Данас, прецизно мерење тежине и снаге Кључно је и у индустријским применама и у домаћим и истраживачким пројектима. Ако сте се икада запитали Шта је сензор мерног напрезања? и како то допуњује HX711 модул Ако тражите начин да направите високопрецизне дигиталне ваге, дошли сте на право место. Овде ћемо анализирати сваки аспект, од теорије до праксе, како бисте разумели сваки детаљ и научили како да имплементирате сопствени систем за мерење.
У последње време употреба је постала популарна мерни инструменти за напрезање заједно са модулима као што су ХКСКСНУМКС у креирању домаћих вага, производа за кућну аутоматизацију, па чак и школских експеримената. Најбоље од свега је што су ове компоненте приступачне, компатибилне са платформама попут Ардуина и омогућавају поуздана мерења на професионалном нивоу Ако су правилно калибрисани. Хајде да погледамо све корак по корак, од основних операција до интеграције и програмирања.
Шта је мерач напрезања и како функционише?
La мерач напрезања је пиезорезистивни сензор која трансформише деформацију (било притиском, вучом или компресијом) у варијацију електричног отпора, што нам омогућава да индиректно меримо силе или тежину примењену на површину. Ово својство је фундаментално за мерење оптерећења у модерним мерним ћелијама..
У свом најосновнијем дизајну, мерни пип се састоји од веома фина метална нит смештен унутар лепљивог филма. Када се структура на коју је залепљен деформише, филамент се растеже или компресује, мењајући свој отпор. Ова промена, иако мала, пропорционална је примењеној сили. и може се анализирати електрично.
Пиезорезистивни ефекат Отпор мерача се повећава када се истегне, а смањује када се компресује. Ово омогућава да се физички напор трансформише у прецизно мерљив електрични сигнал.
Ови мерачи обично имају стандардне вредности отпора као што су 120Ω, 350Ω или 1000Ω, а промене изазване деформацијама су минималне: на пример, варијација од само 0.12 Ω преко 120 Ω за значајна оптерећења. Међутим, без одговарајућег система за појачавање и мерење, ове мале варијације би било тешко открити.
Мерна ћелија: примена мерних мерача напрезања
А мерна ћелија То је претварач који користи мерне инструменте за мерење напрезања претварају механичке силе у електричне сигналеПринцип рада је једноставан: један или више мерача су причвршћени за металну конструкцију која је пројектована да се предвидљиво деформише под оптерећењем. Када се примени тежина, структура се деформише, као и мерачи, и генерише се електрични сигнал пропорционалан напрезању.
Постоје различите врсте ћелија за мерење оптерећења (хидраулични, пнеуматски, мерни мерач напрезања итд.), иако је у електроници и уграђеним системима најчешћи мерни мерач напрезања. Његов доследан дизајн омогућава висока прецизност и стабилност.
Ћелије се разликују по величини, облику, капацитету и механичком распореду, од малих тежине од неколико грама до индустријских верзија тежине од неколико тона.
Интерно, већина мерних ћелија монтира 1, 2 или 4 мерна инструмента који формирају Витстонов мост., електрично коло осетљиво на мале промене отпора.
Витстонов мост: Тајна осетљивости
El Витстонов мост је коло од четири отпорника распоређена у квадрат, у којима један или више могу бити мерни инструменти за напрезање. Када нема оптерећења, коло је у равнотежи и не постоји потенцијална разлика између његових излаза. Када су мерни инструменти деформисани, ова равнотежа је нарушена. и појављују се детектне разлике у напону који одражавају примењено оптерећење.
Ова конфигурација умножава осетљивост на промене отпора и омогућава откривање ситних варијација, које би иначе било немогуће ухватити.
Код кућних или лабораторијских вага уобичајено је користити четири мерача који формирају потпуни Витстонов мост, као што је случај са многим купатилским вагама и платформама за мерење. Ово помаже у смањењу температурних грешака и побољшању линеарности и тачности.
Зашто нам је потребан HX711 модул?
Иако Витстонов мост појачава варијације напона, промене су изузетно мале (реда величине микроволти). Микроконтролери попут Ардуина их једва могу детектовати, а камоли извршити прецизна мерења.
El HX711 модул То је чип посебно дизајниран за системе за мерење тежине са мерним ћелијама за мерење напрезања, што олакшава прецизна очитавања.
El ХКСКСНУМКС ради као инструментациони појачавач y 24-битни аналогно-дигитални конвертор (ADC)Његова главна функција је да:
- Примите диференцијални сигнал са Витстоновог моста.
- Појачај то за лако читање.
- Трансформишите га у дигитални сигнал високе резолуције тако да микроконтролер може да га обради.
Поред тога, HX711 има једноставан дигитални интерфејс са само 2 пина (такт и подаци), слично I2C магистрали, што поједностављује повезивање и комуникацију са софтвером.
Карактеристике HX711 модула
El ХКСКСНУМКС Истиче се по високој осетљивости и ниској цени. Неке од његових главних карактеристика су:
- 24-битна прецизност да би се откриле минималне промене тежине.
- Интегрисано и програмабилно појачање сигнала (обично x128 или x64).
