Kuinka asentaa ja kalibroida kuormitussolut HX711: n kanssa?

HX711 -moduuli ilmestyy perustana nykyaikaisissa punnitusjärjestelmissä, jotka toimivat vaarallisena reunana mikrokontrollerien ja kuormitussolujen välillä - selviävät painon ja voiman mittauksen.Tässä artikkelissa tutkitaan HX711: n yksityiskohtia, korostaen sen kaksikanavaista toimintaa, joka palvelee joko yhteen tai kahteen kuormakennoon ja tarjoaa joustavuuden konfiguraatiossa.Se vaikuttaa 24-bittiseen analogiseen digitaalimuuntimeen (ADC) ja laivaan ohjelmoitavaan vahvistusvahvistimeen (PGA), jotta varmistetaan korkearesoluutioinen, kohinan minimoitu digitaalinen lähtö minimaalisista analogisista signaaleista.Tarkat kalibrointimenetelmät, mukaan lukien nolla ja täysimittaiset säädöt, on korostettu tarkkuuden varmistamiseksi erilaisissa sovelluksissa teollisuusasteikosta älykkäisiin keittiöjärjestelmiin.Artikkelissa tutkitaan ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan vaikutusta kuormitussolujen suorituskykyyn, yksityiskohtaisesti kompensointitekniikat, jotka lisäävät luotettavuutta.Yhteysasetukset, tyypilliset kohtaamat ongelmat ja vianetsintämenetelmät tarjoavat käytännön näkemyksiä HX711-pohjaisten järjestelmien toiminnallisuuden ja kestävyyden optimoinnista.

Luettelo

Mikä on HX711?

Kuva 1: Hx711

HX711 on elektroninen moduuli, jota käytetään yleisesti rajapinnan liittämiseen kuormituskennoihin, jotka ovat painoa tai voimaa mittaavat anturit.Siinä on 24-bittinen ADC ja integroitu vahvistin kuormitussolujen analogisten signaalien muuttamiseksi korkearesoluutioiseksi digitaaliseksi lähtöksi, joka takaa tarkkoja painomittauksia.HX711 tukee kahta kanavaa, mikä mahdollistaa yhteyden yhteen tai kahteen kuormakennoon ja tarjoaa joustavuuden erilaisille punnitusjärjestelmän kokoonpanoille.Moduuli varmistaa pienen kohinan optimoidun painon mittaukset minimoimalla häiriöt.Se kommunikoi mikrokontrollereiden, kuten Arduinon, kanssa yksinkertaisen sarjarajapinnan kautta, mikä vaatii vain muutamia tapoja tiedonsiirtoa varten.HX711 toimii pienellä teholla, joten se sopii akkukäyttöisiin järjestelmiin.Sen aluksella vahvistimella on säädettävä vahvistus, mikä mahdollistaa mukautuksen kiinnittyneen kuormitussolun herkkyyden perusteella.

Kuormitussolun pieni analoginen signaali vahvistaa HX711: n sisäänrakennetun ohjelmoitavan vahvistusvahvistimen (PGA), joka on tyypillisesti asetettu 128 tai 64 vahvistukseen anturin lähtösignaalin voimakkuudesta riippuen.Tämä monistettu signaali syötetään sitten 24-bittiseen A/D-muuntimeen muuttaen sen tarkkaan digitaaliseen signaaliksi.Tämän prosessin aikana vaaditaan signaalilinjan asianmukainen suojaus ja maadoitus ulkoisten häiriöiden estämiseksi.Kun digitaalinen signaali lähetetään mikrokontrollerille HX711: n sarjarajapinnan kautta.Digitaalisia suodatustekniikoita, kuten liikkuva keskimääräinen suodatus tai Kalman -suodatus, voidaan käyttää mittaustarkkuuden parantamiseksi.Kalibrointi sisältää nollakalibroinnin, jotta anturin lähtö asettaa nollaan ilman painoa ja täysimittakaavaa kalibrointia, jotta lähtö voidaan säätää tunnettujen standardiobjektin todellista painoa.

HX711: n kytkentä kuormakennoon

Kuva 2: Hx711 kuormitussolussa

HX711 on suunniteltu ensisijaisesti rajaamaan kuormituskennon kanssa punnitusjärjestelmissä.Tyypillisessä asennuksessa kuormakenno, joka yleensä sisältää neljä johtoa - punainen (viritys + tai VCC), musta (viritys - tai GND), valkoinen (signaali +) ja vihreä (signaali -) - on kytketty suoraanHX711.Punaiset ja mustat johdot on kytketty vastaavasti HX711: n E+ ja e-nastaihin, mikä tarjoaa vaaditun viritysjännitteen.Valkoiset ja vihreät johdot on kiinnitetty HX711: n A +- ja A-nastoihin, jotka käsittelevät kuormituskennon signaalin ulostuloja.

