Sa kasalukuyan, ang tumpak na pagsukat ng timbang at lakas Ito ay susi sa parehong mga pang-industriya na aplikasyon at mga proyekto sa domestic at pananaliksik. Kung nagtaka ka Ano ang strain gauge sensor? at kung paano nito pinupunan ang HX711 module Kung naghahanap ka ng paraan para gumawa ng mga high-precision na digital na kaliskis, napunta ka sa tamang lugar. Dito, sisirain namin ang bawat aspeto, mula sa teorya hanggang sa pagsasanay, para maunawaan mo ang bawat detalye at matutunan kung paano ipatupad ang sarili mong sistema ng pagtimbang.
Sa kamakailang mga panahon ang paggamit ng ay naging popular strain gauge kasama ng mga modyul tulad ng HX711 sa paglikha ng mga lutong bahay na kaliskis, mga produkto ng home automation, at kahit na mga eksperimento sa paaralan. Pinakamaganda sa lahat, ang mga bahaging ito ay abot-kaya, tugma sa mga platform tulad ng Arduino, at pinapayagan para sa maaasahang mga sukat sa isang propesyonal na antas Kung na-calibrate sila nang tama. Tingnan natin ang bawat hakbang, mula sa pangunahing operasyon hanggang sa pagsasama at programming.
Ano ang strain gauge at paano ito gumagana?
La strain gauge ay isang piezoresistive sensor na nagbabago ng deformation (sa pamamagitan man ng pressure, traction o compression) sa isang variation sa electrical resistance, na nagbibigay-daan sa atin na hindi direktang masukat ang mga puwersa o bigat na inilapat sa isang ibabaw. Ang pag-aari na ito ay mahalaga para sa sensing ng load sa mga modernong load cell..
Sa pinakapangunahing disenyo nito, ang isang feeler gauge ay binubuo ng a napaka pinong metal na filament inilagay sa loob ng isang malagkit na pelikula. Kapag ang istraktura kung saan ito ay nakadikit ay deformed, ang filament ay umaabot o nag-compress, binabago ang paglaban nito. Ang pagbabagong ito, bagama't maliit, ay proporsyonal sa puwersang ginawa. at maaaring pag-aralan nang elektrikal.
Ang epekto ng piezoresistive Ang resistensya ng gauge ay tumataas kapag naunat, at bumababa kapag naka-compress. Nagbibigay-daan ito sa pisikal na pagsisikap na mabago sa isang tiyak na nasusukat na signal ng kuryente.
Ang mga gauge na ito ay karaniwang may karaniwang mga halaga ng pagtutol gaya ng 120Ω, 350Ω o 1000Ω, at ang mga pagbabagong dulot ng mga deformation ay minimal: halimbawa, isang variation na 0.12 Ω lang sa 120 Ω para sa mga makabuluhang load. Gayunpaman, kung walang angkop na sistema ng amplification at pagsukat, ang maliliit na variation na ito ay magiging mahirap na matukoy.
Load cell: ang paggamit ng mga strain gauge
isang load cell Ito ay isang transduser na gumagamit ng mga strain gauge upang i-convert ang mga puwersang mekanikal sa mga senyales ng kuryenteAng prinsipyo ng pagpapatakbo ay simple: isa o higit pang mga gauge ay nakakabit sa isang metal na istraktura na idinisenyo upang mahuhulaan ang deform sa ilalim ng pagkarga. Kapag ang bigat ay inilapat, ang istraktura ay nag-deform, tulad ng mga gauge, at isang electrical signal na proporsyonal sa stress ay nabuo.
Mayroong iba't ibang uri ng mga load cell (hydraulic, pneumatic, strain gauge, atbp.), bagaman sa electronics at embedded system ang pinakakaraniwan ay ang strain gauge. Ang pare-parehong disenyo nito ay nagbibigay-daan para sa isang mataas na katumpakan at katatagan.
Ang mga cell ay nag-iiba sa laki, hugis, kapasidad, at mekanikal na pag-aayos, mula sa maliliit na tumitimbang ng gramo hanggang sa mga pang-industriyang bersyon na tumitimbang ng tonelada.
Sa panloob, karamihan sa mga load cell ay naglalagay ng 1, 2 o 4 na strain gauge na bumubuo ng isang Wheatstone bridge., isang de-koryenteng circuit na sensitibo sa maliliit na pagkakaiba-iba sa paglaban.
Wheatstone Bridge: Ang Lihim ng Sensitivity
El Wheatstone Bridge ay isang circuit ng apat na resistors na nakaayos sa isang parisukat, kung saan ang isa o higit pa ay maaaring mga strain gauge. Kapag walang load, ang circuit ay nasa equilibrium at walang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga output nito. Kapag ang mga gauge ay na-deform, ang equilibrium na ito ay nasira. at lumilitaw ang mga nakikitang pagkakaiba sa boltahe na sumasalamin sa inilapat na pagkarga.
