技術向前發(fā)展，不斷地，不可抑制地改變?nèi)伺c設備界面的世界。從移動設備觸摸屏到帶有電極的稱重秤，機器組成，機器繼續(xù)增加更多的能力和不同的方式來收集他們的測量。每隔一段時間，就會出現(xiàn)一個真正優(yōu)雅的概念，融合技術，設計和簡潔。 Maxim MAXREFDES82＃就是這樣一個優(yōu)雅的概念。

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

參考設計采用MAX11254 24位，6通道，64 ksps delta-sigma ADC和SPI接口。四個稱重傳感器安裝在象限平面上，以檢測施加在扁平塑料板上的接觸力?；谑┘釉诿總€單獨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。力大小和坐標大約每10毫秒掃描一次。

該系統(tǒng)包括一個薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）模塊，以數(shù)字方式顯示每個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。

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

MAXREFDES82＃的參考設計框圖（圖1）演示了觸摸力和它的運動被捕獲并用于三維（3D）人機界面輸入設備。該設計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估和定制特定應用的設計。該板采用緊湊的外形設計，可快速評估或安裝。

圖1：MAXREFDES82＃參考設計框圖。

硬件詳細說明

圖1顯示了MAXREFDES82＃參考設計系統(tǒng)框圖。圖2顯示了設計的裝配視圖。另請參閱電路詳細信息的原理圖。

圖2：MAXREFDES82＃參考設計裝配視圖。

觸摸力時或者重量接觸頂板表面，四個應變式稱重傳感器變形并向MAX11254 ADC發(fā)送電信號。根據(jù)力對四個稱重傳感器的分布，系統(tǒng)計算總力和力的質(zhì)心位置。系統(tǒng)連續(xù)掃描四個測力傳感器中的每一個的信號輸出，并且可以獲取精確的力及其運動圖。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人機界面輸入應用。

復位開關（SW1）復位電路板，校準開關用于啟動校準程序。

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，可實現(xiàn)卓越的性能，同時功耗極低。采樣率高達64 ksps，可實現(xiàn)精確的直流測量。 MAX11254通過SPI串行接口進行通信，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），具有增益設置從1x到128x。集成的PGA可隔離開關電容采樣網(wǎng)絡的信號輸入。 PGA還使IC能夠直接與高阻抗源接口，而不會影響可用的動態(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計中，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。

應變計稱重傳感器

應變計稱重傳感器由4.096 V基準電壓激勵。當應變式稱重傳感器受到作用在其上的負載變形時，稱重傳感器的電阻會發(fā)生變化，因此稱重傳感器輸出與負載成比例的電壓變化。

對于觸摸應用，設計采用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，非重復性為0.05％FS，溫度對跨度的影響為0.05％FS。根據(jù)具體應用和精度要求，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。

需要注意的一點是，請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)電壓基準激勵稱重傳感器

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

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

微處理器和LCD模塊

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

固件說明

MAXREFDES82＃固件基于中斷驅(qū)動的設計模型。上電后，微處理器配置電源域，時鐘域，LCD模塊控制器，USB堆棧，虛擬COM端口（VCP）和其他內(nèi)務處理任務。然后微處理器進入循環(huán)，掃描稱重傳感器并處理數(shù)據(jù)。結果顯示在LCD面板上。結果也可以顯示在PC GUI應用程序上。 GUI應用程序通過VCP通信與電路板通信。

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

圖3：MAXREFDES82＃固件主要功能流程圖。

GUI應用程序說明

MAXREFDES82＃板可以在沒有PC GUI應用程序的情況下單獨工作。但是，GUI應用程序可以方便地在PC屏幕上提供結果。

圖4顯示了MAXREFDES82＃GUI應用程序截圖。在將MAXREFDES82＃板連接到PC USB端口之前，用戶應安裝STMicroelectronics VCP驅(qū)動程序。有關詳細信息，請參見下面的“快速入門指南”部分。

當參考設計板接通電源并完成上電校準時，電路板處于測量狀態(tài)。運行GUI應用程序并單擊“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應用程序截圖。

快速入門指南

所需設備：

MAXREFDES82＃參考設計板

帶有備用USB端口和micro-USB電纜

按照以下步驟驗證MAXREFDES82＃的功能是否正常。

程序

< li>運行MAXREFDES82SW10.zip中包含的正確的虛擬COM端口驅(qū)動程序.exe文件。對于32位Windows機器，運行VCP_V1.3.1_Setup.exe，對于64位Windows機器，運行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)動程序安裝。

按照MAXREFDES82＃board LCD屏幕上的說明完成上電校準。

上電校準完成后，電路板處于測量狀態(tài)。

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

單擊PC GUI上的連接按鈕，PC GUI應顯示相同的信息。液晶顯示屏。

用小于570克的力測試觸摸屏。電路板可暫時超載2公斤力。

當PC GUI處于連接狀態(tài)時，請勿斷開USB電纜或按下MAXREFDES82＃板上的SW1復位開關。僅在PC GUI處于斷開連接狀態(tài)或PC GUI應用程序未運行時斷開電纜或按下SW1復位開關。

實驗室測量

< p> MAXREFDES82＃設計在典型應用案例下經(jīng)過驗證和測試。該平臺面向任何使用MAX11254 24位多通道ADC的開發(fā)人員，可在稱重和觸摸應用中捕獲高精度模擬信號。該參考設計非常靈活，可針對特定應用開發(fā)進行定制，例如，稱重應用，工業(yè)控制和自動化應用等。

圖5顯示了放置在標準配重上的標準配重的重量測量。頂板的中心。

圖5：MAXREFDES82＃板中心重量設定的全范圍重量誤差。

< p>圖6顯示了放置在頂板中心的標準重量組的相對X軸誤差。

圖6：MAXREFDES82＃板中心重量設定的全范圍X軸誤差。

圖7顯示相對Y放置在頂板中心的標準重量組的軸錯誤。

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準重量組的重量測量值。

圖8：MAXREFDES82左上象限中的權重設置的全范圍權重誤差。

圖9顯示了a的相對X軸誤差標準配重設置在頂板左上象限的中心。

圖9：MAXREFDES82＃全范圍X軸誤差對于左上象限中的重量設置。

圖10顯示了放置在頂板左上象限中心的標準重量組的相對Y軸誤差。

圖10：MAXREFDES82＃在左上象限中設置重量的全范圍Y軸誤差。