por xultz » 09 Jan 2010 11:55
Cristian, vou te dar umas dicas, porque já fiz algumas balanças na vida e sei o sofrimento que é.
Primeiro: fazer balança é muito mais difícil do que parece. Sério. O buraco sempre é mais embaixo. Se a balança precisar de certificação no Inmetro, isso quer dizer que ela vai passar por ensaios de laboratório de estabilidade térmica, e pelo maldito ensaio de compatibilidade eletromagnético. É aí que o pesadelo começa.
Por isso, o projeto de uma balança deve ser muito, muito cauteloso. E se é tua primeira balança, ouça o conselho de quem já passou por isso.
A literatura mais F*** a respeito do assunto, que eu conheço, se chama Analog-Digital Conversion, publicado pela Analog Devices. Eu tenho o livro impresso, ganhei num seminário da Analog que um cara parecido com o papai noel e com mais de 30 anos de experiência no assunto deu. Procura por esse material no site da Analog, se eles não tiverem pdf solicita uma cópia ao distribuidor, mas é uma literatura muito boa e que me ajudou em vários momentos.
A primeira coisa que você precisa pensar é na resolução da tua balança. Teu cliente quer 5kg de fundo de escala, de grama em grama, isso quer dizer 5.000 divisões. O problema é que a célula de carga não pode ser de 5kg, porque se o cliente colocar uma melancia de 6kg em cima da célula, ela empena e não pesará direito nunca mais. Portanto, você vai ter que colocar uma célula mais tolerante, tipo 10kg. Só que dessa forma, metade da excursão de sinal da célula vai pro saco, ela aceita 10kg mais você vai colocar no máximo 5kg nela. Isso quer dizer, por exemplo, que se a célula é de 10mV/V, se alimentar com 5V ela gera 50mV no fundo de escala. Mas se ela for de 10kg, com 5kg vai gerar no máximo 25mV. O que quer dizer que precisa amplificar o sinal.
Aí você tem dua opções: a primeira é colocar na entrada um amplificador de instrumentação, a famosa linha INA da Burr Brown (que hoje pertence à Texas). Esses amplificadores são um xuxuzinho: pequenos e simples de usarem, basta um resistor prá determinar o ganho, ou melhor ainda, com ganho fixo. Se você puser um amplificador de ganho 100, na saída terá 2,5V para uma entrada de 25mV. Aqui vem uma dica que só se aprende se lascando com a balança: resistor varia o valor com temperatura. Tá, todo mundo sabe disso mas sempre se esquece, ou ignora, na hora do projeto. Só que uma variação de 0,1% num resistor que determina o ganho do amplificador de entrada pode avacalhar com a precisão da balança. Amplificador com ganho fixo são mais estáveis porque tem compesação de temperatura.
Depois de amplificar, tem que passar por um conversor AD.
Outra opção é usar um conversor AD com amplificador interno. O mais xuxu que já trabalhei é o AD7730, mas é uma facada. Tem uma versão mais em conta, que é o AD7718. Fora estes, a Cirrus tem uma linha muito usada por balanças, a Texas tem boas opções também. Porém acredite: o coração da balança (ou seja, a precisão e repetibilidade dela) está na célula de carga e no AD. Se tiver esta opção, não economize muito nestes dois itens e você será uma pessoa feliz.
Tá, e quantos bits deve ter o AD? Olha só, você precisa de 5000 divisões. Se tua célula de carga trabalhar na metade da capacidade no fundo de escala (por exemplo, a célula de 10kg que vai trabalhar no máximo com 5kg), é bom dobrar o número de divisões (isso é uma típica regra de polegar, ou rule of thumb, e não tenho embasamento teórico prá isso), então você precisa de 10.000 divisões. Só aí você já vai precisar de pelo menos 14 bits. Porém, tudo em volta tem ruído. E os últimos bits do AD fatalmente vai ter ruído. O ideal é ter bit prá jogar fora. Pelo menos uns 2. Assim, é mais confortável trabalhar com pelo menos 16 bits. 65.000 divisões, é bem mais confortável.
Esta é a primeira etapa da balança.
A segunda, que parece bobagem, é a fonte. A fonte é muito, muito importante, porque é dela que todas as referências são derivadas. Uma regra boa de se seguir é nunca jamais usar fonte chaveada em balança. Tem gente que consegue, mas é um pesadelo. A fotne chaveada tem ruídos sob forma de energia que a humanidade sequer conhece ainda (minha teoria), porque o treco é sinistro. Se possível, faça uma fonte com transformador, retificador, um baita capacitor e regulador série. É tosco, mas é confiável.
O roteamento é outro capítulo na novela, mas não falar do assunto agora, mas é muito importante cuidar dele, já tive comportamentos incrivelmente diferentes de um mesmo circuito para dois roteamentos de uma balança.
Por último, escolha o microcontrolador, o display e o teclado.
No firmware, existem milhares de macetes prá melhorar a balança, como implementar filtros de software, auto-zeramento da balança quando está ociosa, pré aquecimento da célula, threshold para indicar mudança no display, entre muitos outros. Mas isso também é assunto para mais prá frente.
De resto, boa sorte prá você.
98% das vezes estou certo, e não estou nem aí pros outros 3%.