Vandaag de dag, het nauwkeurig meten van gewicht en kracht Het is essentieel voor zowel industriële toepassingen als huishoudelijke en onderzoeksprojecten. Als u zich ooit heeft afgevraagd Wat is een rekstrooksensor? en hoe het de HX711-module Bent u op zoek naar een manier om uiterst nauwkeurige digitale weegschalen te ontwikkelen? Dan bent u hier aan het juiste adres. Hier bespreken we elk aspect, van theorie tot praktijk, zodat u elk detail begrijpt en leert hoe u uw eigen weegsysteem kunt implementeren.
De laatste tijd is het gebruik van populair geworden rekstrookjes samen met modules zoals de HX711 bij het maken van zelfgemaakte weegschalen, domoticaproducten en zelfs schoolexperimenten. Het mooiste is dat deze componenten betaalbaar zijn, compatibel met platforms zoals Arduino en geschikt voor betrouwbare metingen op professioneel niveau Als ze correct gekalibreerd zijn. Laten we alles eens stap voor stap bekijken, van basisbediening tot integratie en programmering.
Wat is een rekstrookje en hoe werkt het?
La rekstrookje is een piëzoresistieve sensor die een vervorming (door druk, trek of compressie) omzet in een variatie in elektrische weerstand, waardoor we indirect krachten of gewicht kunnen meten die op een oppervlak worden uitgeoefend. Deze eigenschap is fundamenteel voor belastingdetectie in moderne weegcellen..
In zijn meest basale ontwerp bestaat een voelermaat uit een zeer fijn metaalfilament Geplaatst in een kleeffolie. Wanneer de structuur waaraan het gelijmd is vervormd wordt, rekt of drukt het filament uit, waardoor de weerstand verandert. Deze verandering is weliswaar klein, maar wel evenredig met de uitgeoefende kracht. en kunnen elektrisch worden geanalyseerd.
Het piëzoresistieve effect De weerstand van de meter neemt toe bij uitrekken en neemt af bij indrukken. Hierdoor kan fysieke inspanning worden omgezet in een nauwkeurig meetbaar elektrisch signaal.
Deze meters hebben meestal standaardweerstandswaarden zoals 120Ω, 350Ω of 1000Ω, en de veranderingen veroorzaakt door vervormingen zijn minimaal: bijvoorbeeld een variatie van slechts 0.12 Ω over 120 Ω voor significante belastingen. Zonder een geschikt versterkings- en meetsysteem zouden deze kleine variaties echter moeilijk te detecteren zijn.
Weegcel: de toepassing van rekstrookjes
een weegcel Het is een transducer die gebruik maakt van rekstrookjes om mechanische krachten omzetten in elektrische signalenHet werkingsprincipe is eenvoudig: een of meer meters zijn bevestigd aan een metalen constructie die ontworpen is om voorspelbaar te vervormen onder belasting. Wanneer er gewicht op wordt uitgeoefend, vervormt de constructie, net als de meters, en wordt er een elektrisch signaal gegenereerd dat evenredig is met de spanning.
Er zijn verschillende soorten weegcellen (hydraulisch, pneumatisch, rekstrookjes, enz.), hoewel in elektronica en embedded systemen de rekstrookjes het meest voorkomen. Het consistente ontwerp maakt een hoge precisie en stabiliteit.
Cellen variëren in grootte, vorm, capaciteit en mechanische opstelling: van kleine exemplaren die een paar gram wegen tot industriële exemplaren die tonnen wegen.
Intern worden bij de meeste weegcellen 1, 2 of 4 rekstrookjes gemonteerd die een brug van Wheatstone vormen., een elektrisch circuit dat gevoelig is voor kleine variaties in de weerstand.
Wheatstone Bridge: Het geheim van gevoeligheid
El Wheatstone-brug is een schakeling van vier weerstanden in een vierkant, waarin zich een of meer rekstrookjes kunnen bevinden. Wanneer er geen belasting is, is het circuit in evenwicht en is er geen potentiaalverschil tussen de uitgangen. Wanneer de rekstrookjes vervormd zijn, wordt dit evenwicht verbroken. en er verschijnen detecteerbare spanningsverschillen die de toegepaste belasting weerspiegelen.
