Днес точно измерване на теглото и силата Това е ключово както в промишлените приложения, така и в битовите и изследователските проекти. Ако някога сте се чудили Какво е тензодатчик? и как то допълва HX711 модул Ако търсите начин да създадете високопрецизни цифрови везни, сте попаднали на правилното място. Тук ще разгледаме всеки аспект, от теория до практика, за да разберете всеки детайл и да научите как да внедрите своя собствена система за претегляне.
Напоследък употребата на стана популярна тензодатчици заедно с модули като например HX711 при създаването на домашно приготвени везни, продукти за домашна автоматизация и дори училищни експерименти. Най-хубавото е, че тези компоненти са достъпни, съвместими с платформи като Arduino и позволяват надеждни измервания на професионално ниво Ако са калибрирани правилно. Нека разгледаме всичко стъпка по стъпка, от основната работа до интеграцията и програмирането.
Какво е тензодатчик и как работи?
La тензодатчик е пиезорезистивен сензор което трансформира деформация (независимо дали чрез натиск, опъване или компресия) в промяна в електрическото съпротивление, което ни позволява индиректно да измерваме сили или тегло, приложени към повърхността. Това свойство е от основно значение за измерването на натоварване в съвременните тензодатчици..
В най-основния си дизайн, луфтомерът се състои от много фина метална нишка поставени във вътрешността на лепилен филм. Когато структурата, към която са залепени, се деформира, нишката се разтяга или свива, променяйки съпротивлението си. Тази промяна, макар и малка, е пропорционална на приложената сила. и може да се анализира електрически.
Пиезорезистивен ефект Съпротивлението на манометъра се увеличава при разтягане и намалява при свиване. Това позволява физическото усилие да се трансформира в прецизно измерим електрически сигнал.
Тези измервателни уреди обикновено имат стандартни стойности на съпротивлението, като например 120Ω, 350Ω или 1000Ω, а промените, причинени от деформации, са минимални: например, вариация от само 0.12 Ω върху 120 Ω за значителни натоварвания. Въпреки това, без подходяща система за усилване и измерване, тези малки вариации биха били трудни за откриване.
Тензодатчик: приложение на тензодатчици
а тензодатчик Това е преобразувател, който използва тензодатчици за преобразуват механичните сили в електрически сигналиПринципът на действие е прост: един или повече измервателни уреди са прикрепени към метална конструкция, проектирана да се деформира предвидимо под натоварване. Когато се приложи тежест, конструкцията се деформира, както и измервателните уреди, и се генерира електрически сигнал, пропорционален на напрежението.
Има различни видове товарни клетки (хидравлични, пневматични, тензодатчици и др.), въпреки че в електрониката и вградените системи най-разпространен е тензодатчикът. Неговият последователен дизайн позволява висока прецизност и стабилност.
Клетките варират по размер, форма, капацитет и механично разположение, от малки, тежащи грамове, до индустриални версии, тежащи тонове.
Вътрешно повечето тензодатчици монтират 1, 2 или 4 тензодатчика, образуващи мост на Уитстон., електрическа верига, чувствителна към малки промени в съпротивлението.
Мостът на Уитстоун: Тайната на чувствителността
El Мостът Уитстоун е верига от четири резистора, подредени в квадрат, в които един или повече могат да бъдат тензодатчици. Когато няма товар, веригата е в равновесие и няма потенциална разлика между нейните изходи. Когато датчикът е деформиран, това равновесие се нарушава. и се появяват забележими разлики в напрежението които отразяват приложеното натоварване.
Тази конфигурация умножава чувствителността към промени в съпротивлението и позволява откриването на малки вариации, които биха били невъзможни за улавяне по друг начин.
В домашните или лабораторните везни е обичайно да се използват четири индикатора, образуващи пълен мост на Уитстон, както е при много везни за баня и платформи за претегляне. Това помага за намаляване на температурните грешки и подобряване на линейността и точността.
Защо ни е необходим модул HX711?
Въпреки че мостът на Уитстон усилва вариациите на напрежението, промените са изключително малки (от порядъка на микроволти). Микроконтролери като Arduino едва могат да ги засекат, камо ли да правят точни измервания.
El HX711 модул Това е чип, специално проектиран за системи за претегляне с тензодатчици, улесняващ точните отчитания.
El HX711 работи като инструментален усилвател y 24-битов аналогово-цифров преобразувател (ADC)Основната му функция е да:
- Приемете диференциалния сигнал от моста на Уитстон.
- Усилете го за лесно четене.
- Трансформирайте го в цифров сигнал с висока резолюция така че микроконтролерът да може да го обработи.
В допълнение, HX711 разполага с опростен цифров интерфейс само с 2 пина (Clock и Data), подобен на I2C шината, което опростява свързването и комуникацията със софтуер.
Характеристики на модула HX711
El HX711 Отличава се с високата си чувствителност и ниска цена. Някои от основните му характеристики са:
- 24-битова точност за откриване на минимални промени в теглото.
- Интегрирано и програмируемо усилване на сигнала (обикновено x128 или x64).
