Danes, natančno merjenje teže in moči Ključnega pomena je tako v industrijskih aplikacijah kot tudi v domačih in raziskovalnih projektih. Če ste se kdaj vprašali Kaj je senzor z merilnikom deformacij? in kako dopolnjuje Modul HX711 Če iščete način za izdelavo visoko natančnih digitalnih tehtnic, ste prišli na pravo mesto. Tukaj bomo razčlenili vse vidike, od teorije do prakse, da boste razumeli vsako podrobnost in se naučili, kako implementirati svoj sistem tehtanja.
V zadnjem času je postala priljubljena uporaba merilniki napetosti skupaj z moduli, kot so HX711 pri ustvarjanju domačih tehtnic, izdelkov za avtomatizacijo doma in celo šolskih poskusov. Najboljše od vsega pa je, da so te komponente cenovno dostopne, združljive s platformami, kot je Arduino, in omogočajo zanesljive meritve na profesionalni ravni Če so pravilno kalibrirani. Oglejmo si vse korak za korakom, od osnovnega delovanja do integracije in programiranja.
Kaj je merilnik napetosti in kako deluje?
La merilnik napetosti je piezorezistivni senzor ki pretvori deformacijo (bodisi s pritiskom, vleko ali stiskanjem) v spremembo električnega upora, kar nam omogoča posredno merjenje sil ali teže, ki delujejo na površino. Ta lastnost je bistvena za zaznavanje obremenitve v sodobnih tehtalnih celicah..
V svoji najosnovnejši zasnovi je merilnik tipal sestavljen iz zelo fina kovinska filamenta nameščen znotraj lepilne folije. Ko se struktura, na katero je prilepljen, deformira, se filament raztegne ali stisne, s čimer se spremeni njegova upornost. Ta sprememba, čeprav majhna, je sorazmerna z delujočo silo. in jih je mogoče električno analizirati.
Piezorezistivni učinek Upor merilnika se poveča pri raztezanju in zmanjša pri stiskanju. To omogoča pretvorbo fizičnega napora v natančno merljiv električni signal.
Ti merilniki imajo običajno standardne vrednosti upornosti, kot so 120Ω, 350Ω ali 1000Ω, spremembe, ki jih povzročajo deformacije, pa so minimalne: na primer, odstopanje le 0.12 Ω nad 120 Ω pri znatnih obremenitvah. Vendar pa bi bilo brez ustreznega sistema za ojačanje in merjenje te majhne spremembe težko zaznati.
Tehtalna celica: uporaba merilnikov deformacij
A merilna celica Gre za pretvornik, ki uporablja merilnike napetosti za pretvorijo mehanske sile v električne signaleNačelo delovanja je preprosto: eden ali več merilnikov je pritrjenih na kovinsko konstrukcijo, ki je zasnovana tako, da se pod obremenitvijo predvidljivo deformira. Ko se nanjo uporabi teža, se konstrukcija deformira, prav tako merilniki, in ustvari se električni signal, sorazmeren z napetostjo.
Obstajajo različne vrste tehtalnih celic (hidravlični, pnevmatski, merilniki deformacij itd.), čeprav je v elektroniki in vgrajenih sistemih najpogostejši merilnik deformacij. Njegova dosledna zasnova omogoča visoka natančnost in stabilnost.
Celice se razlikujejo po velikosti, obliki, prostornini in mehanski razporeditvi, od majhnih, ki tehtajo več gramov, do industrijskih različic, ki tehtajo več ton.
Večina tehtalnih celic ima v notranjosti 1, 2 ali 4 merilne lističe, ki tvorijo Wheatstonov most., električni tokokrog, občutljiv na majhne spremembe upora.
Wheatstonov most: Skrivnost občutljivosti
El Wheatstonov most je vezje štirih uporov, razporejenih v kvadrat, pri čemer je lahko eden ali več merilnikov deformacij. Ko ni obremenitve, je vezje v ravnovesju in med njegovimi izhodi ni potencialne razlike. Ko so merilniki deformirani, se to ravnovesje poruši. in pojavijo se zaznavne razlike v napetosti ki odražajo uporabljeno obremenitev.
Ta konfiguracija pomnoži občutljivost na spremembe upora in omogoča zaznavanje drobnih sprememb, ki jih sicer ne bi bilo mogoče zajeti.
V domačih ali laboratorijskih tehtnicah se običajno uporabljajo štirje merilniki, ki tvorijo popoln Wheatstonov most, tako kot pri mnogih kopalniških tehtnicah in tehtalnih ploščadih. To pomaga zmanjšati temperaturne napake ter izboljšati linearnost in natančnost.
Zakaj potrebujemo modul HX711?
Čeprav Wheatstonov most ojača nihanja napetosti, spremembe so izjemno majhne (približno v mikrovoltih). Mikrokrmilniki, kot je Arduino, jih komaj zaznajo, kaj šele, da bi izvajali natančne meritve.
El Modul HX711 Gre za čip, posebej zasnovan za tehtalne sisteme z merilniki obremenitve, ki omogoča natančne odčitke.
El HX711 deluje kot instrumentacijski ojačevalnik y 24-bitni analogno-digitalni pretvornik (ADC)Njegova glavna funkcija je:
- Sprejmite diferencialni signal iz Wheatstonovega mostu.
- Ojačaj to za lahko branje.
- Pretvorite ga v digitalni signal visoke ločljivosti da ga lahko mikrokrmilnik obdela.
Poleg tega ima HX711 preprost digitalni vmesnik z le dvema pinoma (ura in podatki), podobno kot vodilo I2C, kar poenostavlja povezavo in komunikacijo s programsko opremo.
