Com construir escales de pesatge Arduino: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Al Projecte Restart de Londres organitzem esdeveniments de reparació on es convida al públic a portar tota mena d’elements elèctrics i electrònics per a la seva reparació, per tal de salvar-los de l’abocador. Fa uns mesos (en un esdeveniment al qual no vaig assistir) algú va portar unes bàscules de cuina defectuoses que ningú no podia solucionar.

Mai sense haver vist dins de cap balança digital i sense saber com funcionen, em vaig plantejar com un repte investigar-les, en el procés, construir dues versions pròpies.

Si voleu construir les vostres pròpies balances o incorporar una funció de pesatge en un projecte més ampli, podeu utilitzar aquest instructiu com a base, siguin quines siguin les vostres necessitats, des de fraccions de gram fins a molts quilos.

Per tant, em concentraré en l'electrònica, el programari i els principis subjacents. Com realitzeu el vostre propi projecte depèn completament de vosaltres.

També us mostraré com calibrar-los, encara que no tingueu pesos estàndard.

Després d’haver fet la meva investigació i haver-la validat construint les meves pròpies balances, vaig escriure els principis de les balances de pesatge, inclòs el que pogués deduir sobre la recerca d’errors, a la Wiki del Projecte Reinici. Vés a fer una ullada!

Pas 1: triar les cel·les de càrrega

Totes les balances digitals es construeixen al voltant d’una cel·la de càrrega de 4 terminals o de quatre cel·les de càrrega de 3 terminals. Què obtenir depèn del tipus d'escales que vulgueu fer. Tots són elèctricament compatibles i són bastant econòmics perquè pugueu canviar d’opinió més endavant o obtenir més d’un tipus per experimentar.

Per a bàscules de cuina o de correus amb una càrrega màxima d'entre 100 i 10 kg, podeu obtenir cèl·lules de càrrega de 4 terminals que consisteixen en una barra d'alumini. Es munta horitzontalment, es recolza en un extrem i suporta la plataforma de pesatge a l’altre. Té 4 medidors de tensió units. Explico completament com funciona al meu article de la wiki, de manera que no el repetiré aquí.

Aquests són menys adequats per a càrregues més pesades, com ara bàscules de bany, on el pes total d’una persona, que no necessàriament està centrat a la plataforma, està millor suportat per 4 cel·les de càrrega que suporten les 4 cantonades de la plataforma.

Aquí és on són més adequades quatre cel·les de càrrega de 3 terminals. Hi ha àmpliament disponibles unitats de 50 kg cadascuna, que junts pesen fins a 200 kg.

Altres, amb qualificacions encara més altes, estan dissenyades per suspendre el pes a mesurar a la manera de les balances d’equipatge

Pas 2: què més necessiteu?

A més de la vostra cel·la de càrrega o cèl·lules de càrrega, necessitareu:

• Un Arduino. Podeu utilitzar pràcticament qualsevol tipus que vulgueu, però he utilitzat el Nano, ja que té la interfície USB integrada i només costa uns quants quilos.
• Un mòdul HX711. Això pot incloure-se amb la vostra cel·la de càrrega, però està disponible de manera molt econòmica com a article separat de moltes fonts.
• Per prototipar, una placa de panell de 400 punts, cables de pont, tires de clavilles i endolls.

També necessitareu fusta, plàstic, cargols, cola o qualsevol cosa que necessiteu per a la vostra versió particular del projecte.

Pas 3: Preparació de les peces

Per utilitzar el mòdul HX711 a la placa de pa, soldeu una tira de pinces de 4 amples als pins de la interfície (GND, DT, SCK, VCC) de l'HX711.

Per facilitar la connexió i la desconnexió de la cèl·lula de càrrega (sobretot si esteu experimentant amb més d’un tipus), soldeu una tira de sòcol de 6 pins d’amplada als pins analògics. (Només necessiteu els pins E +, E-, A- i A +, però he instal·lat una tira de 6 amples de totes maneres per si volia experimentar amb els altres dos).

