Τι είναι ένα δυναμοκυψέλη και πώς λειτουργεί η μονάδα HX711;: Ένας πλήρης οδηγός

Ο κόσμος των οργάνων, της ρομποτικής και των συστημάτων ζύγισης έχει εξελιχθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια χάρη στην ενσωμάτωση αισθητήρων και ηλεκτρονικών μονάδων που διευκολύνουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του φυσικού κόσμου και των μικροελεγκτών. Ένα από τα βασικά συστατικά αυτής της τεχνολογικής επανάστασης είναι η δυναμοκυψέλη και ο συνηθισμένος σύντροφός της, η μονάδα ενισχυτή HX711. Και τα δύο έχουν γίνει σχεδόν απαραίτητα στοιχεία για όσους θέλουν να κατασκευάσουν ακριβείς ψηφιακές ζυγαριές, αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου βάρους και κάθε είδους έργα όπου η μέτρηση δυνάμεων και βαρών είναι απαραίτητη.

Αν έχετε αναρωτηθεί ποτέ Πώς είναι δυνατόν να μεταφραστεί μια δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο σε μια ηλεκτρονική τιμή ικανή να ερμηνευτεί από ένα Arduino, ένα ESP8266 ή οποιονδήποτε άλλο μικροελεγκτή;Σε αυτό το άρθρο, θα βρείτε την πιο ολοκληρωμένη, απλή και σαφή εξήγηση. Θα μάθετε λεπτομερώς τι είναι ένα δυναμοκυψέλη, πώς λειτουργεί, τους τύπους του, πώς να το συνδέσετε σε μια μονάδα HX711 και πώς μπορείτε να αναβαθμίσετε τα έργα ζύγισης ενσωματώνοντας υλικό και λογισμικό σαν πραγματικός επαγγελματίας.

Τι είναι ένα δυναμοκυψέλη και γιατί είναι κλειδί για την ηλεκτρονική μέτρηση βάρους;

ένα κελί φορτίου Στην πιο βασική του ουσία, είναι ένας μετατροπέας που μετατρέπει μια δύναμη ή πίεση που ασκείται σε αυτό σε ηλεκτρικό σήμα. Η αρχή λειτουργίας έγκειται στο φαινόμενο της μεταβολής της ηλεκτρικής αντίστασης όταν το στοιχείο παραμορφώνεται υπό την επίδραση ενός φορτίου.Γι' αυτό είναι επίσης γνωστά ως μετατροπείς δύναμης.

Ο όρος μετατροπέας σας είναι γνωστός επειδή, στην ηλεκτρονική, είναι ένα εξάρτημα ικανό να μετατρέψει μια φυσική ποσότητα (όπως πίεση, ήχο ή φως) σε ένα επεξεργάσιμο σήμα. Σε αυτήν την περίπτωση, το δυναμοκυψέλη ανιχνεύει δυνάμεις: όταν του εφαρμόζετε βάρος, υφίσταται μια μικροσκοπική παραμόρφωση, σχεδόν ανεπαίσθητη με την πρώτη ματιά, αλλά επαρκή για να αλλάξει την ηλεκτρική αντίσταση των μετρητών τάσης που περιέχει.

ο μετρητές τάσης Αποτελούν την καρδιά του δυναμοκυψελιδίου. Είναι φύλλα ή σπειρώματα από εξαιρετικά λεπτό αγώγιμο υλικό που μεταβάλλουν την αντίστασή τους ανάλογα με την επιμήκυνση ή τη συμπίεση που υφίσταται το υλικό στο οποίο είναι προσαρτημένα. Αυτή η αλλαγή, αν και μικρή, μπορεί να ανιχνευθεί και να ενισχυθεί μέχρι να γίνει ένα σήμα τάσης που, αφού ψηφιοποιηθεί, μας ενημερώνει με ακρίβεια στην εφαρμοζόμενη δύναμη.

Για να μετατραπεί αποτελεσματικά αυτή η ανεπαίσθητη διακύμανση σε ένα χρήσιμο σήμα, τα όργανα μέτρησης τοποθετούνται σε μια διαμόρφωση που ονομάζεται Γέφυρα ΓουίτστοουνΑυτό το κύκλωμα, ένα κλασικό στη μέτρηση αντίστασης, επιτρέπει την ενίσχυση μικρών διαφορών αντίστασης και τη λήψη ενός διαφορικού σήματος. Έτσι, ένα απλό τέντωμα του υλικού προκαλεί μια αλλαγή στην τάση που μπορεί να μετρηθεί και να συσχετιστεί με ακρίβεια με το εφαρμοζόμενο βάρος.

