tänään, painon ja voiman tarkka mittaus Se on avainasemassa sekä teollisissa sovelluksissa että kotimaisissa ja tutkimusprojekteissa. Jos olet joskus miettinyt Mikä on venymäanturi? ja miten se täydentää HX711-moduuli Jos etsit tapaa luoda erittäin tarkkoja digitaalisia vaakoja, olet tullut oikeaan paikkaan. Tässä käymme läpi kaikki osa-alueet teoriasta käytäntöön, jotta ymmärrät jokaisen yksityiskohdan ja opit toteuttamaan oman punnitusjärjestelmäsi.
Viime aikoina käyttö on yleistynyt venymäanturit sekä moduuleja, kuten HX711 kotitekoisten vaakojen, kodin automaatiotuotteiden ja jopa koulukokeilujen luomisessa. Mikä parasta, nämä komponentit ovat edullisia, yhteensopivia alustojen, kuten Arduinon, kanssa ja mahdollistavat luotettavia mittauksia ammattitasolla Jos ne on kalibroitu oikein. Katsotaanpa askel askeleelta kaikkea perustoiminnoista integrointiin ja ohjelmointiin.
Mikä on venymäanturi ja miten se toimii?
La venymäanturi on pietsoresistiivinen anturi joka muuttaa muodonmuutoksen (joko paineen, vedon tai puristuksen aiheuttaman) sähköisen resistanssin muutokseksi, jonka avulla voimme epäsuorasti mitata pintaan kohdistuvia voimia tai painoa. Tämä ominaisuus on olennainen nykyaikaisten kuorma-anturien kuormantunnistukselle..
Perusrakenteellisessa rakenteessaan rakotulkki koostuu a:sta erittäin hieno metallinen filamentti sijoitettu liimakalvon sisään. Kun rakenne, johon se on liimattu, muuttaa muotoaan, filamentti venyy tai puristuu kokoon, jolloin sen vastus muuttuu. Tämä muutos, vaikkakin pieni, on verrannollinen käytettyyn voimaan. ja sitä voidaan analysoida sähköisesti.
Pietsoresistiivinen vaikutus Mittarin vastus kasvaa venytettäessä ja pienenee puristettaessa. Tämä mahdollistaa fyysisen ponnistelun muuntamisen tarkasti mitattavaksi sähköiseksi signaaliksi.
Näillä mittareilla on yleensä vakiovastusarvot, kuten 120 Ω, 350 Ω tai 1000 Ω, ja muodonmuutosten aiheuttamat muutokset ovat minimaalisia: esimerkiksi vain 0.12 Ω:n vaihtelu 120 Ω:n suhteen merkittävillä kuormilla. Ilman sopivaa vahvistus- ja mittausjärjestelmää näitä pieniä vaihteluita olisi kuitenkin vaikea havaita.
Kuorma-anturi: venymäantureiden käyttö
Una kuormituskenno Se on muunnin, joka käyttää venymäantureja muuntaa mekaaniset voimat sähköisiksi signaaleiksiToimintaperiaate on yksinkertainen: yksi tai useampi mittari on kiinnitetty metallirakenteeseen, joka on suunniteltu muuttamaan muotoaan ennustettavasti kuormituksen alaisena. Kun paino kohdistetaan, rakenne muuttaa muotoaan, samoin kuin mittarit, ja syntyy jännitykseen verrannollinen sähköinen signaali.
Kuorma-antureiden tyyppejä on erilaisia (hydraulinen, pneumaattinen, venymäanturi jne.), vaikka elektroniikassa ja sulautetuissa järjestelmissä venymäanturi on yleisin. Sen johdonmukainen rakenne mahdollistaa korkea tarkkuus ja vakaus.
Solut vaihtelevat kooltaan, muodoltaan, kapasiteetiltaan ja mekaaniselta järjestelyltään pienistä grammoja painavista tonneja painaviin teollisuusversioihin.
Useimpiin punnituskennoihin on asennettu sisäisesti 1, 2 tai 4 venymäanturia, jotka muodostavat Wheatstonen sillan., sähköpiiri, joka on herkkä pienille resistanssin vaihteluille.
Wheatstonen silta: Herkkyyden salaisuus
El Wheatstonen silta on neljän neliöön järjestetyn vastuksen piiri, joissa yksi tai useampi voi olla venymäanturi. Kun kuormaa ei ole, piiri on tasapainossa eikä sen lähtöjen välillä ole potentiaalieroa. Kun anturit muuttavat muotoaan, tämä tasapaino rikkoutuu. ja havaittavia jännite-eroja esiintyy jotka heijastavat käytettyä kuormitusta.