Si utilitzeu una cel·la de càrrega de 4 fils, haureu de soldar els 4 cables de la cel·la de càrrega a una tira de pins de 4 amples. Els dos primers passadors seran E + i E- i els altres dos A- i A +. Vaig gravar sobre les juntes de soldadura amb cinta de PVC per protegir-les. Una marca en un dels extrems i una marca corresponent a l’endoll del passador significa que sé quina és la manera de connectar-lo, tot i que no crec que tingui importància.

Les diferents cel·les de càrrega codifiquen els cables de manera diferent, però és fàcil saber quin és quin. Amb un mesurador de prova en un rang de resistència, mesureu la resistència entre cada parell de cables. Hi ha 6 possibles parells de 4 cables, però només obtindreu 2 lectures diferents. Hi haurà 2 parells que llegeixen un 33% més que els altres 4, per exemple, 1, 000Ω en lloc de 750Ω. Un d’aquests parells és E + i E- i l’altre és A + i A- (però no importa quin).

Una vegada que tot funciona, si l’escala llegeix un pes negatiu quan hi poseu alguna cosa, canvieu E + i E-. (O A + i A- si és més fàcil. Però no tots dos!)

Pas 4: Com utilitzar les cel·les de càrrega de 3 fils

Si utilitzeu quatre cel·les de càrrega de 3 fils, ens les haureu de connectar juntament amb un tros de tauler i agafar les connexions E +, E-, A + i A- de la combinació.

Com que els colors de filferro dels vostres poden ser diferents dels meus, anomenem els 3 colors de filferro de cada cel·la de càrrega A, B i C.

Amb un mesurador de prova en un rang de resistència, mesureu la resistència entre cada parell de cables. Hi ha 3 parells possibles, però només mesurareu 2 lectures diferents. Identifiqueu el parell que llegeix dues vegades qualsevol dels altres dos. Anomeneu aquest parell A i C. El que heu deixat de banda és B. (La resistència entre B i A o C és la meitat de la resistència entre A i C.)

Simplement, cal connectar les 4 cel·les de càrrega en un quadrat, amb el cable A de cadascuna connectat al cable A del seu veí i el cable C al cable C del seu veí a l’altra banda. Els cables B de dues cel·les de càrrega als costats oposats del quadrat són E + i E-, i els cables B de l’altre parell són A + i A-

Pas 5: connectar el tauler de pa

El cablejat de la taula de treball és molt senzill, ja que només necessiten 4 ponts. La biblioteca Fritzing només em va oferir una versió lleugerament diferent del mòdul HX711 de la meva, però el cablejat és el mateix. Podeu seguir el diagrama o, si utilitzeu un Arduino diferent, connecteu-lo com a la taula següent:

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

Pas 6: muntatge de les cel·les de càrrega

El tipus de barra d'alumini de cel·la de càrrega té dos orificis roscats a cada extrem. Podeu utilitzar un parell per muntar-lo en una base adequada amb un espaiador al mig. L’altre parell el podeu utilitzar de la mateixa manera per muntar una plataforma de pesatge, de nou, amb un espaiador. Només amb finalitats experimentals, podeu utilitzar qualsevol tros de fusta o plàstic que tingueu a mà, però per a un producte final polit, voldreu tenir més cura.

La forma més senzilla de muntar les quatre cel·les de càrrega de 3 fils es troba entre dues peces de aglomerat. Vaig fer servir un encaminador per fer 4 entranyes poc profundes a la base per localitzar positivament les quatre cel·les. En el meu cas, les retallades necessitaven un pou central una mica més profund perquè els dos reblons de la part inferior no descansessin a la base.

Vaig utilitzar una pistola de cola en calent per mantenir les cèl·lules de càrrega al seu lloc a la base i també per fixar el tauler a la base del centre. A continuació, vaig prémer amb força la plataforma de pesatge de manera que les espinetes a la part superior de les cel·les de càrrega fessin lleus sagnies. Vaig aprofundir amb l’encaminador i vaig comprovar que encara estaven ben alineats amb les cel·les de càrrega. Després vaig posar cola de fusió calenta sobre i al voltant de cada sagnat i vaig prémer ràpidament la plataforma de pesatge sobre les cèl·lules de càrrega abans que la cola s’endurís.