Δεν είναι όλα τα κελιά φορτίου ίδια. Υπάρχουν διάφοροι τύποι:

• Υδραυλικά στοιχεία: Βασίζεται στη συμπίεση ενός ρευστού μέσω ενός εμβόλου και ενός κυλίνδρου.
• Πνευματικά στοιχεία: Χρησιμοποιούν την πίεση του αέρα σε ένα διάφραγμα, μετρώντας την παραμόρφωση που προκύπτει.
• Κυψέλες μετρητή τάσης: Τα πιο συνηθισμένα στην ηλεκτρονική και τη ρομποτική, λόγω της ευκολίας ενσωμάτωσης και της ακρίβειάς τους.

Αν και υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες (πιεζοηλεκτρικές, χωρητικές κ.λπ.), η μετρητές τάσης Είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σε οικιακές ζυγαριές και βιομηχανικά συστήματα ζύγισης λόγω του κόστους, της αξιοπιστίας και της ευκολίας βαθμονόμησης.

Εσωτερικές Λειτουργίες: Η Γέφυρα Wheatstone και η Πρόκληση των Αδύναμων Σημάτων

Το βασικό στοιχείο για να αξιοποιηθεί η ελάχιστη διακύμανση στην αντίσταση που δημιουργείται από τα όργανα μέτρησης είναι το Γέφυρα ΓουίτστοουνΑυτό το κύκλωμα, που εφευρέθηκε τον 19ο αιώνα, βασίζεται στην ισορροπία τεσσάρων αντιστάσεων διατεταγμένων σε σχήμα ρόμβου. Όταν μία ή περισσότερες από αυτές τις αντιστάσεις αλλάζουν (όπως συμβαίνει σε ένα μετρητή τάσης όταν παραμορφώνεται), η γέφυρα χάνει την ισορροπία της και δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού ανάλογη με την αλλαγή.

Στην πράξη, Ένα τυπικό κελί φορτίου περιέχει τέσσερις μετρητές τάσης τοποθετημένους στα πόδια της γέφυρας Wheatstone.Όταν ασκείτε δύναμη στο στοιχείο, δύο μετρητές τεντώνονται (αυξάνοντας την αντίστασή τους) και δύο συμπιέζονται (μειώνοντάς την). Έτσι, η γέφυρα μεγιστοποιεί τη διαφορά δυναμικού που προκύπτει και βελτιώνει την ευαισθησία.

Παρά την έξυπνη αυτή ρύθμιση, οι αλλαγές αντίστασης παραμένουν εξαιρετικά μικρόΓια παράδειγμα, σε ένα μανόμετρο 120 ohm, σημαντική πίεση μπορεί να αλλάξει την αντίσταση μόνο κατά 0.12 ohm. Αυτή η μικρή ποσότητα θέτει δύο προκλήσεις: α. ηλεκτρονικά υψηλής ακρίβειας για να διακρίνονται αυτές οι αλλαγές και, επιπλέον, το σήμα πρέπει να ενισχυθεί πριν ψηφιοποιηθεί και υποβληθεί σε επεξεργασία από έναν μικροελεγκτή, ο οποίος δύσκολα μπορεί να ανιχνεύσει άμεσα τέτοια ασθενή σήματα.

Εδώ είναι που το Ενισχυτής HX711.

Μονάδα HX711: γέφυρα μεταξύ κελιού φορτίου και μικροελεγκτή

El Μονάδα HX711 Είναι ένα μικρό ολοκληρωμένο κύκλωμα που εκτελεί μια θεμελιώδη λειτουργία σε ψηφιακά συστήματα ζύγισης: ενισχύει, ρυθμίζει και μετατρέπει το σήμα που λαμβάνεται από το κελί φορτίου σε ψηφιακό. Με αυτόν τον τρόπο, Είναι δυνατό να ληφθούν ακριβείς μετρήσεις βάρους και δύναμης που θα ερμηνευτούν από ένα Arduino, ESP8266, PIC ή οποιονδήποτε άλλο μικροελεγκτή..

Μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι:

• Ανάλυση έως 24 bit: σας επιτρέπει να αποκτήσετε ένα πολύ υψηλή ακρίβεια στην ένδειξη βάρους.
• Μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό (ADC): Μετατρέπει το ενισχυμένο αναλογικό σήμα σε ψηφιακή τιμή έτοιμη για επεξεργασία.
• Προγραμματιζόμενη ενίσχυση: μπορεί να ρυθμιστεί μεταξύ 128x και 64x, επιτρέποντάς του να προσαρμόζεται σε διαφορετικές εφαρμογές.
• Πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Ιδανικό για φορητές εφαρμογές ή συστήματα που τροφοδοτούνται με μπαταρία.
• Ευελιξία στη συνδεσιμότητα: Επικοινωνεί μέσω δύο ψηφιακών ακροδεκτών (Clock/SCK και Data/DT), παρόμοια με το πρωτόκολλο I2C ή SPI.
• Εύρος τροφοδοσίας από 2.6V έως 5.5V: συμβατό με διαφορετικές ηλεκτρονικές πλατφόρμες.