Ang pagsasaayos na ito nagpaparami ng sensitivity sa mga pagbabago sa paglaban at nagbibigay-daan sa pagtuklas ng maliliit na variation, na magiging imposibleng makuha kung hindi man.
Sa mga timbangan sa bahay o laboratoryo, karaniwan nang gumamit ng apat na panukat na bumubuo ng isang kumpletong tulay ng Wheatstone, gaya ng kaso sa maraming kaliskis sa banyo at mga platform ng pagtimbang. Nakakatulong ito na mabawasan ang mga error sa temperatura at mapabuti ang linearity at katumpakan.
Bakit kailangan natin ng HX711 module?
Bagama't ang Wheatstone bridge ay nagpapalaki ng mga pagkakaiba-iba ng boltahe, ang mga pagbabago ay napakaliit (sa pagkakasunud-sunod ng microvolts). Ang mga microcontroller tulad ng Arduino ay halos hindi matukoy ang mga ito, pabayaan mag-isa gumawa ng tumpak na mga sukat.
El HX711 module Ito ay isang chip na partikular na idinisenyo para sa mga sistema ng pagtimbang na may mga strain gauge load cell, na nagpapadali sa mga tumpak na pagbabasa.
El HX711 gumagana tulad ng amplifier ng instrumento y 24-bit na analog-to-digital converter (ADC)Ang pangunahing tungkulin nito ay:
- Tanggapin ang differential signal mula sa Wheatstone bridge.
- Palakasin ito para madaling basahin.
- Ibahin ito sa isang high-resolution na digital na signal para maproseso ito ng microcontroller.
Bilang karagdagan, ang HX711 ay nagtatampok ng isang simpleng digital na interface na may 2 pin lamang (Orasan at Data), katulad ng I2C bus, na pinapasimple ang koneksyon at komunikasyon sa software.
Mga tampok ng HX711 module
El HX711 Namumukod-tangi ito sa mataas na sensitivity at mababang gastos. Ang ilan sa mga pangunahing tampok nito ay:
- 24-bit na katumpakan upang makita ang kaunting pagbabago sa timbang.
- Pinagsama at programmable signal amplification (karaniwan ay x128 o x64).
- Dalawang independiyenteng analog input channel.
- Digital na interface na may 2 pin (Serial Data at Serial Clock).
- Pagpapakain ng 2,6V hanggang 5,5V, tugma sa Arduino at iba pang microcontroller.
- Mababang pagkonsumo ng enerhiya.
Ang module ay karaniwang may dalawang row ng mga pin: isa para kumonekta sa load cell at isa para sa microcontroller.
Ang mga pin na ito ay karaniwang may label na: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKAng mga karaniwang load cell cable ay:
- Pula: Positibong paggulo (E+ / VCC)
- Black: Negatibong paggulo (E- / GND)
- Puti: Negatibong output (A-)
- Green: Positibong output (A+)
Mga uri ng koneksyon at mga variant ng load cell
Ang karaniwang mga kable ng load cell ay apat na wire, bagaman maaaring mag-iba ang mga kulay depende sa tagagawa. May tatlong wire ang ilang mura o recycled na bersyon, habang ang mga mas advanced ay may kasamang ikalimang dilaw o asul na wire para sa shielding o grounding.
Sa mga proyekto sa bahay, ang pinakakaraniwang load cell ay 5 kg o 20 kg, bagama't may mga bersyon na hanggang 50 kg o higit pa para sa mga pang-industriyang aplikasyon.
Upang ikonekta ang ilang mga cell, tulad ng sa mga kaliskis sa banyo, a pinagsamang module o manu-manong koneksyon, na nangangailangan ng kaalaman sa kuryente. Mahalagang tandaan ang direksyon ng arrow sa cell para sa tamang pagsukat, na tinitiyak na ang gitnang bahagi ay nananatiling libre at ang deformation ay pinakamainam.
Pagtitipon ng isang digital na sukat: mga materyales at koneksyon
upang bumuo ng isang digital scale Sa mga strain gauge at HX711, kakailanganin mo:
- Isang microcontroller (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266, atbp.).
- Hindi bababa sa isang load cell (1kg, 5kg, 20kg... kung kinakailangan).
- Isang HX711 module.
- Isang matibay na ibabaw para sa platform.
- Mga cable, connector at turnilyo.
Opsyonal, maaari kang magdagdag ng:
- LCD screen o display para ipakita ang bigat.