Deze configuratie vermenigvuldigt de gevoeligheid voor veranderingen in weerstand en maakt het mogelijk om kleine variaties te detecteren die anders onmogelijk vast te leggen zijn.
Bij thuis- of laboratoriumweegschalen is het gebruikelijk om vier meters te gebruiken die een complete Wheatstone-brug vormen, zoals bij veel personenweegschalen en weegplatforms. Dit helpt temperatuurfouten te verminderen en de lineariteit en nauwkeurigheid te verbeteren.
Waarom hebben we de HX711-module nodig?
Hoewel de Wheatstone-brug spanningsvariaties versterkt, de veranderingen zijn extreem klein (in de orde van microvolt). Microcontrollers zoals Arduino kunnen ze nauwelijks detecteren, laat staan nauwkeurige metingen doen.
El HX711-module Het betreft een chip die speciaal is ontworpen voor weegsystemen met rekstrookjes, waardoor nauwkeurige metingen mogelijk zijn.
El HX711 werkt als instrumentatieversterker y 24-bits analoog-naar-digitaal-converter (ADC)De belangrijkste functie is:
- Ontvang het differentiële signaal van de Wheatstone-brug.
- Versterk het voor gemakkelijk lezen.
- Transformeer het naar een digitaal signaal met hoge resolutie zodat de microcontroller deze kan verwerken.
Bovendien beschikt de HX711 over een eenvoudige digitale interface met slechts 2 pinnen (klok en data), vergelijkbaar met de I2C-bus, wat de verbinding en communicatie met software vereenvoudigt.
Kenmerken van de HX711-module
El HX711 Het valt op door zijn hoge gevoeligheid en lage kosten. Enkele van de belangrijkste kenmerken zijn:
- 24-bits precisie om minimale gewichtsveranderingen te detecteren.
- Geïntegreerde en programmeerbare signaalversterking (meestal x128 of x64).
- Twee onafhankelijke analoge ingangskanalen.
- Digitale interface met 2 pinnen (seriële data en seriële klok).
- Voeden 2,6V naar 5,5V, compatibel met Arduino en andere microcontrollers.
- Laag energieverbruik.
De module wordt doorgaans geleverd met twee rijen pinnen: één voor de verbinding met de loadcell en één voor de microcontroller.
Deze pinnen worden meestal als volgt gelabeld: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKTypische loadcellkabels zijn:
- rood: Positieve excitatie (E+ / VCC)
- Zwart: Negatieve excitatie (E- / GND)
- wit: Negatieve uitgang (A-)
- groen: Positieve output (A+)
Verbindingstypen en loadcell-varianten
Standaard loadcell-bedrading is vieraderig, hoewel de kleuren kunnen variëren afhankelijk van de fabrikant. Sommige goedkope of gerecyclede versies hebben drie draden, terwijl geavanceerdere versies een vijfde gele of blauwe draad hebben voor afscherming of aarding.
Bij thuisprojecten zijn de meest voorkomende loadcellen: 5 kg of 20 kg, hoewel er voor industriële toepassingen ook versies tot 50 kg of meer zijn.
Om meerdere cellen met elkaar te verbinden, zoals in een personenweegschaal, combinermodule of handmatige aansluiting, waarvoor elektrische kennis vereist is. Het is belangrijk om de richting van de pijl op de cel te noteren voor een correcte meting, zodat het centrale deel vrij blijft en de vervorming optimaal is.
Een digitale weegschaal monteren: materialen en verbindingen
om een te bouwen digitale weegschaal Voor rekstrookjes en HX711 heeft u het volgende nodig:
- Een microcontroller (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266, enz.).
- Minimaal één weegcel (1 kg, 5 kg, 20 kg… indien nodig).
- Een HX711-module.
- Een stijf oppervlak voor het platform.