Tämä kokoonpano moninkertaistaa herkkyyden resistanssin muutoksille ja mahdollistaa pienten vaihteluiden havaitsemisen, joita olisi muuten mahdotonta havaita.
Koti- tai laboratoriovaaoissa on yleistä käyttää neljää mittaria, jotka muodostavat täydellisen Wheatstonen sillan, kuten monien kylpyhuonevaakojen ja punnitusalustojen tapauksessa. Tämä auttaa vähentämään lämpötilavirheitä ja parantamaan lineaarisuutta ja tarkkuutta.
Miksi tarvitsemme HX711-moduulin?
Vaikka Wheatstonen silta vahvistaa jännitevaihteluita, muutokset ovat äärimmäisen pieniä (mikrovolttien luokkaa). Mikrokontrollerit, kuten Arduino, tuskin havaitsevat niitä, saati sitten suorittavat tarkkoja mittauksia.
El HX711-moduuli Se on siru, joka on erityisesti suunniteltu venymäliuskalla varustettuihin punnitusjärjestelmiin, mikä mahdollistaa tarkkojen lukemien saamisen.
El HX711 se toimii kuin instrumentoinnin vahvistin y 24-bittinen analogia-digitaalimuunnin (ADC)Sen päätehtävänä on:
- Vastaanota differentiaalisignaali Wheatstonen sillalta.
- Vahvista sitä lukemisen helpottamiseksi.
- Muunna se korkearesoluutioiseksi digitaaliseksi signaaliksi jotta mikrokontrolleri voi käsitellä sen.
Lisäksi HX711:ssä on yksinkertainen digitaalinen liitäntä, jossa on vain kaksi nastaa (kello ja data), samalla tavalla kuin I2C-väylässä, mikä yksinkertaistaa yhteyksiä ja tiedonsiirtoa ohjelmiston kanssa.
HX711-moduulin ominaisuudet
El HX711 Se erottuu edukseen korkean herkkyyden ja alhaisen hinnan ansiosta. Joitakin sen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat:
- 24-bittinen tarkkuus pienimpien painonmuutosten havaitsemiseksi.
- Integroitu ja ohjelmoitava signaalinvahvistus (yleensä x128 tai x64).
- Kaksi itsenäistä analogista tulokanavaa.
- Digitaalinen liitäntä, jossa on 2 pinniä (sarjadata ja sarjakello).
- Ruokinta 2,6 V - 5,5 V, yhteensopiva Arduinon ja muiden mikrokontrollerien kanssa.
- Alhainen energiankulutus.
Moduulissa on yleensä kaksi riviä nastoja: yksi kuormitusanturiin kytkemistä varten ja yksi mikrokontrolleriin kytkemistä varten.
Nämä nastat on yleensä merkitty seuraavasti: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKTyypillisiä punnitusanturikaapeleita ovat:
- punainen: Positiivinen heräte (E+ / VCC)
- Musta: Negatiivinen heräte (E- / GND)
- valkoinen: Negatiivinen lähtö (A-)
- vihreä: Positiivinen lähtö (A+)
Liitäntätyypit ja punnitusanturivaihtoehdot
Vakiokuormitusanturin johdotus on nelijohtiminen, vaikka värit voivat vaihdella valmistajasta riippuen. Joissakin edullisissa tai kierrätetyissä versioissa on kolme johdinta, kun taas edistyneemmissä versioissa on viides keltainen tai sininen johdin suojausta tai maadoitusta varten.
Kotiprojekteissa yleisimmät kuorma-anturit ovat 5 kg tai 20 kg, vaikka teollisuuskäyttöön on olemassa jopa 50 kg:n tai sitä suurempia versioita.
Useiden kennojen, kuten kylpyhuonevaa'an, yhdistämiseksi yhdistinmoduuli tai manuaalinen kytkentä, joka vaatii sähköosaamista. On tärkeää huomata kennon nuolen suunta oikean mittauksen varmistamiseksi ja varmistaa, että keskiosa pysyy vapaana ja muodonmuutos on optimaalinen.
Digitaalisen vaa'an kokoaminen: materiaalit ja liitännät
rakentaa a digitaalinen vaaka Venymäantureiden ja HX711:n kanssa tarvitset:
- Mikrokontrolleri (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266 jne.).
