Cách xây dựng cân đo Arduino: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tại Dự án Khởi động lại ở London, chúng tôi tổ chức các sự kiện sửa chữa, nơi các thành viên của công chúng được mời mang theo tất cả các mặt hàng điện và điện tử để sửa chữa, để cứu chúng khỏi bãi rác. Một vài tháng trước (tại một sự kiện mà tôi không thực sự tham dự) ai đó đã mang đến một số cân nhà bếp bị lỗi mà không ai có thể sửa chữa.

Chưa bao giờ nhìn thấy bên trong bất kỳ cân kỹ thuật số nào và không biết chúng hoạt động như thế nào, tôi coi đó là một thách thức khi nghiên cứu chúng, trong quá trình này, tạo ra hai phiên bản của riêng tôi.

Nếu bạn muốn xây dựng cân trọng lượng của riêng mình hoặc kết hợp chức năng cân trong một dự án rộng lớn hơn, bạn có thể sử dụng Có thể hướng dẫn này làm cơ sở, bất kể yêu cầu của bạn, từ cân nhỏ một gam cho đến nhiều kilôgam.

Do đó, tôi sẽ tập trung vào điện tử, phần mềm và các nguyên tắc cơ bản. Làm thế nào bạn nhận ra dự án của riêng bạn là hoàn toàn tùy thuộc vào bạn.

Tôi cũng sẽ chỉ cho bạn cách hiệu chỉnh chúng, ngay cả khi bạn không có bất kỳ quả cân chuẩn nào.

Sau khi thực hiện nghiên cứu của mình và xác nhận nó bằng cách xây dựng các thang đo của riêng mình, tôi đã viết ra các nguyên tắc của cân, bao gồm bất cứ điều gì tôi có thể suy luận về việc tìm lỗi, trong Wiki Dự án Khởi động lại. Hãy đi và xem qua!

Bước 1: Chọn các tế bào tải của bạn

Tất cả các loại cân kỹ thuật số đều được xây dựng xung quanh cảm biến lực 4 đầu hoặc bốn cảm biến lực 3 đầu. Cái nào để có được phụ thuộc vào loại quy mô bạn muốn thực hiện. Tất cả chúng đều tương thích về điện và khá rẻ nên bạn có thể thay đổi quyết định sau này hoặc mua nhiều loại để thử nghiệm.

Đối với cân nhà bếp hoặc cân bưu điện có tải trọng tối đa trong khoảng 100g đến 10kg, bạn có thể nhận được cảm biến lực 4 đầu bao gồm một thanh nhôm. Điều này được gắn theo chiều ngang, được hỗ trợ ở một đầu và hỗ trợ bệ cân ở đầu kia. Nó có 4 đồng hồ đo biến dạng gắn liền với nó. Tôi giải thích đầy đủ cách hoạt động của nó trong bài viết wiki của mình nên tôi không nhắc lại ở đây.

Những thứ này ít phù hợp hơn với các tải nặng hơn như cân phòng tắm, nơi trọng lượng toàn bộ của một người, không nhất thiết phải tập trung vào bệ, được hỗ trợ tốt hơn bởi 4 cảm biến lực hỗ trợ 4 góc của bệ.

Đây là nơi mà bốn cảm biến lực 3 đầu cuối phù hợp hơn. Những chiếc được đánh giá ở mức 50kg mỗi chiếc được bán rộng rãi, cộng lại sẽ nặng tới 200kg.

Những người khác có xếp hạng thậm chí cao hơn được thiết kế để đình chỉ trọng lượng được đo theo thời trang của cân hành lý

Bước 2: Những gì khác bạn cần

Ngoài cảm biến lực hoặc cảm biến lực, bạn sẽ cần:

• Một Arduino. Bạn có thể sử dụng hầu như bất kỳ loại nào bạn thích nhưng tôi đã sử dụng Nano vì nó có giao diện USB được tích hợp sẵn và vẫn chỉ có giá vài bảng Anh.
• Một mô-đun HX711. Điều này có thể đi kèm với cảm biến lực của bạn nhưng có sẵn với giá rất rẻ dưới dạng một mặt hàng riêng biệt từ nhiều nguồn.
• Để tạo mẫu, một breadboard 400 điểm, dây dẫn jumper, dải ghim và ổ cắm.

Bạn cũng sẽ cần gỗ, nhựa, đinh vít, keo dán hoặc bất cứ thứ gì bạn yêu cầu cho phiên bản cụ thể của dự án.

Bước 3: Chuẩn bị các bộ phận

Để sử dụng mô-đun HX711 trên breadboard, hãy hàn một pinstrip rộng 4 vào các chân giao diện (GND, DT, SCK, VCC) của HX711.

Để dễ dàng kết nối và ngắt kết nối cảm biến lực (đặc biệt nếu bạn đang thử nghiệm với nhiều loại), hãy hàn dải ổ cắm chân rộng 6 với các chân tương tự. (Bạn chỉ cần các chân E +, E-, A- và A + nhưng dù sao thì tôi cũng đã lắp dải rộng 6 trong trường hợp tôi muốn thử nghiệm với hai chân kia.)

