Đo trọng lượng bằng cảm biến lực: 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Bài đăng này sẽ trình bày cách thiết lập, khắc phục sự cố và bố trí lại mạch để đo trọng lượng dưới 1kg.

ARD2-2151 có giá € 9,50 và có thể được mua tại:

www.wiltronics.com.au/product/9279/load-ce…

Những gì đã được sử dụng:

- Cảm biến tải trọng 1Kg (ARD2-2151)

-hai bộ khuếch đại op

-An Arduino

Bước 1: Giới thiệu về Load Cell

Có đầu ra rất nhỏ và do đó cần được khuếch đại bằng bộ khuếch đại nhạc cụ (tổng mức tăng là 500 đã được sử dụng cho hệ thống này)

Nguồn DC 12V được sử dụng để cấp nguồn cho cảm biến lực.

hoạt động trong nhiệt độ từ -20 độ C đến 60 độ C, khiến nó không thể sử dụng được cho dự án mà chúng tôi đã nghĩ đến.

Bước 2: Xây dựng mạch

Cảm biến lực có một đầu vào 12V, và đầu ra sẽ được kết nối với một bộ khuếch đại thiết bị đo để tăng đầu ra.

Cảm biến lực có hai đầu ra, một đầu ra trừ và một đầu ra dương, sự khác biệt của hai đầu ra này sẽ tỷ lệ với trọng lượng.

Bộ khuếch đại yêu cầu kết nối + 15V và -15V.

Đầu ra của bộ khuếch đại được kết nối với Arduino cần kết nối 5V, nơi các giá trị tương tự sẽ được đọc vào và được chia tỷ lệ thành đầu ra trọng lượng.

Bước 3: Op-amp vi sai

Một bộ khuếch đại khác được sử dụng để khuếch đại sự khác biệt của đầu ra điện áp cộng và trừ từ cảm biến tải.

độ lợi được xác định bởi R2 / R

R cần tối thiểu là 50K ohms vì trở kháng đầu ra của cảm biến lực là 1k và hai điện trở 50k sẽ cho lỗi 1%, điều này có thể ngoại trừ

phạm vi đầu ra từ 0 đến 120 mV, điều này quá nhỏ và cần phải được khuếch đại nhiều hơn, có thể sử dụng mức khuếch đại lớn hơn trên bộ khuếch đại khác hoặc có thể thêm bộ khuếch đại không đảo ngược

Bước 4: Tăng Amp

Một bộ khuếch đại không đảo ngược được sử dụng vì bộ khuếch đại khác chỉ xuất ra 120mV

đầu vào tương tự cho arduino nằm trong khoảng từ 0 đến 5v vì vậy độ lợi của chúng ta sẽ vào khoảng 40 để đạt được càng gần phạm vi đó càng tốt vì điều đó sẽ làm tăng độ nhạy của hệ thống của chúng ta.

độ lợi được xác định bởi R2 / R1

Bước 5: Khắc phục sự cố

Nguồn cung cấp 15V cho op-amp, 10V cho cảm biến tải và 5V cho Arduino phải có điểm chung.

(tất cả các giá trị 0v cần được kết nối với nhau.)

Một vôn kế có thể được sử dụng để đảm bảo rằng điện áp giảm sau mỗi điện trở để giúp đảm bảo không có đoản mạch.

Nếu kết quả thay đổi và không nhất quán, có thể kiểm tra các dây được sử dụng bằng cách sử dụng vôn kế để đo điện trở của dây, nếu điện trở báo "ngoại tuyến" thì có nghĩa là có điện trở vô hạn và dây có mạch hở và không thể sử dụng được. Dây phải nhỏ hơn 10 ohms.

điện trở có một dung sai, có nghĩa là chúng có thể có lỗi, các giá trị điện trở có thể được kiểm tra bằng vôn kế nếu điện trở được loại bỏ khỏi mạch.

các điện trở nhỏ hơn có thể được mắc nối tiếp hoặc song song để có được giá trị điện trở lý tưởng.

Rseries = r1 + r2

1 / Rparallel = 1 / r1 + 1 / r2

Bước 6: Kết quả từ mỗi bước

Đầu ra từ cảm biến lực rất nhỏ và cần được khuếch đại.

Đầu ra nhỏ có nghĩa là hệ thống dễ bị nhiễu.

Hệ thống của chúng tôi được thiết kế xung quanh trọng lượng chúng tôi có sẵn là 500g, điện trở khuếch đại của bộ khuếch đại tỷ lệ nghịch với phạm vi của hệ thống của chúng tôi

Bước 7: Kết quả Arduino

Mối quan hệ trong các kết quả này là tuyến tính và cung cấp cho chúng ta công thức để tìm giá trị y (DU từ Arduino) cho một giá trị x nhất định (trọng số đầu vào).

Công thức này và kết quả đầu ra sẽ được cung cấp cho arduino để tính toán đầu ra trọng lượng cho cảm biến lực.

Bộ khuếch đại có độ lệch 300DU, điều này có thể được loại bỏ bằng cách chèn một cầu đá mì cân bằng trước khi điện áp cảm biến lực được khuếch đại. điều này sẽ cung cấp cho mạch độ nhạy hơn.

Bước 8: Mã

Mã được sử dụng trong thử nghiệm này được đính kèm ở trên.

Để quyết định ghim nào nên được sử dụng để đọc trọng lượng:

pinMode (A0, INPUT);

Độ nhạy (hệ số x trong excel) và độ lệch (hằng số trong eqn excel) được khai báo:

Mỗi khi hệ thống được thiết lập, phần bù phải được cập nhật thành DU hiện tại lúc 0g

độ lệch float = 309,71; độ nhạy float = 1,5262;

công thức excel sau đó được áp dụng cho đầu vào tương tự

và in ra màn hình nối tiếp

Bước 9: So sánh đầu ra cuối cùng với đầu vào

Đầu ra cuối cùng được đưa ra từ Arduino đã tính toán chính xác trọng lượng đầu ra.

Sai số trung bình 1%

Lỗi này là do DU khác nhau đọc ở cùng trọng lượng khi thử nghiệm được lặp lại.

Hệ thống này không phù hợp để sử dụng trong dự án của chúng tôi do giới hạn về phạm vi nhiệt độ.

Mạch này sẽ hoạt động với trọng lượng lên đến 500g, vì 5v là giá trị tối đa của arduino, nếu điện trở tăng giảm một nửa, hệ thống sẽ hoạt động đến 1kg.

Hệ thống có độ lệch lớn nhưng vẫn chính xác và thông báo thay đổi 0,4g.