- Kabels, connectoren en schroeven.
Optioneel kunt u het volgende toevoegen:
- LCD-scherm of display om het gewicht weer te geven.
- Knoppen voor tarra en modus.
- Steunen of platen voor de constructie.
- Connectiviteitscomponenten zoals WiFi of Bluetooth met ESP8266/ESP32.
De verbindingen zijn eenvoudig:
- Sluit de celdraden aan op de HX711-pinnen: rood op E+, zwart op E-, wit op A-, groen op A+.
- VCC en GND van de HX711 aan op de 5V en GND van de microcontroller.
- DT en SCK van HX711 op digitale pinnen (voorbeeld 3 en 2).
- Monteer de cel op de constructie en zorg ervoor dat alleen het centrale gedeelte vrij blijft voor een correcte meting.
Programmeren met Arduino en de schaal kalibreren
Om de gegevens te lezen, moet de Bogde's HX711 boekwinkel, beschikbaar in de Arduino IDE Library Manager. Enkele belangrijke functies zijn:
- begin(pinData, pinClock): start de module.
- taak(en): stelt het gewicht in de tarrafunctie op nul in.
- set_scale(schaal): definieert de factor waarmee meetwaarden worden omgezet in gewichtseenheden.
- read() / read_average(n): ruwe of gemiddelde metingen verkrijgen.
- get_value(n): geeft de waarde terug zonder tarragewicht.
- get_units(n): geeft het met de weegschaal aangepaste gewicht en tarra weer.
Kalibratie bestaat uit het plaatsen van een bekend gewicht, het uitvoeren van de meting en het berekenen van de schaalfactor: weegschaal = aflezen / werkelijk gewichtVervolgens wordt het in de code geïntroduceerd ter aanpassing voor toekomstige metingen.
Voor nauwkeurige en stabiele resultaten raden wij u aan om meerdere metingen uit te voeren en de schaalfactor op de seriële monitor aan te passen.
Voorbeeldprogramma's voor digitale weegschaal met HX711 en Arduino
Een eenvoudig voorbeeld van het weergeven van gewicht op een seriële monitor zou zijn:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Vervang door uw eigen waarde 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("Huidig gewicht: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println("kg"); delay(500); }
U kunt het systeem uitbreiden met een LCD-scherm, knoppen of door de schaal op te slaan in EEPROM. Zo kunt u de kalibratie snel en nauwkeurig uitvoeren en een professionelere ervaring creëren.
Mogelijke problemen en praktisch advies
1. Variaties in draadkleuren: Controleer de verbindingen met behulp van de datasheet of door weerstanden te meten. Over het algemeen komt het paar met de hoogste weerstand overeen met de excitatie (+/-).
2. Incoherente lezingen: Verwissel de A+ en A- uitgangskabels als de metingen omgekeerd of onregelmatig lijken te zijn.
3. Mechanische stabiliteit: Zorg ervoor dat u de cel goed vastzet en dat alleen het centrale deel van de structuur het gewicht draagt om fouten te voorkomen.
4. Ruis en interferentie: Gebruik indien mogelijk korte, afgeschermde kabels en plaats het systeem uit de buurt van bronnen van elektrische ruis.
5. Temperatuurvariaties: Meters zijn gevoelig voor thermische veranderingen. Voer indien mogelijk kalibraties uit onder stabiele omstandigheden of gebruik cellen met 4 meters.
Uitbreiding en mogelijke toepassingen van het systeem
U kunt met uw besturingssysteem de volgende functies toevoegen:
- Geef het gewicht weer op een LCD-scherm.
- Stel waarschuwingen in voor gewichtslimieten.
- Verbind het apparaat via ESP8266/ESP32 met de cloud voor bewaking op afstand.
- Gebruik het bij experimenten, het meten van ingrediënten, automatisering, domotica, enzovoort.
De HX711-integratie vergemakkelijkt educatieve projecten, voorraadbeheer, commerciële weegschalen, gascilinderbediening en nog veel meer creatieve ideeën.