Pas 7: Programació de l'Arduino

Suposo que teniu l’IDE Arduino instal·lat al vostre ordinador i que sabeu com utilitzar-lo. En cas contrari, consulteu un dels molts tutorials d’Arduino; aquest no és el meu propòsit aquí.

Al menú desplegable IDE, seleccioneu Esbós - Inclou biblioteca - Gestiona biblioteques …

Escriviu hx711 al quadre de cerca. Hauria de trobar HX711-master. Feu clic a Instal·la.

Baixeu el fitxer adjunt HX711.ino, esbós d'exemple. Al menú desplegable Fitxer IDE, obriu el fitxer que acabeu de descarregar. L'IDE dirà que ha d'estar en una carpeta; permeteu-la posar-la en una.

Compileu i pengeu l’esbós i, a continuació, feu clic al monitor sèrie de l’IDE.

A continuació es mostra un exemple de sortida. A la fase d’inicialització mostra una mitjana de 20 lectures en brut de l’HX711 i, a continuació, estableix la tara (és a dir, el punt zero). Després d'això dóna una sola lectura en brut, una mitjana de 20 i una mitjana de 5 menys la tara. Finalment, una mitjana de 5 menys la tara i dividida pel factor d’escala per donar una lectura calibrada en grams.

Per a cada lectura dóna la mitjana calibrada de 20 i la desviació estàndard. La desviació estàndard és la ràbia dels valors en els quals s’espera que es trobi el 68% de totes les mesures. El 95% es troba dins del doble d’aquest interval i el 99,7% dins del triple, per tant, és útil com a mesura del rang d’errors aleatoris del resultat.

En aquest exemple, després de la primera lectura, vaig col·locar una nova moneda de lliura a la plataforma, que hauria de pesar 8,75 g.

HX711 Demo Inicialització de l'escala Raw ave (20): 1400260 Després de configurar l'escala: Raw: 1400215 Raw ave (20): 1400230 Raw ave (5) - tara: 27,00 Calibrated ave (5): 0,0 Lectures: Mitjana, Dev 20 lectures: -0,001 0,027 Temps realitzat: 1.850 Secs mitjana, dev. 0,034 Temps de durada: 1,849 seg. Mitjana, dev. Estàndard de 20 lectures: 8,746 0,026 Temps de durada: 1,848 seg.

Pas 8: calibració

L’esbós d’Arduino del pas anterior conté dos valors de calibratge (o factors d’escala) relacionats amb els meus 1 kg i el meu conjunt de quatre cel·les de càrrega de 3 fils de 50 kg. Es tracta de les línies 19 i 20. Haureu de realitzar el vostre propi calibratge, començant per qualsevol valor de calibratge arbitrari com 1 (a la línia 21).

No tenia pesos estàndard, de manera que per a la cèl·lula de càrrega d’1 kg vaig utilitzar una moneda nova d’1 GBP, que pesa 8,75 g. Idealment hauríeu d’utilitzar quelcom que pesés almenys una dècima del màxim de la balança.

Cerqueu alguna cosa (qualsevol cosa) d’un pes aproximadament adequat. Porteu-lo a la vostra oficina de correus local, fingiu que heu de publicar-lo i poseu-lo a la balança i anoteu amb compte el pes. O bé, podeu portar-lo a un comerciant, com ara un amable supermercat local. Qualsevol comerciant de confiança hauria de calibrar les seves escales regularment per complir els estàndards comercials.

Ara teniu un objecte de pes conegut. Col·loqueu-lo a la vostra balança i anoteu la lectura. Multipliqueu el factor d’escala actual per la lectura que heu obtingut i dividiu el resultat pel que hauria d’haver estat la lectura, ja sigui en grams, quilograms, lliures, micro-elefants o les unitats que trieu. El resultat és el vostre nou factor d’escala. Torneu a provar el vostre pes conegut i, si cal, repetiu el procés.