- Два независими аналогови входни канала.
- Цифров интерфейс с 2 пина (серийни данни и сериен тактов сигнал).
- Хранене на 2,6V до 5,5V, съвместим с Arduino и други микроконтролери.
- Ниска консумация на енергия.
Модулът обикновено се предлага с два реда пинове: един за свързване към тензодатчика и един за микроконтролера.
Тези щифтове обикновено са обозначени като: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKТипичните кабели за тензодатчици са:
- Червено: Положително възбуждане (E+ / VCC)
- Черно: Отрицателно възбуждане (E- / GND)
- бяло: Отрицателен изход (A-)
- зелено: Положителен изход (A+)
Видове връзки и варианти на тензодатчици
Стандартното окабеляване на тензодатчиците е четирижилно, въпреки че цветовете може да варират в зависимост от производителя. Някои евтини или рециклирани версии имат три проводника, докато по-усъвършенстваните включват пети жълт или син проводник за екраниране или заземяване.
В домашните проекти най-често срещаните тензодатчици са 5 кг или 20 кг, въпреки че има версии до 50 кг или повече за промишлени приложения.
За свързване на няколко клетки, например във везни за баня, a модул за комбиниране или ръчно свързване, което изисква познания по електротехника. Важно е да се отбележи посоката на стрелката върху клетката за правилно измерване, като се гарантира, че централната част е свободна и деформацията е оптимална.
Сглобяване на дигитална везна: материали и връзки
да се изгради а цифрова скала С тензодатчици и HX711 ще ви е необходимо:
- Микроконтролер (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266 и др.).
- Поне една тензодатчица (1 кг, 5 кг, 20 кг... според нуждите).
- Модул HX711.
- Твърда повърхност за платформата.
- Кабели, конектори и винтове.
По желание можете да добавите:
- LCD екран или дисплей за показване на теглото.
- Бутони за тара и режим.
- Опори или плочи за конструкцията.
- Компоненти за свързване като WiFi или Bluetooth с ESP8266/ESP32.
Връзките са прости:
- Свържете проводниците на клетката към пиновете HX711: червен към E+, черен към E-, бял към A-, зелен към A+.
- VCC и GND на HX711 към 5V и GND на микроконтролера.
- DT и SCK на HX711 към цифрови пинове (пример 3 и 2).
- Монтирайте клетката върху конструкцията, като се уверите, че само централната област остава свободна за правилно измерване.
Програмиране с Arduino и калибриране на кантара
За да прочетете данните, Книжарницата на Богде HX711, достъпно в Arduino IDE Library Manager. Някои ключови функции включват:
- начало(pinData, pinClock): стартирайте модула.
- задача(и): задава нулево тегло във функцията за тара.
- set_scale(мащаб): определя коефициента, който преобразува показанията в единици за тегло.
- read() / read_average(n): получавате сурови или осреднени показания.
- get_value(n): връща показанието без тегло на тарата.
- get_units(n): предлага теглото, коригирано с кантара и тара.
Калибрирането се състои от поставяне на известна тежест, отчитане на резултата и изчисляване на коефициента на мащабиране: кантар = отчитане / действително теглоСлед това се въвежда в кода, за да се коригира за бъдещи показания.
Препоръчително е да се направят множество измервания и да се регулира коефициентът на мащабиране на серийния монитор, за да се получат точни и стабилни резултати.
Примерни програми за цифрова везна с HX711 и Arduino
Един прост пример, показващ теглото на серийния монитор, би бил:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Заменете със собствена стойност 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("Текущо тегло: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println("кг"); delay(500); }
Системата може да бъде подобрена чрез добавяне на LCD дисплей, бутони или съхраняване на скалата в EEPROM за бързи и точни калибрирания, постигайки по-професионално изживяване.
Възможни проблеми и практически съвети
1. Вариации в цветовете на проводниците: Проверете връзките, като използвате информационния лист или като измерите съпротивленията. Обикновено двойката с най-високо съпротивление съответства на възбуждането (+/-).
2. Несвързани показания: Разменете изходните кабели A+ и A-, ако измерванията изглеждат обърнати или неравномерни.
3. Механична стабилност: Уверете се, че сте закрепили клетката правилно и че само централната част на конструкцията поддържа тежестта, за да избегнете грешки.
4. Шум и смущения: Използвайте къси, екранирани кабели, ако е възможно, и преместете системата далеч от източници на електрически шум.
5. Температурни колебания: Датчиците са чувствителни към термични промени; ако е възможно, извършвайте калибриране при стабилни условия или използвайте клетки с 4 датчика.
Разширяване и възможни приложения на системата
С вашата операционна система можете да добавяте функции:
- Показване на теглото на LCD екран.
- Задайте известия за ограничения на теглото.
- Свържете го към облака чрез ESP8266/ESP32 за дистанционно наблюдение.
- Използвайте го в експерименти, измерване на съставки, автоматизация, домашна автоматизация и др.
Интеграцията с HX711 улеснява образователни проекти, контрол на инвентара, търговски везни, контрол на газови бутилки и много други креативни идеи.