Nếu bạn đang sử dụng cảm biến lực 4 dây, bạn sẽ cần phải hàn 4 dây dẫn từ cảm biến lực vào một dải chân 4 rộng. Hai chân đầu tiên sẽ là E + và E- và hai chân còn lại là A- và A +. Tôi dán băng keo PVC lên các mối nối hàn để bảo vệ chúng. Một dấu ở một đầu và một dấu tương ứng trên ổ cắm có nghĩa là tôi biết cách kết nối nó, mặc dù tôi không nghĩ điều đó quan trọng.

Các cảm biến lực khác nhau mã màu cho các dây khác nhau, nhưng rất dễ dàng để phân biệt đâu là dây. Với một đồng hồ đo thử nghiệm trên một dải điện trở, hãy đo điện trở giữa mỗi cặp dây. Có thể có 6 cặp 4 dây nhưng bạn sẽ chỉ nhận được 2 giá trị đọc khác nhau. Sẽ có 2 cặp đọc nhiều hơn 33% so với 4 cặp kia, giả sử, 1, 000Ω thay vì 750Ω. Một trong những cặp đó là E + và E- và cặp kia là A + và A- (nhưng không quan trọng là cặp nào).

Khi bạn đã làm cho mọi thứ hoạt động, nếu cân ghi trọng lượng âm khi bạn đặt thứ gì đó lên nó, hãy hoán đổi E + và E-. (Hoặc A + và A- nếu dễ hơn. Nhưng không phải cả hai!)

Bước 4: Cách sử dụng cảm biến lực 3 dây

Nếu bạn đang sử dụng bốn cảm biến lực 3 dây, bạn sẽ phải nối chúng lại với nhau bằng một miếng bảng dải và lấy các kết nối E +, E-, A + và A- từ sự kết hợp.

Vì màu dây của bạn có thể khác với màu của tôi, hãy gọi 3 màu dây của mỗi cảm biến lực là A, B và C.

Với một đồng hồ đo thử nghiệm trên một dải điện trở, hãy đo điện trở giữa mỗi cặp dây. Có thể có 3 cặp, nhưng bạn sẽ chỉ đo được 2 lần đọc khác nhau. Xác định cặp đọc hai lần một trong hai cặp còn lại. Gọi cặp này là A và C. Cặp bạn bỏ đi là B. (Cảm kháng giữa B và A hoặc C bằng một nửa điện trở giữa A và C.)

Nói một cách đơn giản, bạn cần đấu dây 4 cảm biến lực theo hình vuông, với dây A của mỗi tế bào được nối với dây A của hàng xóm của nó, và dây C với dây C của người hàng xóm của nó ở phía bên kia. Dây B của hai cảm biến lực ở các cạnh đối diện của hình vuông là E + và E-, và dây B của cặp còn lại là A + và A-

Bước 5: Nối dây cho Breadboard

Đấu dây cho breadboard rất đơn giản, chỉ cần 4 jumper. Thư viện Fritzing chỉ cung cấp cho tôi một phiên bản mô-đun HX711 hơi khác so với của tôi nhưng hệ thống dây điện thì giống nhau. Bạn có thể làm theo sơ đồ hoặc nếu bạn đang sử dụng Arduino khác, hãy kết nối nó như trong bảng bên dưới:

Chân Arduino HX711 Chân 3V3 VCC GND GND A0 SCK A1 DT

Bước 6: Gắn các Load Cell

Loại thanh nhôm của cảm biến lực có hai lỗ ren ở mỗi đầu. Bạn có thể sử dụng một cặp để gắn nó trên một đế phù hợp với một miếng đệm ở giữa. Một cặp khác bạn có thể sử dụng theo cách tương tự để gắn bệ cân, một lần nữa, với một miếng đệm. Chỉ với mục đích thử nghiệm, bạn có thể sử dụng bất kỳ mảnh gỗ vụn hoặc nhựa nào bạn có, nhưng đối với một sản phẩm cuối cùng được đánh bóng, bạn sẽ muốn chăm sóc nhiều hơn.

Cách dễ nhất để gắn bốn cảm biến lực 3 dây là giữa hai miếng bìa. Tôi đã sử dụng một bộ định tuyến để tạo 4 vết lõm nông trong đế để xác định vị trí tích cực của bốn ô. Trong trường hợp của tôi, các vết lõm cần có giếng trung tâm sâu hơn một chút để hai đinh tán ở phía dưới không nằm trên đế.

Tôi sử dụng súng bắn keo nóng chảy để giữ các cảm biến lực ở vị trí trên đế và cũng để cố định tấm bảng vào đế ở giữa. Sau đó, tôi ấn mạnh bệ cân xuống chúng để các nốt mụn trên đỉnh của cảm biến lực tạo ra những vết lõm nhẹ. Tôi đã đào sâu những điều này với bộ định tuyến và kiểm tra chúng vẫn được căn chỉnh tốt với các cảm biến lực. Sau đó, tôi bôi keo nóng chảy lên và xung quanh mỗi vết lõm và nhanh chóng ấn bệ cân lên các cảm biến lực trước khi keo đông cứng.

