Come impostare e calibrare le celle di carico con HX711?

Il modulo HX711 appare come una base nei moderni sistemi di pesatura, fungendo da pericoloso bordo tra i microcontrollori e le celle di carico, assenso di base nella misurazione del peso e della forza.Questo articolo esplora i dettagli dell'HX711, evidenziando la sua operazione a doppio canale che si rivolge a una o due celle di carico, offrendo flessibilità nella configurazione.Influenza un convertitore da analogico a digitale a 24 bit (ADC) e un amplificatore di guadagno programmabile a bordo (PGA) per garantire uscite digitali minimizzate al rumore da segnali analogici minimi.Il coinvolgimento di metodi di calibrazione precisi, comprese le regolazioni zero e su vasta scala, è evidenziato per garantire l'accuratezza in varie applicazioni dalle scale industriali ai sistemi di cucina intelligente.L'articolo esplora l'impatto di fattori ambientali come la temperatura sulle prestazioni delle cellule di carico, dettagliando le tecniche di compensazione che migliorano l'affidabilità.Le configurazioni della connessione, i problemi tipici riscontrati e la risoluzione dei problemi dei problemi forniscono approfondimenti pratici per ottimizzare la funzionalità e la durata dei sistemi basati su HX711.

Catalogare

Cos'è HX711?

Figura 1: HX711

L'HX711 è un modulo elettronico comunemente usato per interfacciarsi con le celle di carico, che sono sensori che misurano peso o forza.Presenta un ADC a 24 bit e un amplificatore integrato per convertire segnali analogici dalle celle di carico in un'uscita digitale ad alta risoluzione, garantendo misurazioni accurate di peso.L'HX711 supporta due canali, consentendo la connessione a una o due celle di carico e fornendo flessibilità per diverse configurazioni del sistema di pesatura.Ottimizzato per il basso rumore, il modulo garantisce misurazioni di peso precise minimizzando l'interferenza.Comunica con i microcontrollori, come Arduino, attraverso una semplice interfaccia seriale, che richiede solo pochi pin per la trasmissione dei dati.L'HX711 funziona a bassa potenza, rendendolo adatto per i sistemi alimentati a batteria.L'amplificatore di bordo ha un guadagno regolabile, consentendo la personalizzazione in base alla sensibilità della cella di carico collegata.

Il piccolo segnale analogico dalla cella di carico è amplificato dall'amplificatore di guadagno programmabile incorporato di HX711 (PGA), in genere impostato su un guadagno di 128 o 64, a seconda della potenza del segnale di uscita del sensore.Questo segnale amplificato viene quindi immesso in un convertitore A/D a 24 bit, trasformandolo in un segnale digitale ad alta precisione.Durante questo processo sono necessarie una corretta schermatura e messa a terra della linea del segnale per prevenire l'interferenza esterna.Una volta convertito, il segnale digitale viene inviato al microcontrollore tramite l'interfaccia seriale di HX711.Le tecniche di filtraggio digitale come il filtro medio mobile o il filtro Kalman possono essere applicati per migliorare l'accuratezza della misurazione.La calibrazione comporta una calibrazione zero per impostare l'uscita del sensore su zero senza peso e calibrazione su vasta scala per regolare l'uscita per abbinare il peso effettivo di un oggetto standard noto.

Collegamento di HX711 nella cella di carico

Figura 2: HX711 nella cella di carico

HX711 è progettato principalmente per l'interfacciamento con una cella di carico nei sistemi di pesatura.In una configurazione tipica, una cella di carico, che di solito viene fornita con quattro fili - rosso (eccitazione + o VCC), nero (eccitazione - o GND), bianco (segnale +) e verde (segnale -) - è direttamente collegata aHX711.I fili rossi e neri sono collegati rispettivamente agli E+ e alle e-pin sull'HX711, fornendo la tensione di eccitazione richiesta.I fili bianchi e verdi sono attaccati alle pin A+ e agli A+ HX711, che gestiscono le uscite del segnale della cella di carico.

Per l'alimentazione, l'HX711 richiede una tensione di alimentazione in genere tra 2,6 V e 5,5 V. I pin del modulo presentano i pin di clock (SCK) e dati (DT) che si collegano ai corrispondenti pin digitali su un microcontrollore, facilitando la comunicazione digitale.Dopo aver effettuato tutte le connessioni fisiche, il sistema deve essere calibrato con pesi noti per garantire l'accuratezza, regolando il software del microcontrollore per correlare l'uscita analogica della cella di carico a valori di peso specifici.La messa a terra corretta dell'HX711 nel terreno del microcontrollore e, se possibile, a una terra di terra, è necessaria per ridurre al minimo il rumore e l'elevazione della precisione di misurazione.