Χάρη σε αυτά τα χαρακτηριστικά, το HX711 έχει γίνει το Πρότυπο de facto για την ανάγνωση δυναμοκυψελών σε έργα DIY και στον βιομηχανικό τομέα, καθώς διευκολύνει πολύ τη ζωή του προγραμματιστή: δεν χρειάζεται να σχεδιάσει πολύπλοκα κυκλώματα ενίσχυσης και μπορεί να επικεντρωθεί στην ανάπτυξη του λογισμικού και της λογικής του συστήματος ζύγισης.

Η μονάδα HX711 έχει συνήθως δύο κύριους συνδετήρες: έναν για το δυναμοκυψέλη και έναν για τον μικροελεγκτή. Η σύνδεση βασίζεται σε τέσσερα κύρια καλώδια:

• Κόκκινο (E+, VCC): θετική τάση διέγερσης.
• Μαύρο (E-, GND): αρνητική τάση διέγερσης.
• Λευκό (A-): αρνητική είσοδος σήματος (Έξοδος -).
• Πράσινο (A+): θετική είσοδος σήματος (Έξοδος +).

Ορισμένα μοντέλα προσθέτουν ένα πέμπτο καλώδιο (κίτρινο, YLW), το οποίο συνήθως λειτουργεί ως αναφορά γείωσης ή δεν χρησιμοποιείται σε τυπικές διαμορφώσεις.

Τύποι και μοντέλα κελιών φόρτωσης: πώς να επιλέξετε το σωστό

Επιλογή του κατάλληλου κελιού φορτίου Τα δυναμοκυψέλες είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη ακριβών μετρήσεων στο έργο ζύγισης. Τα δυναμοκυψέλες ποικίλλουν ανάλογα με τη μέγιστη χωρητικότητά τους, τον φυσικό συντελεστή μορφής και την ευαισθησία τους:

• Μέγιστη χωρητικότητα: Υπάρχουν δυναμοκυψέλες για 1kg, 5kg, 20kg, 50kg και ακόμη υψηλότερα. βέλτιστη ακρίβεια, είναι καλή ιδέα να επιλέξετε μια κυψέλη με μέγιστο εύρος που να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο μέγιστο βάρος της εφαρμογής σας. Για παράδειγμα, εάν θέλετε να ζυγίζετε έως 4 κιλά, μια κυψέλη 5 κιλών είναι ιδανική. Η χρήση μιας κυψέλης 20 κιλών σε αυτό το εύρος θα σας δώσει μετρήσεις χαμηλότερης ακρίβειας.
• Μηχανική διαμόρφωση: Οι πιο συνηθισμένες είναι οι ορθογώνιες ράβδοι για τοποθέτηση σε ζυγαριές κουζίνας, αλλά μπορείτε επίσης να βρείτε μοντέλα σε σχήμα S, δίσκους, διπλές δοκούς κ.λπ. Κάθε ένα από αυτά ανταποκρίνεται καλύτερα σε διαφορετικά σενάρια ζύγισης.
• Ποιότητα και ευαισθησία: Η ακρίβεια θα εξαρτηθεί επίσης από την ποιότητα των μετρητών και την εσωτερική κατασκευή. Τα ποιοτικά στοιχεία συνήθως προσφέρουν καλύτερα αποτελέσματα και χαμηλότερη απόκλιση.
• Τύπος γέφυρας: Το HX711 μπορεί να λειτουργήσει τόσο με κελιά πλήρους όσο και με μισή γέφυρα, και υποστηρίζει ακόμη και τη σύνδεση έως και δύο κελιών σε διαμόρφωση διπλής γέφυρας.

Η τοποθέτηση του στοιχείου είναι επίσης ζωτικής σημασίας. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αφήσει την κεντρική περιοχή (το ευαίσθητο μέρος της ράβδου) απαλλαγμένη από εμπόδια, ώστε να μπορεί να παραμορφωθεί σωστά υπό το φορτίο και ακολουθήστε το βέλος για να το εγκαταστήσετε προς την κατεύθυνση της δύναμης που σκοπεύετε να μετρήσετε.

