I dag, præcis måling af vægt og styrke Det er nøglen i både industrielle anvendelser og i private hjem og forskningsprojekter. Hvis du nogensinde har spekuleret over det. Hvad er en belastningsmåler? og hvordan det supplerer HX711-modul Hvis du leder efter en måde at lave højpræcisions digitale vægte på, er du kommet til det rette sted. Her gennemgår vi alle aspekter, fra teori til praksis, så du forstår alle detaljer og lærer, hvordan du implementerer dit eget vejesystem.
I den seneste tid er brugen af ​​blevet populær strain gauges sammen med moduler som f.eks. HX711 i fremstillingen af ​​hjemmelavede vægte, produkter til hjemmeautomation og endda skoleeksperimenter. Bedst af alt er disse komponenter overkommelige i pris, kompatible med platforme som Arduino og muliggør pålidelige målinger på et professionelt niveau Hvis de er kalibreret korrekt. Lad os se trin for trin på alt, fra grundlæggende betjening til integration og programmering.
Hvad er en strain gauge, og hvordan fungerer den?
La strain gauge er en piezoresistiv sensor som omdanner en deformation (uanset om det er ved tryk, træk eller kompression) til en variation i elektrisk modstand, hvilket giver os mulighed for indirekte at måle kræfter eller vægt, der påføres en overflade. Denne egenskab er fundamental for belastningsregistrering i moderne vejeceller..
I sit mest grundlæggende design består en søgermåler af en meget fint metallisk filament placeret inde i en klæbende film. Når den struktur, som den er limet til, deformeres, strækkes eller komprimeres filamentet, hvilket ændrer dets modstand. Denne ændring, omend lille, er proportional med den udøvede kraft. og kan analyseres elektrisk.
Den piezoresistive effekt Målerens modstand øges, når den strækkes, og falder, når den komprimeres. Dette gør det muligt at omdanne fysisk anstrengelse til et præcist målbart elektrisk signal.
Disse målere har normalt standardmodstandsværdier såsom 120Ω, 350Ω eller 1000Ω, og ændringerne forårsaget af deformationer er minimale: for eksempel en variation på blot 0.12 Ω over 120 Ω for betydelige belastninger. Uden et passende forstærknings- og målesystem ville disse små variationer dog være vanskelige at detektere.
Vejecelle: anvendelsen af ​​strain gauges
en vejecelle Det er en transducer, der bruger strain gauges til at omdanner mekaniske kræfter til elektriske signalerFunktionsprincippet er simpelt: en eller flere målere er fastgjort til en metalstruktur, der er designet til at deformeres forudsigeligt under belastning. Når der påføres vægt, deformeres strukturen, ligesom målerne, og der genereres et elektrisk signal, der er proportionalt med belastningen.
Der findes forskellige typer vejeceller (hydraulisk, pneumatisk, strain gauge osv.), selvom den mest almindelige i elektronik og indlejrede systemer er strain gaugen. Dens ensartede design muliggør en høj præcision og stabilitet.
Celler varierer i størrelse, form, kapacitet og mekanisk arrangement, fra små, der vejer gram, til industrielle versioner, der vejer tons.
Internt monterer de fleste vejeceller 1, 2 eller 4 strain gauges, der danner en Wheatstone-bro., et elektrisk kredsløb, der er følsomt over for små variationer i modstand.
Wheatstone Bridge: Hemmeligheden bag følsomhed
El Wheatstone-broen er en kredsløb af fire modstande arrangeret i en firkant, hvor en eller flere kan være tøjningsmålere. Når der ikke er nogen belastning, er kredsløbet i ligevægt, og der er ingen spændingsforskel mellem dets udgange. Når målerne deformeres, brydes denne ligevægt. og der opstår mærkbare spændingsforskelle som afspejler den påførte belastning.
Denne konfiguration multiplicerer følsomheden over for ændringer i modstand og muliggør detektion af små variationer, som ellers ville være umulige at registrere.
I hjemme- eller laboratorievægte er det almindeligt at bruge fire målere, der danner en komplet Wheatstone-bro, som det er tilfældet med mange badevægte og vejeplatforme. Dette hjælper med at reducere temperaturfejl og forbedre linearitet og nøjagtighed.
Hvorfor har vi brug for HX711-modulet?
Selvom Wheatstone-broen forstærker spændingsvariationer, ændringerne er ekstremt små (i størrelsesordenen mikrovolt). Mikrocontrollere som Arduino kan knap nok registrere dem, endsige foretage præcise målinger.
El HX711-modul Det er en chip, der er specielt designet til vejesystemer med strain gauge-vejeceller, hvilket muliggør nøjagtige aflæsninger.
El HX711 det fungerer som instrumentationsforstærker y 24-bit analog-til-digital-konverter (ADC)Dens hovedfunktion er at:
- Modtag differentialsignalet fra Wheatstone-broen.
- Forstærk det for nem læsning.
- Omdan det til et digitalt signal i høj opløsning så mikrocontrolleren kan behandle det.
Derudover har HX711 en simpel digital grænseflade med kun 2 ben (ur og data), svarende til I2C-bussen, hvilket forenkler tilslutning og kommunikation med software.
Funktioner i HX711-modulet
El HX711 Den skiller sig ud ved sin høje følsomhed og lave pris. Nogle af dens vigtigste funktioner er:
- 24-bit præcision at detektere minimale vægtændringer.
- Integreret og programmerbar signalforstærkning (normalt x128 eller x64).
- To uafhængige analoge indgangskanaler.
