該參考設(shè)計(jì)是一種工業(yè)智能力傳感器。該設(shè)計(jì)測(cè)量質(zhì)量以及物體上的質(zhì)心。這些功能和速度的結(jié)合意味著MAXREFDES82＃既可作為稱重秤，也可作為帶力感應(yīng)的觸摸界面。該系統(tǒng)采用塑料板制造，非常理想地滿足工業(yè)人機(jī)界面（HMI）的需求。

參考設(shè)計(jì)采用MAX11254 24位，6通道，64 ksps delta-sigma ADC和SPI接口。四個(gè)稱重傳感器安裝在象限平面上，以檢測(cè)施加在扁平塑料板上的接觸力?；谑┘釉诿總€(gè)單獨(dú)的稱重傳感器上的力，系統(tǒng)顯示總力大小和力中心的坐標(biāo)。力大小和坐標(biāo)大約每10毫秒掃描一次。

該系統(tǒng)包括一個(gè)薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）模塊，以數(shù)字方式顯示每個(gè)稱重傳感器上的力和施加在頂板上的總力。 LCD模塊還以圖形方式顯示力的大小和力中心的坐標(biāo)。

MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)消耗的能量最少，并由USB端口供電。還包括一個(gè)PC端圖形用戶界面（GUI）程序，以方便人機(jī)界面輸入演示和開發(fā)。

MAXREFDES82＃的參考設(shè)計(jì)框圖（圖1）演示了觸摸力和它的運(yùn)動(dòng)被捕獲并用于三維（3D）人機(jī)界面輸入設(shè)備。該設(shè)計(jì)包括微控制器的源文件，使開發(fā)人員能夠以最少的固件或硬件更改快速評(píng)估和定制特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)。該板采用緊湊的外形設(shè)計(jì)，可快速評(píng)估或安裝。

圖1：MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)框圖。

硬件詳細(xì)說明

圖1顯示了MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。圖2顯示了設(shè)計(jì)的裝配視圖。另請(qǐng)參閱電路詳細(xì)信息的原理圖。

圖2：MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)裝配視圖。

觸摸力時(shí)或者重量接觸頂板表面，四個(gè)應(yīng)變式稱重傳感器變形并向MAX11254 ADC發(fā)送電信號(hào)。根據(jù)力對(duì)四個(gè)稱重傳感器的分布，系統(tǒng)計(jì)算總力和力的質(zhì)心位置。系統(tǒng)連續(xù)掃描四個(gè)測(cè)力傳感器中的每一個(gè)的信號(hào)輸出，并且可以獲取精確的力及其運(yùn)動(dòng)圖。由于系統(tǒng)不僅可以收集和監(jiān)控力的位置，還可以收集力量值，因此系統(tǒng)非常適合3D人機(jī)界面輸入應(yīng)用。

復(fù)位開關(guān)（SW1）復(fù)位電路板，校準(zhǔn)開關(guān)用于啟動(dòng)校準(zhǔn)程序。

紅色發(fā)光二極管（LED）表示電源良好。閃爍的綠色LED指示ADC正在轉(zhuǎn)換。

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

MAX11254 IC位于系統(tǒng)的中心。該器件是一款6通道，24位Δ-ΣADC，可實(shí)現(xiàn)卓越的性能，同時(shí)功耗極低。采樣率高達(dá)64 ksps，可實(shí)現(xiàn)精確的直流測(cè)量。 MAX11254通過SPI串行接口進(jìn)行通信，采用小型（5 mm x 5 mm）TQFN封裝。

該器件提供6.2 nV/√Hz噪聲可編程增益放大器（PGA），具有增益設(shè)置從1x到128x。集成的PGA可隔離開關(guān)電容采樣網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)輸入。 PGA還使IC能夠直接與高阻抗源接口，而不會(huì)影響可用的動(dòng)態(tài)范圍。