Μηχανολογικός Σχεδιασμός και Σύνδεση: Πώς να Συναρμολογήσετε την Ψηφιακή σας Ζυγαριά με HX711

Προχωρώντας στην πράξη, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε Πώς συνδέονται και συναρμολογούνται φυσικά η κυψέλη φορτίου και η μονάδα HX711. Αυτά είναι τα γενικά βήματα:

• Μηχανολογική εγκατάσταση: Χρησιμοποιήστε διαχωριστικά για να ασφαλίσετε το κελί φορτίου μεταξύ της βάσης και του δοχείου ή της πλατφόρμας που θα υποστηρίξει το βάρος. Το κέντρο του κελιού πρέπει να παραμένει ελεύθερο και να είναι το μόνο μέρος που κάμπτεται υπό φορτίο.
• Κατεύθυνση δύναμης: Παρατηρήστε το βέλος που είναι χαραγμένο στο κελί, το οποίο υποδεικνύει την κατεύθυνση προς την οποία πρέπει να εφαρμοστεί το βάρος.
• Ηλεκτρική σύνδεση: Συνδέστε κάθε ένα από τα καλώδια των στοιχείων στις αντίστοιχες ακίδες του HX711 ακολουθώντας τον χρωματικό κώδικα (Κόκκινο σε E+/VCC, Μαύρο σε E-/GND, Πράσινο σε A+/Output+, Λευκό σε A-/Output-). Για περισσότερες λεπτομέρειες, ανατρέξτε στο οδηγός για τη φόρτωση κελιών.
• Σύνδεση με τον μικροελεγκτή: Από την άλλη σειρά ακίδων στο HX711, συνδέστε το GND και το VCC στην τροφοδοσία ρεύματος και τις ακίδες DT (Data) και SCK (Clock) σε οποιεσδήποτε δύο ψηφιακές ακίδες στο Arduino ή σε οποιαδήποτε πλακέτα χρησιμοποιείτε.

Σε ζυγαριές μπάνιου ή σε πιο σύνθετα έργα, χρησιμοποιούνται συχνά τέσσερα απλά κελιά φορτίου τοποθετημένα στις γωνίες, των οποίων τα καλώδια πρέπει να συνδυαστούν χρησιμοποιώντας ένα μονάδα συνδυαστή ή ακολουθώντας το διάγραμμα χειροκίνητης σύνδεσης (μια εργασία ακριβείας στην οποία θα χρειαστεί να μελετήσετε προσεκτικά το φύλλο δεδομένων και να μετρήσετε αντιστάσεις για να αναγνωρίσετε κάθε καλώδιο).

Για όσους αναζητούν μέγιστη ακρίβεια, υπάρχουν μονάδες συνδυασμού από μάρκες όπως το SparkFun που απλοποιούν την καλωδίωση και σας επιτρέπουν να συνδυάσετε εύκολα τα σήματα και από τους τέσσερις αισθητήρες σε μία μόνο είσοδο συμβατή με το HX711.

Η Γέφυρα Wheatstone στην Πράξη: Πλεονεκτήματα και Σκέψεις

Η χρήση του Γέφυρα Γουίτστοουν Αυτό δεν είναι τυχαίο: επιτρέπει την ακριβή ενίσχυση των αλλαγών αντίστασης στα όργανα μέτρησης τάσης, καταφέρνοντας να επιλύσει πολύ μικρές διαφορές και επιτυγχάνοντας εξαιρετική γραμμικότητα στη μέτρηση.

Σε συστήματα όπου χρησιμοποιείται μόνο μία τετρασύρματη κυψέλη φορτίου, η γέφυρα είναι ήδη διαμορφωμένη και δεν χρειάζεται να περιπλέξετε τα πράγματα. Εάν θέλετε να δημιουργήσετε μια πιο ακριβή ισορροπία συνδυάζοντας πολλαπλά κελιά, θα πρέπει να τα συνδέσετε σε μια ενιαία γέφυρα Wheatstone, ακολουθώντας μια σαφώς καθορισμένη τοπολογία ή να χρησιμοποιήσετε μονάδες συνδυασμού. Αντιστροφή του σήματος εξόδου Αυτό μπορεί να συμβεί εάν, καθώς αυξάνεται το βάρος, η ένδειξη μειωθεί ή συμπεριφερθεί με τον αντίθετο τρόπο από τον αναμενόμενο. Σε αυτήν την περίπτωση, απλώς αντιστρέψτε τις συνδέσεις των καλωδίων A+ και A-.