- Vähintään yksi punnituskenno (1 kg, 5 kg, 20 kg… tarpeen mukaan).
- HX711-moduuli.
- Jäykkä pinta alustalle.
- Kaapelit, liittimet ja ruuvit.
Voit halutessasi lisätä:
- LCD-näyttö tai näyttö painon näyttämiseksi.
- Painikkeet taarausta ja tilaa varten.
- Rakenteen tuet tai levyt.
- Yhteyskomponentit, kuten WiFi tai Bluetooth ESP8266/ESP32:n kanssa.
Yhteydet ovat yksinkertaiset:
- Kytke kennojohdot HX711-nastoihin: punainen E+ -liittimeen, musta E- -liittimeen, valkoinen A- -liittimeen ja vihreä A+ -liittimeen.
- HX711:n VCC ja GND mikrokontrollerin 5V:iin ja GND:hen.
- HX711:n DT ja SCK digitaalinastoihin (esimerkit 3 ja 2).
- Asenna kenno rakenteeseen varmistaen, että vain keskialue jää vapaaksi oikeaa mittausta varten.
Ohjelmointi Arduinolla ja vaa'an kalibrointi
Tietojen lukemiseksi Bogden kirjakauppa HX711, saatavilla Arduino IDE -kirjastonhallinnassa. Joitakin keskeisiä ominaisuuksia ovat:
- aloita(pinData, pinClock): käynnistä moduuli.
- tehtävä(t): asettaa taaraustoiminnossa nollapainon.
- set_scale(skaala): määrittää kertoimen, joka muuntaa lukemat painoyksiköiksi.
- lue() / lue_keskiarvo(n): saat raaka- tai keskiarvolukemia.
- hae_arvo(n): palauttaa lukeman ilman taarapainoa.
- hae_yksiköt(n): tarjoaa vaa'alla ja taaralla säädetyn painon.
Kalibrointi koostuu tunnetun painon asettamisesta, lukeman ottamisesta ja skaalauskertoimen laskemisesta: vaaka = lukema / todellinen painoSe lisätään sitten koodiin tulevien lukemien säätämistä varten.
On suositeltavaa tehdä useita mittauksia ja säätää skaalauskerrointa sarjamonitorissa tarkkojen ja vakaiden tulosten saamiseksi.
Esimerkkiohjelmia digitaaliselle vaa'alle HX711:n ja Arduinon avulla
Yksinkertainen esimerkki painon näyttämisestä sarjaportin näytöllä olisi:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Korvaa omalla arvolla 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("Nykyinen paino: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
Järjestelmää voidaan parantaa lisäämällä LCD-näyttö, painikkeita tai tallentamalla vaaka EEPROM-muistiin nopeaa ja tarkkaa kalibrointia varten, mikä tekee käyttökokemuksesta ammattimaisemman.
Mahdollisia ongelmia ja käytännön neuvoja
1. Johtojen värien vaihtelut: Tarkista liitännät datalehden avulla tai mittaamalla resistanssit. Yleensä korkeimman resistanssin omaava pari vastaa herätettä (+/-).
2. Epäjohdonmukaiset tulkinnat: Vaihda A+ ja A- lähtöjohtimet, jos mittaukset näyttävät olevan väärinpäin tai epäsäännöllisiä.
3. Mekaaninen stabiilius: Varmista, että kiinnität kennon oikein ja että vain rakenteen keskiosa kannattaa painoa virheiden välttämiseksi.
4. Melu ja häiriöt: Käytä lyhyitä, suojattuja kaapeleita, jos mahdollista, ja siirrä järjestelmä pois sähköhäiriöiden lähteistä.
5. Lämpötilan vaihtelut: Mittarit ovat herkkiä lämpötilan muutoksille; jos mahdollista, suorita kalibroinnit vakaissa olosuhteissa tai käytä kyvettejä, joissa on neljä mittaria.
Järjestelmän laajentaminen ja mahdolliset sovellukset
Käyttöjärjestelmäsi avulla voit lisätä ominaisuuksia:
- Näytä paino LCD-näytöllä.
- Aseta painorajoituksia koskevia hälytyksiä.
- Yhdistä se pilveen ESP8266/ESP32:n kautta etävalvontaa varten.
- Käytä sitä kokeissa, ainesosien mittauksessa, automaatiossa, kodin automaatiossa jne.
HX711-integraatio helpottaa koulutusprojekteja, varastonhallintaa, kaupallisia vaakoja, kaasupullojen hallintaa ja monia muita luovia ideoita.