該器件采用2.7 V至3.6 V單模擬電源或分離式±1.8 V模擬電源供電，允許要在地下采樣的模擬輸入。數(shù)字電源范圍為1.7 V至2.0 V或2.0 V至3.6 V，允許與1.8 V，2.5 V，3 V或3.3 V邏輯通信。

在此智能力傳感器設(shè)計(jì)中，MAX11254配置如下：

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

ADC采樣率= 200 sps

PGA增益= 128

單周期轉(zhuǎn)換模式（SCYCLE = 1）

定序器模式= 2

通道圖= CH0， CH1，CH2，Ch3

MUX延遲=1024μs

開發(fā)人員可以根據(jù)提供的固件中的特定要求輕松更改配置。

應(yīng)變計(jì)稱重傳感器

應(yīng)變計(jì)稱重傳感器由4.096 V基準(zhǔn)電壓激勵(lì)。當(dāng)應(yīng)變式稱重傳感器受到作用在其上的負(fù)載變形時(shí)，稱重傳感器的電阻會(huì)發(fā)生變化，因此稱重傳感器輸出與負(fù)載成比例的電壓變化。

對(duì)于觸摸應(yīng)用，設(shè)計(jì)采用Phidgets公司的稱重傳感器。稱重傳感器容量為780 g，額定輸出為0.8 mV/V.非線性為0.05％FS，非重復(fù)性為0.05％FS，溫度對(duì)跨度的影響為0.05％FS。根據(jù)具體應(yīng)用和精度要求，可以選擇不同的稱重傳感器并更換安裝在電路板上的稱重傳感器。

需要注意的一點(diǎn)是，請(qǐng)勿使稱重傳感器過載10秒以上。

電源和參考電壓

連接到PC的micro-USB電纜為MAXREFDES82＃供電。

MAX17651，超低靜態(tài)電流，線性穩(wěn)壓器（LDO）將5 V輸入調(diào)節(jié)至3.6 V

MAX6071 4.096V輸出，低噪聲，高精度串聯(lián)電壓基準(zhǔn)激勵(lì)稱重傳感器

MAX6071 1.8V輸出電壓參考驅(qū)動(dòng)MAX11254 ADC參考

MAX8574高效率升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生標(biāo)稱19.2 V LCD模塊背光電源

微處理器和LCD模塊

MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)使用STM32F429作為處理器。處理器控制ADC，LCD模塊，并執(zhí)行所有計(jì)算。 TFT LCD模塊橫跨對(duì)角線尺寸為3.5英寸，分辨率為240 x 320像素。在這種設(shè)計(jì)中，240 x 120像素的上部以數(shù)字方式顯示稱重傳感器負(fù)載信息，240 x 240像素的下部以圖形方式顯示力量值及其在由四個(gè)稱重傳感器構(gòu)成的正方形中的相對(duì)位置。

固件說明

MAXREFDES82＃固件基于中斷驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模型。上電后，微處理器配置電源域，時(shí)鐘域，LCD模塊控制器，USB堆棧，虛擬COM端口（VCP）和其他內(nèi)務(wù)處理任務(wù)。然后微處理器進(jìn)入循環(huán)，掃描稱重傳感器并處理數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示在LCD面板上。結(jié)果也可以顯示在PC GUI應(yīng)用程序上。 GUI應(yīng)用程序通過VCP通信與電路板通信。

圖3顯示了MAXREFDES82＃固件主要功能流程圖。有關(guān)固件的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱Maxim網(wǎng)站上的源文件。

圖3：MAXREFDES82＃固件主要功能流程圖。

GUI應(yīng)用程序說明

MAXREFDES82＃板可以在沒有PC GUI應(yīng)用程序的情況下單獨(dú)工作。但是，GUI應(yīng)用程序可以方便地在PC屏幕上提供結(jié)果。

圖4顯示了MAXREFDES82＃GUI應(yīng)用程序截圖。在將MAXREFDES82＃板連接到PC USB端口之前，用戶應(yīng)安裝STMicroelectronics VCP驅(qū)動(dòng)程序。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見下面的“快速入門指南”部分。