Προηγμένα τεχνικά χαρακτηριστικά του HX711

Αυτή η ενότητα προσφέρει πολλαπλά οφέλη γεγονός που το καθιστά ιδιαίτερα δημοφιλές:

• Ανάλυση: Έως 24 bit, επιτρέποντας την ανίχνευση ελάχιστων αλλαγών βάρους.
• Προγραμματιζόμενη ενίσχυση: Μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ 128x ή 64x ανάλογα με τις ανάγκες ευαισθησίας σας.
• Ρυθμιζόμενος ρυθμός δειγματοληψίας: Μεταξύ 10 Hz και 80 Hz, επιτρέποντάς σας να προσαρμόσετε την ταχύτητα μέτρησης στη σταθερότητα της εφαρμογής.
• Συμβατότητα: Υποστηρίζει κελιά φορτίου πλήρους ή μισής γέφυρας, με δυνατότητα ανάγνωσης έως και δύο κελιών σε διπλή διαμόρφωση.
• Πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Σε ενεργή λειτουργία, λιγότερο από 1.5 mA· ιδανικό για συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρία.
• Θερμοκρασία λειτουργίας: Πολύ ευρύ φάσμα, από -40ºC έως +85ºC.
• Συμπαγής μορφή: Το μέγεθός του διευκολύνει την ενσωμάτωσή του σε πλακέτες και πρωτότυπα, με ακίδες έτοιμες για συγκόλληση ή εγκατάσταση σε breadboard.

Η τεκμηρίωσή του είναι εκτενής και υπάρχει μια μεγάλη κοινότητα προγραμματιστών, γεγονός που μεταφράζεται σε διαθεσιμότητα παραδείγματα κώδικα, βιβλιοθήκες και διαδικτυακοί οδηγοί για να ολοκληρώσετε γρήγορα το έργο σας.

Πώς να προγραμματίσετε και να βαθμονομήσετε μια ψηφιακή ζυγαριά βασισμένη στο HX711 και το Arduino

Η τοποθέτηση του υλικού είναι μόνο η μισή δουλειά. Για να λάβετε μετρήσεις βάρους ακριβείς, πρέπει να προγραμματίσετε και, πάνω απ' όλα, να βαθμονομήσετε σωστά το σύστημα. Ας δούμε πώς να το κάνουμε βήμα προς βήμα:

Εγκατάσταση της βιβλιοθήκης HX711

Το πρώτο βήμα είναι να εγκαταστήσετε τη βιβλιοθήκη που διευκολύνει την επικοινωνία με το HX711. Η πιο δημοφιλής και αξιόπιστη επιλογή είναι η βιβλιοθήκη που δημιουργήθηκε από την Bogde, διαθέσιμη στο GitHub. Μπορείτε να την κατεβάσετε χειροκίνητα ή να την εγκαταστήσετε απευθείας από το Διευθυντής Βιβλιοπωλείου από το Arduino IDE, αναζητώντας το "HX711".

Κύριες λειτουργίες της βιβλιοθήκης HX711

• έναρξη(PinData, PinClock): Αρχικοποιήστε το HX711 υποδεικνύοντας τις ακίδες δεδομένων και ρολογιού που χρησιμοποιούνται στον μικροελεγκτή σας.
• set_scale(κινητή κλίμακα): Αντιστοιχίζει την τιμή της ζυγαριάς ή τον συντελεστή μετατροπής. Αυτό είναι απαραίτητο ώστε οι μετρήσεις να αντιστοιχούν στο πραγματικό βάρος.
• εργασία(-εις): Εκτελεί μια μέτρηση απόβαρου, δηλαδή μηδενίζει τη μέτρηση με το τρέχον βάρος. n υποδεικνύει τον αριθμό των δειγμάτων που ελήφθησαν για τον προσδιορισμό του απόβαρου.
• ανάγνωση(): Εκτελεί μία μόνο ανάγνωση του σήματος από τον εσωτερικό ADC του HX711.
• ανάγνωση_μέσου_μέσου_χρόνου(n): Επιστρέφει τον μέσο όρο των n μετρήσεων. Αυξάνει το σταθερότητα y ακρίβεια της μέτρησης.
• get_value(n): Επιστρέφει την τιμή ένδειξης μείον το απόβαρο. Εάν περάσετε n, υπολογίζει τον μέσο όρο αυτού του αριθμού μετρήσεων.
• get_units(n): Υπολογίστε το βάρος αφαιρώντας το απόβαρο και διαιρώντας το αποτέλεσμα με τον συντελεστή ζυγαριάς.

Αυτές οι λειτουργίες καλύπτουν τον πλήρη κύκλο αρχικοποίησης, βαθμονόμησης, ζυγοστάθμισης και ανάγνωσης της ζυγαριάς.

