Ma, a súly és az erő pontos mérése Kulcsfontosságú mind az ipari alkalmazásokban, mind a lakossági és kutatási projektekben. Ha valaha is elgondolkodott ezen Mi az a nyúlásmérő bélyeg érzékelő? és hogyan egészíti ki a HX711 modul Ha nagy pontosságú digitális mérlegek létrehozásának módját keresi, jó helyen jár. Itt minden szempontot lebontunk, az elmélettől a gyakorlatig, így minden részletet megérthet, és megtanulhatja, hogyan valósíthatja meg saját mérlegelési rendszerét.
Az utóbbi időben a használata népszerűvé vált nyúlásmérő bélyegek olyan modulokkal együtt, mint a HX711 házi mérlegek, otthonautomatizálási termékek és akár iskolai kísérletek létrehozásában is. A legjobb az egészben, hogy ezek az alkatrészek megfizethetőek, kompatibilisek olyan platformokkal, mint az Arduino, és lehetővé teszik a következőket: megbízható mérések professzionális szinten Ha helyesen vannak kalibrálva. Nézzük meg lépésről lépésre mindent, az alapvető működéstől az integrációig és a programozásig.
Mi az a nyúlásmérő bélyeg és hogyan működik?
La nyúlásmérő bélyeg egy piezorezisztív érzékelő amely a deformációt (legyen az nyomás, húzás vagy összenyomódás okozta) az elektromos ellenállás változásává alakítja, ami lehetővé teszi számunkra, hogy közvetve mérjük a felületre ható erőket vagy súlyt. Ez a tulajdonság alapvető fontosságú a modern mérőcellák terhelésérzékeléséhez..
A legalapvetőbb kialakításában a hézagmérő egy nagyon finom fémszál egy ragasztófóliába helyezve. Amikor a szerkezet, amelyhez ragasztva van, deformálódik, a filament megnyúlik vagy összenyomódik, megváltoztatva ezzel az ellenállását. Ez a változás, bár kicsi, arányos a kifejtett erővel. és elektromosan elemezhető.
A piezorezisztív hatás A mérőeszköz ellenállása nyújtáskor növekszik, összenyomáskor pedig csökken. Ez lehetővé teszi a fizikai erőfeszítés pontosan mérhető elektromos jellé alakítását.
Ezeknek a mérőeszközöknek általában szabványos ellenállási értékeik vannak, mint például 120Ω, 350Ω vagy 1000Ω, és a deformációk okozta változások minimálisak: például jelentős terhelések esetén mindössze 0.12 Ω eltérés 120 Ω felett. Megfelelő erősítő és mérőrendszer nélkül azonban ezeket a kis eltéréseket nehéz lenne kimutatni.
Mérőcella: nyúlásmérő bélyegek alkalmazása
egy mérőcella Ez egy olyan jelátalakító, amely nyúlásmérőket használ a mechanikai erőket elektromos jelekké alakítaniA működési elv egyszerű: egy vagy több mérőeszközt rögzítenek egy fémszerkezethez, amely terhelés alatt előre láthatóan deformálódik. Súly alkalmazásakor a szerkezet deformálódik, akárcsak a mérőeszközök, és a feszültséggel arányos elektromos jel keletkezik.
Különböző típusú mérőcellák léteznek (hidraulikus, pneumatikus, nyúlásmérő bélyeg stb.), bár az elektronikában és a beágyazott rendszerekben a nyúlásmérő bélyeg a leggyakoribb. Egységes kialakítása lehetővé teszi a nagy pontosság és stabilitás.
A cellák méretükben, alakjukban, kapacitásukban és mechanikai elrendezésükben is változatosak, a gramm súlyú kicsiktől a tonnás ipari változatokig.
A legtöbb mérőcella belsejében 1, 2 vagy 4 nyúlásmérő bélyeg található, amelyek Wheatstone-hidat alkotnak., egy elektromos áramkör, amely érzékeny az ellenállás kis változásaira.
Wheatstone-híd: Az érzékenység titka
El Wheatstone-híd egy négy, négyzetben elrendezett ellenállásból álló áramkör, amelyben egy vagy több lehet nyúlásmérő bélyeg. Terhelés nélkül az áramkör egyensúlyban van, és nincs potenciálkülönbség a kimenetei között. Amikor a mérők deformálódnak, ez az egyensúly felbomlik. és kimutatható feszültségkülönbségek jelennek meg amelyek tükrözik az alkalmazott terhelést.