Bước 7: Lập trình Arduino

Tôi giả sử bạn đã cài đặt Arduino IDE trên máy tính của mình và biết cách sử dụng nó. Nếu không, hãy xem một trong nhiều hướng dẫn về Arduino - đó không phải là mục đích của tôi ở đây.

Từ menu thả xuống của IDE, chọn Phác thảo - Bao gồm Thư viện - Quản lý Thư viện…

Nhập hx711 vào hộp tìm kiếm. Nó sẽ tìm thấy HX711-master. Nhấp vào Cài đặt.

Tải xuống tệp đính kèm HX711.ino ví dụ phác thảo. Từ menu thả xuống Tệp IDE, hãy mở tệp bạn vừa tải xuống. IDE sẽ nói rằng nó cần phải ở trong một thư mục - hãy cho phép nó đặt nó vào một thư mục.

Biên dịch và tải lên bản phác thảo, sau đó nhấp vào Màn hình nối tiếp trong IDE.

Dưới đây là một số đầu ra ví dụ. Trong giai đoạn khởi tạo, nó hiển thị trung bình 20 bài đọc thô từ HX711, sau đó đặt giá trị (tức là điểm 0). Sau đó, nó cho một bài đọc thô duy nhất, trung bình là 20 và ít hơn trung bình là 5. Cuối cùng, lấy trung bình bớt đi 5 khối lượng và chia cho hệ số thang đo để có kết quả đọc được hiệu chuẩn tính bằng gam.

Đối với mỗi lần đọc, nó cho giá trị trung bình đã hiệu chuẩn là 20 và độ lệch chuẩn. Độ lệch chuẩn là cơn thịnh nộ của các giá trị trong đó 68% của tất cả các phép đo dự kiến sẽ nói dối. 95% sẽ nằm trong hai lần phạm vi này và 99,7% trong phạm vi gấp ba lần. Do đó, nó hữu ích như một phép đo phạm vi sai số ngẫu nhiên trong kết quả.

Trong ví dụ này, sau lần đọc đầu tiên, tôi đã đặt một đồng bảng Anh mới trên nền tảng, nặng 8,75g.

HX711 Demo Khởi tạo thang đo Nguyên ave (20): 1400260 Sau khi thiết lập thang đo: Nguyên: 1400215 Nguyên ave (20): 1400230 Nguyên ave (5) - tare: 27.00 ave đã hiệu chỉnh (5): 0.0 Số đọc: Trung bình, Std Dev của 20 lượt đọc: -0.001 0.027 Thời gian thực hiện: 1.850Secs Mean, Std Dev của 20 lượt đọc: 5.794 7.862 Thời gian thực hiện: 1.848Secs Mean, Std Dev của 20 lượt đọc: 8.766 0.022 Thời gian thực hiện: 1.848 0.034 Thời gian thực hiện: 1.849Secs Trung bình, Std Dev của 20 lần đọc: 8.746 0.026 Thời gian thực hiện: 1.848Secs

Bước 8: Hiệu chỉnh

Bản phác thảo Arduino ở bước trước chứa hai giá trị hiệu chuẩn (hoặc hệ số tỷ lệ) liên quan đến 1kg và bộ bốn cảm biến lực 3 dây 50kg của tôi. Các giá trị này nằm trên dòng 19 và 20. Bạn sẽ cần thực hiện hiệu chuẩn của riêng mình, bắt đầu với bất kỳ giá trị hiệu chuẩn tùy ý nào chẳng hạn như 1 (trên dòng 21).

Tôi không có bất kỳ quả cân tiêu chuẩn nào, vì vậy đối với cảm biến lực 1kg, tôi đã sử dụng đồng xu 1 bảng Anh mới, nặng 8,75g. Tốt nhất là bạn nên sử dụng thứ gì đó có trọng lượng ít nhất bằng một phần mười mức tối đa của cân.

Tìm thứ gì đó - bất cứ thứ gì - có trọng lượng gần như phù hợp. Mang nó xuống bưu điện địa phương của bạn, giả như bạn cần gửi nó, và đặt nó lên cân ở đó và ghi chú trọng lượng cẩn thận. Hoặc bạn có thể mang nó đến một thương nhân chẳng hạn như một người bán rau thân thiện ở địa phương. Bất kỳ nhà giao dịch có uy tín nào cũng nên cân chỉnh cân của họ thường xuyên để tuân thủ các tiêu chuẩn giao dịch.

Bây giờ bạn có một vật thể có trọng lượng đã biết. Đặt nó trên chiếc cân của bạn và ghi lại số đọc. Nhân hệ số tỷ lệ hiện tại của bạn với số đọc bạn nhận được và chia kết quả cho số đo đáng lẽ phải có, cho dù tính bằng gam, kilôgam, pound, vi voi hay bất kỳ đơn vị nào bạn chọn. Kết quả là hệ số quy mô mới của bạn. Hãy thử lại cân nặng đã biết của bạn và nếu cần, hãy lặp lại quá trình này.