Βαθμονόμηση: το απαραίτητο βήμα για ακριβή μέτρηση

La βαθμονόμησης Αυτό περιλαμβάνει την προσαρμογή του συντελεστή ζυγαριάς έτσι ώστε οι ψηφιακές μετρήσεις του HX711 να αντιστοιχούν στις πραγματικές τιμές βάρους στις επιθυμητές μονάδες (συνήθως κιλά ή γραμμάρια). Η συνήθης τεχνική είναι η εξής:

1. Χωρίς κανένα αντικείμενο στη ζυγαριά, εκτελεί ένα πρόγραμμα βαθμονόμησης που εκτελεί απόβαρο (ρύθμιση της ζυγαριάς στο μηδέν).
2. Τοποθετήστε ένα αντικείμενο γνωστού βάρους (ιδανικά, θα πρέπει να είναι κοντά στο μέγιστο βάρος που πρόκειται να μετρήσετε) στη ζυγαριά.
3. Καταγράψτε την τιμή ανάγνωσης χωρίς κλιμάκωση που σας δείχνει η σειριακή οθόνη. Είναι σύνηθες να υπολογίζετε τον μέσο όρο αρκετών μετρήσεων.
4. Υπολογίστε τον συντελεστή κλίμακας χρησιμοποιώντας τον τύπο: read_value / actual_weight = συντελεστής_κλίμακας, λαμβάνοντας υπόψη τις μονάδες που θέλετε (για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιήσετε βάρος 4 κιλών και η ένδειξη είναι 1.730.000, ο συντελεστής κλίμακας θα είναι 432500).
5. Τροποποιήστε το πρόγραμμα έτσι ώστε στη συνάρτηση set_scale να εισάγετε την υπολογισμένη τιμή.
6. Επαναλάβετε την μέτρηση. Προσθέστε ή αφαιρέστε βάρος για να ελέγξετε την ακρίβεια της μέτρησης.

Η βαθμονόμηση είναι ευαίσθητη στη θέση του κελιού, την ακαμψία της στήριξης, την ποιότητα της ηλεκτρικής επαφής και άλλους παράγοντες. Εάν αλλάξετε το κελί, τη μέθοδο εγκατάστασης ή το μοντέλο, θα χρειαστεί να το επαναβαθμονομήσετε.

Παράδειγμα κώδικα βαθμονόμησης και ζύγισης

Ένα τυπικό σκίτσο Arduino περιλαμβάνει δύο μέρη: βαθμονόμηση και μέτρηση. Το σκίτσο βαθμονόμησης σάς επιτρέπει να ρυθμίσετε διαδραστικά τον συντελεστή χρησιμοποιώντας την σειριακή οθόνη (+ ή – για να ρυθμίσετε με ακρίβεια την τιμή της κλίμακας). Το σκίτσο ζύγισης απλώς εμφανίζει το βάρος που αναγνώστηκε στην οθόνη χρησιμοποιώντας τον παράγοντα που λήφθηκε.

Μια βασική δομή κώδικα θα ήταν η ακόλουθη (προσαρμοσμένη και συνοπτική, ώστε να μην επαναλαμβάνεται κυριολεκτικά το περιεχόμενο των παραδειγμάτων):

• Περιλαμβάνει τη βιβλιοθήκη HX711.
• Ορίζει τους ακροδέκτες DATA και CLOCK.
• Αρχικοποιεί το HX711 και εκτελεί μέτρηση απόβαρου.
• Στον κύριο βρόχο, χρησιμοποιήστε την get_units() για να εμφανίσετε το βάρος που διαβάζεται κάθε μισό δευτερόλεπτο.
• Σας επιτρέπει να τροποποιήσετε τον συντελεστή βαθμονόμησης από την σειριακή οθόνη, εάν θέλετε να βελτιώσετε την ακρίβεια.

Αυτή η μέθοδος, η οποία έγινε δημοφιλής από την SparkFun και άλλους προγραμματιστές, διασφαλίζει τέλεια βαθμονόμηση ακόμη και αν το κελί δεν είναι ακριβώς το ίδιο με άλλα του ίδιου μοντέλου.

Προηγμένη ενσωμάτωση: ζυγαριές μπάνιου, IoT και βιομηχανικά συστήματα

Σε οικιακά έργα, οι κυψέλες φορτίου συχνά ανακτώνται από επαγγελματικές ζυγαριές μπάνιου (συνήθως διαθέτουν τέσσερις μεμονωμένους αισθητήρες). Για να τις συνδυάσετε και να τις συνδέσετε με το HX711, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα συνδυασμού ή να ακολουθήσετε συγκεκριμένα διαγράμματα σύνδεσης που σας επιτρέπουν να σχηματίσετε μια γέφυρα Wheatstone και με τους τέσσερις αισθητήρες. Εάν δεν έχετε μονάδα συνδυασμού, θα πρέπει να προσδιορίσετε τα καλώδια (συνήθως τρία ανά αισθητήρα) και να τα συνδυάσετε χρησιμοποιώντας την εσωτερική αναφορά αντίστασης μεταξύ των ζευγών.