Tehon kannalta HX711 vaatii syöttöjännitettä tyypillisesti välillä 2,6 V - 5,5 V. Moduulissa on kello (SCK) ja data (DT) -tapit, jotka muodostavat yhteyden vastaaviin mikrokontrollerin digitaalisiin nastaihin helpottaen digitaalista viestintää.Kun kaikki fysikaaliset yhteydet on tehty, järjestelmä on kalibroitava tunnetuilla painoilla tarkkuuden varmistamiseksi, säätämällä mikrokontrollerin ohjelmistoa kuormitussolun analogisen lähdön korreloimiseksi tiettyihin painottoarvoihin.HX711: n oikea maadoitus mikrokontrollerin maahan, ja mahdollisuuksien mukaan maapallon maaperään tarvitaan melun minimoimiseksi ja mittauksen tarkkuuden nostamiseksi.

Erityyppisten kuormitussolujen vertailu

Lämpötilan vaikutukset kuormituskennoon

Kuva 3: Lämpötila kuormituskennossa

Lämpötilan muutokset vaikuttavat merkittävästi kuormitussolujen tarkkuuteen, mikä aiheuttaa nolla -ajautumista ja herkkyysmuutoksia, jotka johtuvat lämmön laajenemisesta ja venymämittarin materiaalien resistenssilämpötilakertoimesta.Näiden vaikutusten lieventämiseksi voidaan käyttää useita lämpötilan kompensointimenetelmiä.Yksi menetelmä on termoelementtien tai termistorien käyttäminen anturin käyttölämpötilan seuraamiseen reaaliajassa, ohjelmistojärjestelmien käsittelemiseksi mittausvirheiden korjaamiseksi.Toinen lähestymistapa sisältää venymämittarimateriaalien valitsemisen, jolla on luontaiset lämpötilan kompensointiominaisuudet.Tehokkaan siltapiirin suunnittelu, joka koostuu neljästä venymämittarista, jotka on järjestetty symmetrisesti ja lisäämällä lämpötilan kompensointiresistimet minimoivat lämpötilan vaikutukset edelleen.Jatkuvan lämpötilaympäristön ylläpitäminen on keskittyä korkean tarkkuuden laboratoriotasapainoihin, ja liimojen käyttäminen, joilla on korkea lämpöstabiilisuus

Projektiesimerkkejä käyttämällä HX711: tä ja kuormitussolua

Älykäs keittiön asteikkoon vaadittavat materiaalit sisältävät HX711-moduulin, yksikerroksen kuormituskennon, Arduino-mikrokontrollerin ja näyttönäytön.Rakennusprosessiin sisältyy kuormitussolun kiinnittäminen asteikon pohjassa, yhdistämällä se HX711: een ja HX711: n liittäminen Arduinon kanssa.Arduino on ohjelmoitu hallitsemaan HX711: n toimintoja, luettavan jatkuvasti painotietoja ja näyttämään nämä tiedot näytöllä.Valinnainen parannus on integroida Bluetooth -moduuli painotietojen lähettämiseksi mobiilisovellukseen.

Kuva 4: Kuormitussolu Arduino -mikrokontrollerilla

Älykkäälle roskakorille vaadittavat komponentit ovat HX711-moduuli, yksikön kuormituskenno, Arduino-mikrokontrolleri ja ilmoitusmekanismi, kuten summeri tai LED-valo.Asennus sisältää kuormakennon asentamisen roskakorin alaosaan ja yhdistämällä se Hx711: een ja Arduinoon.Arduino -ohjelmisto on räätälöity seuraamaan roskakorin painoa ja antamaan hälytyksiä summerin kautta tai LED: n kautta, kun roskakori saavuttaa ennalta määritetyn painon.Langattoman moduulin lisääminen etävalvontaan ja järjestelmän määrittämiseen hälytysten ja painotietojen lähettämiseksi mobiilisovellukseen on toinen hyödyllinen vaihtoehto.