- Два независна аналогна улазна канала.
- Дигитални интерфејс са 2 пина (серијски подаци и серијски такт).
- Храњење 2,6 В до 5,5 В, компатибилан са Ардуином и другим микроконтролерима.
- Ниска потрошња енергије.
Модул обично долази са два реда пинова: један за повезивање са мерном ћелијом и један за микроконтролер.
Ови пинови су обично означени као: Е+, Е-, А+, А-, ВЦЦ, ГНД, ДТ, СЦКТипични каблови за мерне ћелије су:
- Црвено: Позитивна побуда (E+ / VCC)
- негро: Негативно побуђивање (E- / GND)
- Бела: Негативни излаз (А-)
- Зелено: Позитиван излаз (А+)
Типови прикључака и варијанте мерних ћелија
Стандардно ожичење мерних ћелија је четворожично, мада боје могу да варирају у зависности од произвођача. Неке јефтиније или рециклиране верзије имају три жице, док напредније укључују пету жуту или плаву жицу за заштиту или уземљење.
У кућним пројектима, најчешће ћелије за мерење оптерећења су 5 кг или 20 кг, иако постоје верзије до 50 кг или више за индустријску примену.
Да бисте повезали неколико ћелија, као што је случај код купатилских вага, модул комбинера или ручно повезивање, што захтева познавање електротехнике. Важно је обратити пажњу на смер стрелице на ћелији ради исправног мерења, осигуравајући да централни део остане слободан и да је деформација оптимална.
Склапање дигиталне ваге: материјали и прикључци
изградити а дигитална вага Са мерним мерачима напрезања и HX711, биће вам потребно:
- Микроконтролер (Arduino UNO, Нано, Мега, ESP8266, итд.).
- Најмање једна мерна ћелија (1 кг, 5 кг, 20 кг… по потреби).
- HX711 модул.
- Крута површина за платформу.
- Каблови, конектори и вијци.
Опционо, можете додати:
- ЛЦД екран или дисплеј за приказивање тежине.
- Дугмад за тару и режим.
- Носачи или плоче за структуру.
- Компоненте за повезивање као што су WiFi или Bluetooth са ESP8266/ESP32.
Везе су једноставне:
- Спојите жице ћелије на HX711 пинове: црвену на E+, црну на E-, белу на A-, зелену на A+.
- VCC и GND HX711 на 5V и GND микроконтролера.
- DT и SCK од HX711 на дигиталне пинове (пример 3 и 2).
- Монтирајте ћелију на структуру, водећи рачуна да само централно подручје остане слободно за исправно мерење.
Програмирање са Ардуином и калибрација ваге
Да би се прочитали подаци, Богдеова књижара HX711, доступно у Arduino IDE Library Manager-у. Неке кључне карактеристике укључују:
- почетак(пинПодаци, пинСат): покрените модул.
- задатак(и): поставља нулту тежину у функцији таре.
- set_scale(скала): дефинише фактор који претвара очитавања у јединице тежине.
- читај() / читај_просек(n): добијте сирове или просечне очитавања.
- get_value(n): враћа очитавање без тариране тежине.
- гет_јединице(н): нуди тежину подешену помоћу ваге и таре.
Калибрација се састоји од постављања познате тежине, очитавања и израчунавања фактора скалирања: вага = очитавање / стварна тежинаЗатим се уноси у код ради прилагођавања будућим очитавањима.
Препоручује се да се изврши више мерења и подеси фактор скалирања на серијском монитору како би се добили тачни и стабилни резултати.
Примери програма за дигиталну вагу са HX711 и Arduino-ом
Једноставан пример који приказује тежину на серијском монитору би био:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Замените својом вредношћу 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("Тренутна тежина: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
Систем се може побољшати додавањем ЛЦД дисплеја, дугмади или чувањем ваге у ЕЕПРОМ-у за брзе и прецизне калибрације, постижући професионалније искуство.
Могући проблеми и практични савети
1. Варијације у бојама жица: Проверите везе користећи технички лист или мерењем отпора. Генерално, пар са највећим отпором одговара побуди (+/-).
2. Некохерентна читања: Замените излазне водове А+ и А- ако мерења изгледају обрнуто или неправилно.
3. Механичка стабилност: Уверите се да сте правилно осигурали ћелију и да само централни део структуре подржава тежину како бисте избегли грешке.
4. Бука и сметње: Користите кратке, заштићене каблове ако је могуће и померите систем даље од извора електричне сметње.
5. Варијације температуре: Мерачи су осетљиви на термичке промене; ако је могуће, извршите калибрације под стабилним условима или користите ћелије са 4 мерна уређаја.
Проширење и могуће примене система
Са вашим оперативним системом можете додати функције:
- Прикажите тежину на ЛЦД екрану.
- Подесите упозорења за ограничења тежине.
- Повежите га са облаком преко ESP8266/ESP32 за даљинско праћење.
- Користите га у експериментима, мерењу састојака, аутоматизацији, кућној аутоматизацији итд.
Интеграција са HX711 олакшава образовне пројекте, контролу залиха, комерцијалне ваге, контролу гасних боца и многе друге креативне идеје.