Ez a konfiguráció megsokszorozza az ellenállás változásaira való érzékenységet és lehetővé teszi az apró változások észlelését, amelyeket egyébként lehetetlen lenne rögzíteni.
Otthoni vagy laboratóriumi mérlegekben gyakori, hogy négy mérőeszközt használnak, amelyek egy teljes Wheatstone-hidat alkotnak, ahogyan az sok fürdőszobai mérleg és mérőplatform esetében is történik. Ez segít csökkenteni a hőmérsékleti hibákat, valamint javítja a linearitást és a pontosságot.
Miért van szükségünk HX711 modulra?
Bár a Wheatstone-híd felerősíti a feszültségingadozásokat, a változások rendkívül kicsik (mikrovolt nagyságrendben). Az olyan mikrokontrollerek, mint az Arduino, alig képesek érzékelni őket, nemhogy pontos méréseket végezni.
El HX711 modul Ez egy kifejezetten nyúlásmérő bélyeges mérőcellákkal ellátott mérőrendszerekhez tervezett chip, amely pontos leolvasást tesz lehetővé.
El HX711 úgy működik műszeres erősítő y 24 bites analóg-digitális átalakító (ADC)Fő funkciója a következő:
- Fogadja a differenciáljelet a Wheatstone-hídról.
- Erősítsd fel a könnyű olvasáshoz.
- Alakítsa át nagy felbontású digitális jellé hogy a mikrokontroller feldolgozhassa azt.
Ezenkívül a HX711 egy egyszerű digitális interfésszel rendelkezik, mindössze 2 lábbal (órajel és adat), hasonlóan az I2C buszhoz, ami leegyszerűsíti a csatlakozást és a szoftveres kommunikációt.
A HX711 modul jellemzői
El HX711 Kiemelkedik nagy érzékenységével és alacsony költségével. Néhány főbb jellemzője:
- 24 bites pontosság minimális súlyváltozások észlelésére.
- Integrált és programozható jelerősítés (általában x128 vagy x64).
- Két független analóg bemeneti csatorna.
- Digitális interfész 2 tűs csatlakozóval (soros adat és soros órajel).
- Takarmány 2,6 V és 5,5 V között, kompatibilis az Arduino-val és más mikrovezérlőkkel.
- Alacsony energiafogyasztás.
A modul általában két sor csatlakozóval rendelkezik: az egyik a mérőcellához, a másik a mikrovezérlőhöz csatlakozik.
Ezeket a csapokat általában a következőképpen jelölik: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKTipikus mérőcella-kábelek:
- piros: Pozitív gerjesztés (E+ / VCC)
- Fekete: Negatív gerjesztés (E- / GND)
- fehér: Negatív kimenet (A-)
- zöld: Pozitív kimenet (A+)
Csatlakozási típusok és mérőcella-változatok
A szabványos mérőcella-kábelezés négyvezetékes, bár a színek a gyártótól függően változhatnak. Néhány olcsóbb vagy újrahasznosított változat háromvezetékes, míg a fejlettebb változatok egy ötödik, sárga vagy kék vezetéket is tartalmaznak árnyékoláshoz vagy földeléshez.
Otthoni projektekben a leggyakoribb mérőcellák a következők 5 kg vagy 20 kg, bár léteznek akár 50 kg-os vagy annál nagyobb változatok ipari alkalmazásokhoz.
Több cella összekapcsolásához, például fürdőszobamérlegekhez, egy kombináló modul vagy kézi csatlakoztatás, ami elektromos ismereteket igényel. Fontos megjegyezni a cellán lévő nyíl irányát a helyes mérés érdekében, ügyelve arra, hogy a középső rész szabad maradjon, és a deformáció optimális legyen.
Digitális mérleg összeszerelése: anyagok és csatlakozások
építeni a digitális mérleg Nyúlásmérő bélyegekkel és HX711-gyel a következőkre lesz szükséged:
- Egy mikrovezérlő (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266 stb.).
- Legalább egy mérőcella (1 kg, 5 kg, 20 kg… szükség szerint).
- Egy HX711 modul.