Značilnosti modula HX711
El HX711 Izstopa po visoki občutljivosti in nizki ceni. Nekatere njegove glavne značilnosti so:
- 24-bitna natančnost za zaznavanje minimalnih sprememb teže.
- Integrirano in programabilno ojačanje signala (običajno x128 ali x64).
- Dva neodvisna analogna vhodna kanala.
- Digitalni vmesnik z 2 pinoma (serijski podatki in serijska ura).
- Hranjenje 2,6 V do 5,5 V, združljiv z Arduinom in drugimi mikrokrmilniki.
- Nizka poraba energije.
Modul ima običajno dve vrsti pinov: eno za povezavo z merilno celico in eno za mikrokrmilnik.
Te zatiči so običajno označeni kot: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKTipični kabli za tehtalne celice so:
- Rdeča: Pozitivno vzbujanje (E+ / VCC)
- Črno: Negativno vzbujanje (E- / GND)
- Bela: Negativni izhod (A-)
- Zelena: Pozitivni izhod (A+)
Vrste priključkov in različice tehtalnih celic
Standardna ožičenje tehtalnih celic je štirižilno, čeprav se barve lahko razlikujejo glede na proizvajalca. Nekatere poceni ali reciklirane različice imajo tri žice, medtem ko naprednejše vključujejo peto rumeno ali modro žico za zaščito ali ozemljitev.
V domačih projektih so najpogostejše tehtalne celice 5 kg ali 20 kg, čeprav obstajajo različice do 50 kg ali več za industrijsko uporabo.
Za povezavo več celic, na primer v kopalniških tehtnicah, modul kombinatorja ali ročno priključitev, ki zahteva znanje elektrike. Za pravilno meritev je pomembno upoštevati smer puščice na celici, pri čemer se prepričajte, da je osrednji del prost in da je deformacija optimalna.
Sestavljanje digitalne tehtnice: materiali in povezave
zgraditi a digitalna tehtnica Z merilniki napetosti in HX711 boste potrebovali:
- Mikrokrmilnik (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266 itd.).
- Vsaj ena tehtalna celica (1 kg, 5 kg, 20 kg ... po potrebi).
- Modul HX711.
- Trda površina za platformo.
- Kabli, konektorji in vijaki.
Po želji lahko dodate:
- LCD-zaslon ali zaslon za prikaz teže.
- Gumbi za taro in način.
- Nosilci ali plošče za konstrukcijo.
- Komponente za povezljivost, kot sta WiFi ali Bluetooth, z ESP8266/ESP32.
Povezave so preproste:
- Priključite žice celice na pine HX711: rdečo na E+, črno na E-, belo na A-, zeleno na A+.
- VCC in GND HX711 na 5V in GND mikrokrmilnika.
- DT in SCK HX711 na digitalne pine (primer 3 in 2).
- Namestite celico na konstrukcijo in pazite, da za pravilno meritev ostane prosto le osrednje območje.
Programiranje z Arduinom in kalibracija tehtnice
Za branje podatkov, Bogdejeva knjigarna HX711, ki je na voljo v upravitelju knjižnic Arduino IDE. Nekatere ključne funkcije vključujejo:
- začetek(pinData, pinClock): zaženite modul.
- naloga(e): nastavi ničelno težo v funkciji tare.
- nastavi_skalo(skalo): definira faktor, ki pretvarja odčitke v enote teže.
- preberi() / preberi_povprečje(n): pridobite surove ali povprečne odčitke.
- pridobi_vrednost(n): vrne odčitek brez tare.
- get_units(n): ponuja težo, prilagojeno s tehtnico in taro.
Kalibracija je sestavljena iz namestitve znane uteži, odčitavanja in izračuna faktorja merila: tehtnica = odčitek / dejanska težaNato se vnese v kodo, da se prilagodi prihodnjim odčitkom.
Priporočljivo je izvesti več meritev in prilagoditi faktor merila na serijskem monitorju, da dobite natančne in stabilne rezultate.
Vzorčni programi za digitalno tehtnico s HX711 in Arduinom
Preprost primer prikaza teže na serijskem monitorju bi bil:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Zamenjaj z lastno vrednostjo 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("Trenutna teža: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println("kg"); delay(500); }
Sistem je mogoče izboljšati z dodajanjem LCD-zaslona, gumbov ali shranjevanjem tehtnice v EEPROM za hitre in natančne kalibracije, s čimer dosežete bolj profesionalno izkušnjo.
Možne težave in praktični nasveti
1. Razlike v barvah žic: Preverite povezave s pomočjo podatkovnega lista ali z merjenjem uporov. Na splošno par z najvišjim uporom ustreza vzbujanju (+/-).
2. Neskladne odčitke: Če so meritve obrnjene ali nepravilne, zamenjajte izhodna kabla A+ in A-.
3. Mehanska stabilnost: Prepričajte se, da celico pravilno pritrdite in da težo podpira le osrednji del konstrukcije, da se izognete napakam.
4. Hrup in motnje: Če je mogoče, uporabite kratke, zaščitene kable in sistem premaknite stran od virov električnega šuma.
5. Temperaturne spremembe: Merilniki so občutljivi na toplotne spremembe; če je mogoče, kalibracije izvajajte v stabilnih pogojih ali uporabite celice s 4 merilniki.
Razširitev in možne uporabe sistema
Z operacijskim sistemom lahko dodate funkcije:
- Prikaz teže na LCD zaslonu.
- Nastavite opozorila za omejitve teže.
- Za oddaljeno spremljanje ga povežite z oblakom prek ESP8266/ESP32.
- Uporabite ga v poskusih, merjenju sestavin, avtomatizaciji, domači avtomatizaciji itd.
Integracija HX711 omogoča izobraževalne projekte, nadzor zalog, komercialne tehtnice, nadzor plinskih jeklenk in številne druge ustvarjalne ideje.