Η ενσωμάτωση του HX711 δεν γνωρίζει όρια. Είναι αρκετά συνηθισμένη σε έργα IoT (Διαδίκτυο των Πραγμάτων), όπου το βάρος που παρακολουθείται από μια ψηφιακή ζυγαριά αποστέλλεται στο cloud χρησιμοποιώντας ένα ESP8266, NodeMCU ή παρόμοιο. Αυτό σας επιτρέπει να εκτελείτε αυτόματη ζύγιση, να ελέγχετε εξ αποστάσεως το απόθεμα, να παρακολουθείτε κυλίνδρους αερίου, δεξαμενές και άλλα συστήματα των οποίων το βάρος είναι μια κρίσιμη παράμετρος.

Στον βιομηχανικό τομέα, η στιβαρότητα και η ακρίβεια του HX711 επιτρέπουν τη χρήση του σε αυτόματα συστήματα δοσολογίας, συστήματα αυτόματου ελέγχου διεργασιών, μηχανήματα συσκευασίας και ιατρικές εφαρμογές, καθώς η ανάλυσή του επαρκεί για τη μέτρηση από γραμμάρια έως δεκάδες κιλά με μεγάλη ακρίβεια.

Συστάσεις και επίλυση συνηθισμένων προβλημάτων

Όταν κατασκευάζετε το δικό σας σύστημα ζύγισης, λάβετε υπόψη τις ακόλουθες συμβουλές:

• Αποφύγετε τους υπερβολικούς κραδασμούς ή τους κραδασμούς στο κελί φορτίου, καθώς ενδέχεται να προκαλέσουν ζημιά στους μετρητές ή να επηρεάσουν τη βαθμονόμηση.
• Εξασφαλίζει σωστή μηχανική στερέωση για την αποφυγή ακανόνιστων ή ασταθών μετρήσεων. Η κεντρική ζώνη πρέπει να είναι ελεύθερη και η δύναμη να είναι τέλεια ευθυγραμμισμένη με την υποδεικνυόμενη κατεύθυνση.
• Ελέγξτε τις ηλεκτρικές συνδέσειςΗ κακή επαφή μπορεί να προκαλέσει διακυμάνσεις ή θόρυβο στο σήμα, καθιστώντας δύσκολη τη βαθμονόμηση.
• Εάν οι μετρήσεις είναι ασταθείς ή διαφέρουν υπό κενό, εκτελέστε ένα νέο απόβαρο και βεβαιωθείτε ότι η παροχή ρεύματος είναι σταθερή.
• Εάν το αποτέλεσμα που διαβάζεται μεταβάλλεται αντίστροφα (μειώνεται με το βάρος), αντιστρέφει τις συνδέσεις A+ και A-.

Επίσης, εάν το έργο σας απαιτεί μέτρηση διαφορετικών εύρων βάρους σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, θυμηθείτε να προσαρμόσετε τον συντελεστή βαθμονόμησης ανάλογα. Να αποθηκεύετε πάντα τις τιμές βαθμονόμησης που λαμβάνονται για κάθε κελί και διαμόρφωση.

Χαρακτηριστικά της ενότητας HX711 και επιλογές συναλλαγών

Η αγορά προσφέρει μια μεγάλη ποικιλία συμβατών μονάδων HX711, τόσο σε εξειδικευμένα καταστήματα όσο και σε πλατφόρμες γενικής χρήσης. Συνήθως διατίθενται με δυναμοκυψέλες διαφορετικού εύρους (1 kg, 5 kg, 20 kg, 50 kg) και διαθέτουν ακίδες ή κεφαλίδες για εύκολη ενσωμάτωση. Αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά αυτών των μονάδων περιλαμβάνουν:

• Τάση λειτουργίας: μεταξύ 2.6V και 5.5V, επιτρέποντάς τους να χρησιμοποιηθούν με πλακέτες 3.3V και 5V.
• Πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: λιγότερο από 1.5 mA.
• Συμπαγείς μορφές: ιδανικό για ενσωματώσεις σε έργα DIY και πρωτότυπα.
• Τεκμηρίωση και υποστήριξη: Η κοινότητα και οι κατασκευαστές συχνά παρέχουν εκπαιδευτικά βίντεο, φύλλα δεδομένων και παραδείγματα χρήσης τόσο για το Arduino όσο και για άλλες πλατφόρμες.