當(dāng)參考設(shè)計(jì)板接通電源并完成上電校準(zhǔn)時(shí)，電路板處于測(cè)量狀態(tài)。運(yùn)行GUI應(yīng)用程序并單擊“連接”按鈕，PC GUI將顯示與LCD面板上顯示的信息相同的信息。

圖4：MAXREFDES82＃ GUI應(yīng)用程序截圖。

快速入門指南

所需設(shè)備：

MAXREFDES82＃參考設(shè)計(jì)板

帶有備用USB端口和micro-USB電纜

按照以下步驟驗(yàn)證MAXREFDES82＃的功能是否正常。

程序

< li>運(yùn)行MAXREFDES82SW10.zip中包含的正確的虛擬COM端口驅(qū)動(dòng)程序.exe文件。對(duì)于32位Windows機(jī)器，運(yùn)行VCP_V1.3.1_Setup.exe，對(duì)于64位Windows機(jī)器，運(yùn)行VCP_V1.3.1_Setup_x64.exe。

使用USB將MAXREFDES82＃板連接到PC電纜。等待PC完成驅(qū)動(dòng)程序安裝。

按照MAXREFDES82＃board LCD屏幕上的說明完成上電校準(zhǔn)。

上電校準(zhǔn)完成后，電路板處于測(cè)量狀態(tài)。

運(yùn)行MAXREFDES82SW10.zip中包含的MAXREFDES82SW10.exe文件。

單擊PC GUI上的連接按鈕，PC GUI應(yīng)顯示相同的信息。液晶顯示屏。

用小于570克的力測(cè)試觸摸屏。電路板可暫時(shí)超載2公斤力。

當(dāng)PC GUI處于連接狀態(tài)時(shí)，請(qǐng)勿斷開USB電纜或按下MAXREFDES82＃板上的SW1復(fù)位開關(guān)。僅在PC GUI處于斷開連接狀態(tài)或PC GUI應(yīng)用程序未運(yùn)行時(shí)斷開電纜或按下SW1復(fù)位開關(guān)。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量

< p> MAXREFDES82＃設(shè)計(jì)在典型應(yīng)用案例下經(jīng)過驗(yàn)證和測(cè)試。該平臺(tái)面向任何使用MAX11254 24位多通道ADC的開發(fā)人員，可在稱重和觸摸應(yīng)用中捕獲高精度模擬信號(hào)。該參考設(shè)計(jì)非常靈活，可針對(duì)特定應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行定制，例如，稱重應(yīng)用，工業(yè)控制和自動(dòng)化應(yīng)用等。

圖5顯示了放置在標(biāo)準(zhǔn)配重上的標(biāo)準(zhǔn)配重的重量測(cè)量。頂板的中心。

圖5：MAXREFDES82＃板中心重量設(shè)定的全范圍重量誤差。

< p>圖6顯示了放置在頂板中心的標(biāo)準(zhǔn)重量組的相對(duì)X軸誤差。

圖6：MAXREFDES82＃板中心重量設(shè)定的全范圍X軸誤差。

圖7顯示相對(duì)Y放置在頂板中心的標(biāo)準(zhǔn)重量組的軸錯(cuò)誤。

圖7：MAXREFDES82＃全范圍Y軸誤差圖8顯示了放置在頂板左上象限中心的標(biāo)準(zhǔn)重量組的重量測(cè)量值。

圖8：MAXREFDES82左上象限中的權(quán)重設(shè)置的全范圍權(quán)重誤差。

圖9顯示了a的相對(duì)X軸誤差標(biāo)準(zhǔn)配重設(shè)置在頂板左上象限的中心。

圖9：MAXREFDES82＃全范圍X軸誤差對(duì)于左上象限中的重量設(shè)置。

圖10顯示了放置在頂板左上象限中心的標(biāo)準(zhǔn)重量組的相對(duì)Y軸誤差。

圖10：MAXREFDES82＃在左上象限中設(shè)置重量的全范圍Y軸誤差。