Confronto di diversi tipi di celle di carico

Caratteristica	Tipo di compressione	Tipo di tensione	Tipo a punto singolo	Tipo di trave flettente
Principio	Misura il carico applicato in verticale	Misura il carico applicato in verticale	Misura il carico applicato in un'area	Misura il carico tramite forza di flessione
Orientamento del carico	Forza di compressione	Forza di trazione	Qualsiasi direzione all'interno di un piano	Flessione o flessione
Precisione	Alto	Alto	Da moderato a alto	Moderare
Costo	Moderare	Da moderato a alto	Da basso a moderato	Basso
Manutenzione	Basso	Basso	Basso	Basso
Produzione	Segnale elettrico	Segnale elettrico	Segnale elettrico	Segnale elettrico
Applicazioni comuni	Scale industriali, pesatura del serbatoio	Scale di gru, test del materiale	Scale al dettaglio, bilance della piattaforma	Pesatura del serbatoio, sistemi industriali
Vantaggi	Alta capacità, robusto	Adatto per carichi dinamici	Comodo per carichi asimmetrici	Conveniente per determinati intervalli
Svantaggi		Limitato ai carichi di compressione	Limitato ai carichi di trazione	Non è adatto per il caricamento fuori centraggio

Effetti della temperatura sulla cella di carico

Figura 3: temperatura sulla cella di carico

Le variazioni di temperatura influiscono significativamente sull'accuratezza delle cellule di carico, causando variazioni di deriva e sensibilità zero dovute all'espansione termica e al coefficiente di temperatura di resistenza dei materiali di deformazione.Per mitigare questi effetti, è possibile impiegare diversi metodi di compensazione della temperatura.Un metodo è l'uso di termocoppie o termistori per monitorare la temperatura operativa del sensore in tempo reale, elaborata dai sistemi software per correggere gli errori di misurazione.Un altro approccio prevede la selezione dei materiali di cimiora con proprietà di compensazione della temperatura intrinseca.La progettazione di un efficace circuito del ponte, composto da quattro cuscinetti di deformazione, disposti simmetricamente e l'aggiunta di resistori di compensazione della temperatura minimizza ulteriormente gli effetti della temperatura.Il mantenimento di un ambiente di temperatura costante è focale per i saldi di laboratorio ad alta precisione e l'uso di adesivi con elevata stabilità termica garantisce punti di saldatura fermi nelle connessioni del circuito del ponte per evitare problemi come la saldatura a freddo.

Project esempi tramite HX711 e CARICA CELLA

Per la scala della cucina intelligente, i materiali richiesti includono un modulo HX711, una cella di carico a punto singolo, un microcontrollore Arduino e uno schermo del display.Il processo di costruzione prevede la protezione della cella di carico sulla base della scala, collegandola all'HX711 e interfacciando l'HX711 con Arduino.Arduino è programmato per gestire le operazioni di HX711, leggere continuamente i dati di peso e visualizzare queste informazioni sullo schermo.Un miglioramento opzionale è integrare un modulo Bluetooth per la trasmissione di dati di peso a un'app mobile.

Figura 4: caricamento della cella con microcontrollore Arduino

Per la cestino intelligente, i componenti richiesti sono un modulo HX711, una cella di carico a punto singolo, un microcontrollore Arduino e un meccanismo di notifica come un cicalino o una luce a LED.La configurazione prevede l'installazione della cella di carico nella parte inferiore della cestino e la collegarla a HX711 e Arduino.Il software di Arduino è personalizzato per monitorare il peso della spazzatura e emettere avvisi tramite il cicalino o LED quando la spazzatura raggiunge un peso predefinito.L'aggiunta di un modulo wireless per il monitoraggio remoto e la configurazione del sistema per inviare avvisi e dati di peso a un'applicazione mobile è un'altra opzione benefica.

Figura 5: microcontrollore Arduino con luci a LED

Problemi comuni e risoluzione dei problemi

Quando si utilizza il modulo HX711 e i sensori di pesatura, è possibile riscontrare diversi problemi come rumore del segnale, deriva zero, instabilità del segnale e sfide di manutenzione generale.Per affrontare il rumore del segnale, l'installazione di condensatori filtranti vicino al perno di alimentazione di HX711 può mitigare il rumore dalle fluttuazioni di potenza.L'utilizzo di cavi schermati aiuta a isolare l'interferenza elettromagnetica, che è particolarmente richiesta nelle trasmissioni a lunga distanza.L'uso di un oscilloscopio può aiutare a identificare le fonti di rumore nelle linee di potenza e del segnale e i cavi schermati correttamente a terra riduce ulteriormente l'interferenza.I problemi di deriva zero possono essere ridotti al minimo attraverso la calibrazione regolare e il mantenimento di un ambiente di temperatura costante o utilizzando dispositivi di compensazione della temperatura.È inoltre consigliabile monitorare e regolare continuamente le variazioni di temperatura per garantire la stabilità.