Πρακτικά παραδείγματα χρήσης και εφαρμογών

Χάρη στην ευελιξία των δυναμοκυψελών και του HX711, είναι κατάλληλα για μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών:

• Ψηφιακές ζυγαριές οικιακής χρήσης και κουζίνας: για να ζυγίζετε συστατικά ή τρόφιμα με τη μέγιστη ακρίβεια.
• Συστήματα παρακολούθησης φιαλών αερίου: Επιτρέπουν την απομακρυσμένη παρακολούθηση της κατάστασης πλήρωσης για την αποφυγή εξάντλησης του εφοδιασμού.
• Έλεγχος αποθεμάτων σε αποθήκες και καταστήματα: Μέσω συνεχούς ζύγισης, το υπόλοιπο απόθεμα μπορεί να παρακολουθείται σε πραγματικό χρόνο.
• Ζυγαριές συνδεδεμένες με το cloud: Χρησιμοποιώντας πίνακες όπως το ESP8266, τα συλλεγόμενα δεδομένα μπορούν να οπτικοποιηθούν ή να υποστούν επεξεργασία σε διαδικτυακές πλατφόρμες για προηγμένη ανάλυση.
• Ιατρικός εξοπλισμός: όπως ζυγαριές για νοσοκομειακές κλίνες, συστήματα δοσολογίας και παρακολούθηση βάρους σε εργαστήρια.
• Ρομποτική και αυτόματα συστήματα δοσολογίας: για να διανείμει τη σωστή ποσότητα πρώτης ύλης σε κάθε διαδικασία.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, το πρωτόκολλο σύνδεσης και προγραμματισμού είναι πολύ παρόμοιο. Μόλις βαθμονομηθεί το στοιχείο, θα έχετε αξιόπιστες και ακριβείς μετρήσεις που θα βελτιώσουν τον αυτοματισμό και τον έλεγχο των συστημάτων σας.

Πώς να επιλέξετε το σωστό σύστημα για το έργο σας

Η απόφαση μεταξύ χρήσης μπαταρίας 1kg, 5kg, 20kg ή 50kg, ο τύπος τοποθέτησης και η βαθμονόμηση θα εξαρτηθούν από τις συγκεκριμένες ανάγκες σας. Δείτε πώς μπορείτε να επιλέξετε τη σωστή: ορισμένα κριτήρια για να πάρετε την καλύτερη απόφαση:

• Εύρος ζύγισης: Επιλέξτε ένα δυναμοκυψέλη με μέγιστη χωρητικότητα ελαφρώς υψηλότερη από το μέγιστο βάρος που θα μετράτε κανονικά.
• Απαιτούμενη ακρίβεια: Αν χρειάζεστε ακρίβεια γραμμαρίου, αναζητήστε δυναμοκυψέλες με υψηλή ευαισθησία και χαμηλό εύρος. Αν η εφαρμογή σας ανέχεται σφάλματα αρκετών γραμμαρίων ή δεκάδων γραμμαρίων, μπορείτε να επιλέξετε μοντέλα υψηλότερου εύρους.
• Δυσκολία μηχανικής συναρμολόγησης: Τα μοντέλα με βάση στήριξης για ζυγαριές κουζίνας είναι πιο εύκολα στην εγκατάσταση. Για τέσσερις αισθητήρες σε ζυγαριές μπάνιου, θα χρειαστεί να εργαστείτε για τη συναρμολόγηση των καλωδίων ή να αγοράσετε μια συνδυαστική μονάδα.
• Υποστήριξη μικροελεγκτή: Οι μονάδες HX711 είναι συμβατές με σχεδόν οποιαδήποτε κάρτα, αλλά βεβαιωθείτε ότι η τάση τροφοδοσίας και τα επίπεδα λογικής είναι σωστά.

Η αρθρωτή κατασκευή και η χαμηλή τιμή του HX711 και των δυναμοκυψελών του έχουν εκδημοκρατικοποιήσει την ηλεκτρονική τεχνολογία ζύγισης, επιτρέποντας σε οποιονδήποτε κατασκευαστή, φοιτητή ή επαγγελματία να κατασκευάσει το δικό του σύστημα μέτρησης με εγγυημένη επιτυχία.

Η σωστή επιλογή, η βαθμονόμηση και η μηχανική συναρμολόγηση καθορίζουν την επιτυχία του έργου σας. Με αξιόπιστες και σταθερές μετρήσεις, μπορείτε να ενσωματώσετε συστήματα ελέγχου, αυτοματισμού και παρακολούθησης με επαγγελματικά αποτελέσματα, τόσο σε οικιακές όσο και σε βιομηχανικές εφαρμογές.