- Digitalt interface med 2 ben (serielle data og serielt ur).
- Fodring 2,6V til 5,5V, kompatibel med Arduino og andre mikrocontrollere.
- Lavt energiforbrug.
Modulet leveres normalt med to rækker ben: en til at forbinde til vejecellen og en til mikrocontrolleren.
Disse stifter er normalt mærket som: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKTypiske vejecellekabler er:
- Rød: Positiv excitation (E+ / VCC)
- Sort: Negativ excitation (E- / GND)
- hvid: Negativ udgang (A-)
- grøn: Positiv udgang (A+)
Forbindelsestyper og vejecellevarianter
Standardledningsføring til vejeceller er firetråds, selvom farverne kan variere afhængigt af producenten. Nogle billige eller genbrugte versioner har tre ledninger, mens mere avancerede versioner inkluderer en femte gul eller blå ledning til afskærmning eller jordforbindelse.
I hjemmeprojekter er de mest almindelige vejeceller 5 kg eller 20 kg, selvom der findes versioner pĂĄ op til 50 kg eller mere til industrielle anvendelser.
For at forbinde flere celler, f.eks. i en badevægt, en kombineringsmodul eller manuel tilslutning, hvilket kræver elektrisk viden. Det er vigtigt at være opmærksom på pilens retning på cellen for korrekt måling, så den centrale del forbliver fri, og deformationen er optimal.
Samling af en digital vægt: materialer og forbindelser
at bygge en digital vægt Med strain gauges og HX711 skal du bruge:
- En mikrocontroller (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266 osv.).
- Mindst én vejecelle (1 kg, 5 kg, 20 kg… efter behov).
- Et HX711-modul.
- En stiv overflade til platformen.
- Kabler, stik og skruer.
Du kan eventuelt tilføje:
- LCD-skærm eller display til at vise vægten.
- Knapper til tara og tilstand.
- Støtter eller plader til strukturen.
- Forbindelseskomponenter sĂĄsom WiFi eller Bluetooth med ESP8266/ESP32.
Forbindelserne er enkle:
- Tilslut celleledningerne til HX711-benene: Rød til E+, sort til E-, hvid til A-, grøn til A+.
- VCC og GND pĂĄ HX711 til 5V og GND pĂĄ mikrocontrolleren.
- DT og SCK af HX711 til digitale ben (eksempel 3 og 2).
- Monter cellen på strukturen, og sørg for, at kun det centrale område er frit til korrekt måling.
Programmering med Arduino og kalibrering af vægten
For at læse dataene, skal Bogdes HX711 boghandel, tilgængelig i Arduino IDE Library Manager. Nogle nøglefunktioner inkluderer:
- start(pinData, pinClock): starte modulet.
- opgave(r): nulstiller vægten i tarafunktionen.
- sæt_skala(skala): definerer den faktor, der konverterer aflæsninger til vægtenheder.
- læs() / læs_gennemsnit(n): få rå eller gennemsnitlige aflæsninger.
- hent_værdi(n): returnerer aflæsningen uden taravægt.
- hent_enheder(n): tilbyder vægten justeret med vægten og taraen.
Kalibrering består af at placere en kendt vægt, foretage aflæsningen og beregne skalafaktoren: skala = aflæsning / faktisk vægtDen indføres derefter i koden for at justere til fremtidige aflæsninger.
Det anbefales at foretage flere målinger og justere skalafaktoren på den serielle skærm for at opnå nøjagtige og stabile resultater.
Eksempelprogrammer til digital vægt med HX711 og Arduino
Et simpelt eksempel, der viser vægten på en seriel skærm, ville være:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Erstat med din egen værdi byte pinData = 3; byte pinClk = 2; HX711 balance; void setup() { Serial.begin(9600); balance.begin(pinData, pinClk); balance.set_scale(CALIBRATION); balance.tare(); } void loop() { Serial.print("Aktuel vægt: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
Systemet kan forbedres ved at tilføje et LCD-display, knapper eller gemme vægten i EEPROM for hurtig og præcis kalibrering, hvilket giver en mere professionel oplevelse.
Mulige problemer og praktiske rĂĄd
1. Variationer i ledningsfarver: Kontroller forbindelserne ved hjælp af databladet eller ved at måle modstande. Generelt svarer parret med den højeste modstand til excitationen (+/-).
2. Usammenhængende aflæsninger: Byt om på A+ og A- udgangsledningerne, hvis målingerne ser ud til at være omvendte eller uregelmæssige.
3. Mekanisk stabilitet: Sørg for at fastgøre cellen korrekt, og at kun den centrale del af strukturen bærer vægt for at undgå fejl.
4. Støj og interferens: Brug korte, afskærmede kabler, hvis det er muligt, og flyt systemet væk fra kilder til elektrisk støj.
5. Temperaturvariationer: Målere er følsomme over for termiske ændringer; udfør om muligt kalibreringer under stabile forhold, eller brug celler med 4 målere.
Udvidelse og mulige anvendelser af systemet
Med dit operativsystem kan du tilføje funktioner:
- Vis vægt på en LCD-skærm.
- Indstil alarmer for vægtgrænser.
- Tilslut den til skyen via ESP8266/ESP32 for fjernovervĂĄgning.
- Brug det i eksperimenter, ingrediensmĂĄling, automatisering, hjemmeautomation osv.
HX711-integrationen muliggør uddannelsesprojekter, lagerstyring, kommercielle vægte, gasflaskestyring og mange flere kreative ideer.