Per l'instabilità del segnale, ispezionare i punti di saldatura sia sul sensore che sul modulo HX711 per assicurarsi che siano fermi.Controllare tutti i cavi per l'integrità e un buon contatto e utilizzare un multimetro per misurare la resistenza in ciascun punto di contatto per confermare l'integrità della connessione.Sono necessarie manutenzioni e calibrazione regolari.Ciò include il controllo della tensione di alimentazione, la garanzia di connessioni di linea di segnale sicure e la valutazione dello stato meccanico del sensore.La calibrazione con un peso standard è focale per mantenere l'accuratezza dell'uscita del sensore.

Conclusione

Il modulo HX711 è coinvolto nella trasformazione dei sistemi di misurazione del peso di base in soluzioni tecniche affidabili e adattabili.Attraverso un'analisi completa della sua progettazione, applicazione e potenziali problemi, questo articolo non solo illustra il ruolo del modulo nell'elevazione della precisione e della stabilità delle celle di carico, ma fornisce anche un progetto per una risoluzione e manutenzione efficaci.Che si tratti di elevazione dell'elaborazione del segnale digitale o qualificare gli effetti avversi delle variazioni di temperatura, le strategie qui discusse sono necessarie per ingegneri e tecnologi che mirano a collegare il pieno potenziale di HX711 nelle applicazioni sensibili al peso.I progressi futuri nella scienza dei materiali e nell'elettronica digitale mantengono la promessa di elevare ulteriormente le capacità di moduli come l'HX711, a pavimento la strada a sistemi di pesatura più efficienti e accurati.

Domande frequenti [FAQ]

1. Qual è la sensibilità della cella di carico HX711?

La sua sensibilità, che indica quanto è piccolo un cambiamento di peso che può rilevare, è determinata principalmente dalla cella di carico ad essa collegata.Le celle di carico forniscono una sensibilità che va da 1 mV/V a 3 mV/V, il che significa che la tensione di uscita cambia di questa quantità per volt di eccitazione a pieno carico.

2. Come si aumenta la sensibilità di una cella di carico?

Per aumentare la sensibilità di una cella di carico, è possibile adottare diversi passaggi.Innanzitutto, prendi in considerazione l'uso di una cella di carico che offre una maggiore sensibilità, indicata da un'uscita MV/V più elevata.Successivamente, la qualità del segnale può essere migliorata adottando migliori pratiche di cablaggio e utilizzando tecniche di schermatura per ridurre le interferenze del rumore.L'uso di un convertitore analogico a digitale ad alta risoluzione (ADC) o uno con prestazioni di rumore superiore, come l'HX711, può essere utile.L'HX711 può anche essere disposto per operare a un set di guadagno più elevato, aumentando ulteriormente la sensibilità della cella di carico.

3. Qual è la velocità di campionamento massima per HX711?

Il modulo HX711 può produrre velocità dati in genere fino a 80 campioni al secondo nella sua modalità predefinita.Regolando il pin di selezione della velocità (pin di velocità), è possibile cambiare la sua modalità per aumentare la velocità a 10 Hz per misurazioni a risoluzione più elevata, sacrificando una certa velocità per una maggiore precisione.

4. Puoi sovraccaricare una cella di carico?

Sì, è possibile sovraccaricare una cella di carico, che può portare a danni permanenti o degrado della sua precisione.Le celle di carico sono generalmente valutate con una capacità massima e un margine di sovraccarico, in genere circa il 150% della loro capacità nominale.Superando questo limite rischia la deformazione meccanica e il fallimento dei calibri all'interno della cellula.

5. Come bilanciare le celle di carico?

Il bilanciamento di più celle di carico in un sistema di pesatura è focale per ottenere misurazioni accurate.Per bilanciare efficacemente le celle di carico, è importante garantire prima che tutte le celle di carico abbiano la stessa capacità e tipo.Dovrebbero essere installati allo stesso modo e la piattaforma o la struttura devono essere rigide per supportare uniformemente ogni cella.Una scatola di giunzione può essere utilizzata per combinare elettricamente e bilanciare i segnali da ciascuna cella di carico.Se disponibile, regolare l'uscita attraverso potenziometri per garantire una distribuzione uniforme del carico tra tutte le celle.Dopo l'installazione, è necessario calibrare l'intero sistema per tenere conto di eventuali modifiche nelle uscite delle singole celle.