- Merev felület a platform számára.
- Kábelek, csatlakozók és csavarok.
Opcionálisan hozzáadhatja:
- LCD kijelző vagy kijelző a súly kijelzésére.
- Tárázási és üzemmód gombok.
- Tartók vagy lemezek a szerkezethez.
- Csatlakozási elemek, például WiFi vagy Bluetooth az ESP8266/ESP32-vel.
A kapcsolatok egyszerűek:
- Csatlakoztassa a cellavezetékeket a HX711 csatlakozóihoz: Piros az E+-hoz, fekete az E--hoz, fehér az A--hoz, zöld az A+-hoz.
- A HX711 VCC és GND jelét kösd össze a mikrovezérlő 5V-jával és GND jelével.
- A HX711 DT és SCK jeleinek digitális lábakra kötése (3. és 2. példa).
- Szerelje fel a cellát a szerkezetre, ügyelve arra, hogy csak a középső terület maradjon szabad a helyes méréshez.
Arduinóval programozás és a mérleg kalibrálása
Az adatok beolvasásához a Bogde HX711 könyvesboltja, elérhető az Arduino IDE Library Managerben. Néhány főbb jellemző:
- kezd(pinData, pinClock): indítsa el a modult.
- feladat(ok): nulla súlyt állít be a tára funkcióban.
- set_scale(skála): meghatározza azt a tényezőt, amely a leolvasott értékeket súlyegységekké alakítja.
- olvas() / olvas_átlag(n): nyers vagy átlagos értékeket kaphat.
- érték_lekérése(n): visszaadja a tára súly nélküli leolvasást.
- get_units(n): a mérleggel és tárával beállított súlyt mutatja.
A kalibrálás egy ismert súly elhelyezéséből, a leolvasásból és a méretarány-tényező kiszámításából áll: mérleg = leolvasott érték / tényleges súlyEzután beillesztik a kódba, hogy a jövőbeni leolvasásokhoz igazodjon.
A pontos és stabil eredmények elérése érdekében ajánlott több mérést végezni, és a méretarányt a soros monitoron beállítani.
Mintaprogramok digitális mérleghez HX711-gyel és Arduinoval
Egy egyszerű példa a súly megjelenítésére a soros monitoron:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Cserélje ki saját értékkel 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("Jelenlegi súly: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
A rendszer továbbfejleszthető LCD kijelzővel, gombokkal, vagy a mérleg EEPROM-ban történő tárolásával a gyors és pontos kalibrálás érdekében, ami professzionálisabb élményt nyújt.
Lehetséges problémák és gyakorlati tanácsok
1. A vezetékek színeinek variációi: Ellenőrizze a csatlakozásokat az adatlap segítségével vagy ellenállásméréssel. Általában a legnagyobb ellenállású pár felel meg a gerjesztésnek (+/-).
2. Inkoherens leolvasások: Cserélje fel az A+ és A- kimeneti vezetékeket, ha a mérések fordítottnak vagy szabálytalannak tűnnek.
3. Mechanikai stabilitás: A hibák elkerülése érdekében ügyeljen arra, hogy a cellát megfelelően rögzítse, és hogy csak a szerkezet középső része tartsa a súlyt.
4. Zaj és interferencia: Lehetőleg rövid, árnyékolt kábeleket használjon, és helyezze távolabb a rendszert az elektromos zajforrásoktól.
5. Hőmérséklet-ingadozások: A mérőeszközök érzékenyek a hőmérsékletváltozásokra; ha lehetséges, a kalibrálást stabil körülmények között végezze, vagy használjon 4 mérőeszközzel ellátott cellákat.
A rendszer bővítése és lehetséges alkalmazásai
Az operációs rendszerrel a következő funkciókat adhatod hozzá:
- Súly kijelzése LCD képernyőn.
- Állítson be riasztásokat a súlykorlátozásokra vonatkozóan.
- Csatlakoztassa a felhőhöz ESP8266/ESP32-n keresztül a távoli felügyelethez.
- Használja kísérletekben, összetevők mérésében, automatizálásban, otthoni automatizálásban stb.
A HX711 integrációja megkönnyíti az oktatási projekteket, a készletgazdálkodást, az ipari mérlegeket, a gázpalackok vezérlését és sok más kreatív ötletet.