- Mga pindutan para sa tare at mode.
- Mga suporta o mga plato para sa istraktura.
- Mga bahagi ng pagkakakonekta gaya ng WiFi o Bluetooth na may ESP8266/ESP32.
Ang mga koneksyon ay simple:
- Ikonekta ang mga cell wire sa HX711 pin: Pula sa E+, Itim sa E-, Puti sa A-, Berde sa A+.
- VCC at GND ng HX711 hanggang sa 5V at GND ng microcontroller.
- DT at SCK ng HX711 sa mga digital na pin (halimbawa 3 at 2).
- I-mount ang cell sa istraktura, tinitiyak na ang gitnang bahagi lamang ang nananatiling libre para sa tamang pagsukat.
Pagprograma gamit ang Arduino at pag-calibrate ng sukat
Upang basahin ang data, ang Bogde's HX711 bookstore, magagamit sa Arduino IDE Library Manager. Ang ilang mga pangunahing tampok ay kinabibilangan ng:
- magsimula(pinData, pinClock): simulan ang modyul.
- (mga) gawain: nagtatakda ng zero weight sa tare function.
- set_scale(scale): tumutukoy sa kadahilanan na nagko-convert ng mga pagbabasa sa mga yunit ng timbang.
- read() / read_average(n): makakuha ng hilaw o average na pagbabasa.
- get_value(n): ibinabalik ang pagbabasa nang walang tare weight.
- get_units(n): nag-aalok ng timbang na nababagay sa sukat at tare.
Ang pagkakalibrate ay binubuo ng paglalagay ng kilalang timbang, pagkuha ng pagbabasa, at pagkalkula ng scale factor: sukat = pagbabasa / aktwal na timbang. Pagkatapos ay ipinakilala ito sa code upang ayusin para sa mga pagbabasa sa hinaharap.
Inirerekomenda na magsagawa ng maraming sukat at ayusin ang scale factor sa serial monitor upang makakuha ng tumpak at matatag na mga resulta.
Mga sample na programa para sa digital scale na may HX711 at Arduino
Ang isang simpleng halimbawa na nagpapakita ng timbang sa serial monitor ay:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Palitan ng sarili mong value byte pinData = 3; byte pinClk = 2; balanse ng HX711; void setup() { Serial.begin(9600); balance.begin(pinData, pinClk); balance.set_scale(CALIBRATION); balanse.tare(); } void loop() { Serial.print("Kasalukuyang timbang: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println("kg"); pagkaantala(500); }
Maaaring pahusayin ang system sa pamamagitan ng pagdaragdag ng LCD display, mga pindutan, o pag-iimbak ng sukat sa EEPROM para sa mabilis at tumpak na mga pag-calibrate, na nakakamit ng mas propesyonal na karanasan.
Mga posibleng problema at praktikal na payo
1. Mga pagkakaiba-iba sa mga kulay ng wire: Suriin ang mga koneksyon gamit ang datasheet o sa pamamagitan ng pagsukat ng mga resistensya. Sa pangkalahatan, ang pares na may pinakamataas na pagtutol ay tumutugma sa paggulo (+/-).
2. Mga hindi magkakaugnay na pagbabasa: Palitan ang A+ at A- output lead kung ang mga sukat ay lumilitaw na baligtad o mali-mali.
3. Katatagan ng mekanikal: Tiyaking sinigurado mo nang tama ang cell at ang gitnang bahagi lamang ng istraktura ang sumusuporta sa timbang upang maiwasan ang mga error.
4. Ingay at panghihimasok: Gumamit ng maikli at may kalasag na mga kable kung maaari, at ilayo ang system sa mga pinagmumulan ng ingay ng kuryente.
5. Mga pagkakaiba-iba ng temperatura: Ang mga gauge ay sensitibo sa mga pagbabago sa thermal; kung maaari, magsagawa ng mga pagkakalibrate sa ilalim ng matatag na kondisyon o gumamit ng mga cell na may 4 na gauge.
Pagpapalawak at posibleng mga aplikasyon ng system
Sa iyong operating system, maaari kang magdagdag ng mga feature:
- Ipakita ang timbang sa isang LCD screen.
- Magtakda ng mga alerto para sa mga limitasyon sa timbang.
- Ikonekta ito sa cloud sa pamamagitan ng ESP8266/ESP32 para sa malayuang pagsubaybay.
- Gamitin ito sa mga eksperimento, pagsukat ng sangkap, automation, home automation, atbp.
Ang pagsasama-sama ng HX711 ay nagpapadali sa mga proyektong pang-edukasyon, kontrol sa imbentaryo, komersyal na timbangan, kontrol ng silindro ng gas, at marami pang malikhaing ideya.
