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。從移動設(shè)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(shù)，設(shè)計和簡潔。 Maxim MAXREFDES82＃就是這樣一個優(yōu)雅的概念。

該參考設(shè)計是一種工業(yè)智能力傳感器。該設(shè)計測量質(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)人機界面（HMI）的需求。

參考設(shè)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(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(biāo)。

MAXREFDES82＃參考設(shè)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(shè)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(shè)備。該設(shè)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(yīng)用的設(shè)計。該板采用緊湊的外形設(shè)計，可快速評估或安裝。

圖1：MAXREFDES82＃參考設(shè)計框圖。

硬件詳細(xì)說明

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

圖2：MAXREFDES82＃參考設(shè)計裝配視圖。

觸摸力時或者重量接觸頂板表面，四個應(yīng)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(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，可實現(xiàn)卓越的性能，同時功耗極低。采樣率高達(dá)64 ksps，可實現(xiàn)精確的直流測量。 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(shè)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(yīng)變計稱重傳感器

應(yīng)變計稱重傳感器由4.096 V基準(zhǔn)電壓激勵。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，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(fù)載成比例的電壓變化。

對于觸摸應(yīng)用，設(shè)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(fù)性為0.05％FS，溫度對跨度的影響為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(zhǔn)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(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(shè)計中，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稱重傳感器構(gòu)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(shè)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(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)動程序。有關(guān)詳細(xì)信息，請參見下面的“快速入門指南”部分。

當(dāng)參考設(shè)計板接通電源并完成上電校準(zhǔn)時，電路板處于測量狀態(tài)。運行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(zhǔn)。

上電校準(zhǔn)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(yīng)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(dāng)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(fù)位開關(guān)。僅在PC GUI處于斷開連接狀態(tài)或PC GUI應(yīng)用程序未運行時斷開電纜或按下SW1復(fù)位開關(guān)。

實驗室測量

< p> MAXREFDES82＃設(shè)計在典型應(yīng)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(yīng)用中捕獲高精度模擬信號。該參考設(shè)計非常靈活，可針對特定應(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Y放置在頂板中心的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)重量組的重量測量值。

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。