Kuva 5: Arduino -mikrokontrolleri LED -valoilla

Yleiset ongelmat ja vianetsintä

Kun käytät HX711 -moduulia ja punnitusantureita, saatat kohdata useita ongelmia, kuten signaalin kohinaa, nollaajoa, signaalin epävakautta ja yleisiä ylläpitohaasteita.Signaalin kohinan osoittaminen suodatinkondensaattorien asentaminen HX711: n virrantappiin voi lieventää kohinaa tehonvaihteluista.Suojattujen kaapeleiden hyödyntäminen auttaa eristämään sähkömagneettisia häiriöitä, joita vaaditaan erityisesti kaukoliikenteessä.Oskilloskoopin käyttäminen voi auttaa tunnistamaan melulähteet teho- ja signaalilinjoissa, ja oikein maadoittavat suojatut kaapelit vähentävät edelleen häiriöitä.Nolla -ajoongelmat voidaan minimoida säännöllisellä kalibroinnilla ja ylläpitämällä vakio lämpötilaympäristöä tai käyttämällä lämpötilan kompensointilaitteita.On myös suositeltavaa seurata ja säätää jatkuvasti lämpötilan muutoksia vakauden varmistamiseksi.

Tarkastele signaalin epävakautta sekä anturi- että HX711 -moduulin juotospisteet varmistaaksesi, että ne ovat luja.Tarkista kaikki johdot eheyden ja hyvän kontaktin varalta ja mitata resistanssi kussakin kosketuspisteessä yhteyden eheyden varmistamiseksi.Vaaditaan säännöllinen huolto ja kalibrointi.Tähän sisältyy virtalähteen jännitteen tarkistaminen, turvallisten signaalilinjayhteyksien takaaminen ja anturin mekaanisen tilan arviointi.Kalibrointi vakiopainolla on keskittyminen anturin lähdön tarkkuuden ylläpitämiseksi.

Johtopäätös

HX711 -moduuli on mukana muuntamalla peruspainon mittausjärjestelmät luotettaviksi ja mukautuviksi teknisiksi ratkaisuiksi.Tämän suunnittelun, sovelluksen ja mahdollisten ongelmien täydellisen analyysin avulla tämä artikkeli ei vain kuvaa moduulin roolia kuormitussolujen tarkkuuden ja stabiilisuuden nostamisessa, vaan tarjoaa myös suunnitelman tehokkaan vianmäärityksen ja ylläpidon.Olipa kyseessä digitaalisen signaalinkäsittelyn nostaminen tai lämpötilan variaatioiden haitallisten vaikutusten määrittäminen, tässä käsitellyt strategiat ovat välttämättömiä insinööreille ja tekniikoille, joiden tarkoituksena on yhdistää HX711: n koko potentiaali painoherkissä sovelluksissa.Materiaalitieteen ja digitaalisen elektroniikan tulevaisuuden edistyminen lupaa edelleen nostaa moduulien, kuten HX711: n, ominaisuuksia, lattialla tietä tehokkaammille ja tarkempiin punnitusjärjestelmiin.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Mikä on HX711 -kuormitussolun herkkyys?

Sen herkkyys, joka osoittaa, kuinka pieni painonmuutos, jonka se voi havaita, määrää ensisijaisesti siihen kytketty kuormakenno.Kuormitussolut tarjoavat herkkyyden, joka vaihtelee välillä 1 mV/tilavuus 3 mV/V, mikä tarkoittaa, että lähtöjännite muuttuu tällä määrällä volttia viritystä täydellä kuormalla.

2. Kuinka lisäät kuormitussolun herkkyyttä?

Kuormakennon herkkyyden lisäämiseksi voidaan suorittaa useita vaiheita.Harkitse ensin kuormitussolun käyttöä, joka tarjoaa suuremman herkkyyden, mikä osoittaa suurempi MV/V -lähtö.Seuraavaksi signaalin laatua voidaan parantaa ottamalla parempia johdotuskäytäntöjä ja hyödyntämällä suojaustekniikoita meluhäiriöiden vähentämiseksi.Korkeamman resoluution analogisen-digitaalimuunnin (ADC) tai sellaisen, jolla on erinomainen kohinan suorituskyky, kuten HX711, voi olla hyödyllinen.HX711 voidaan myös järjestää toimimaan korkeammalla vahvistuksen asetuksella, mikä lisää edelleen kuormitussolun herkkyyttä.

3. Mikä on HX711: n suurin näytteenottotaajuus?

HX711 -moduuli voi tulostaa datanopeudet tyypillisesti jopa 80 näytettä sekunnissa oletustilassaan.Säätämällä nopeuden valintatappi (nopeus PIN) voit vaihtaa sen tilan lisätäksesi nopeuden 10 Hz: ksi korkeampien resoluution mittauksille uhraamalla jonkin verran tarkkuutta varten.

4. Voitko ylikuormittaa kuormitussolun?

Kyllä, voit ylikuormittaa kuormitussolun, mikä voi johtaa sen tarkkuuden pysyvään vaurioon tai hajoamiseen.Kuormitussolut ovat yleensä maksimikapasiteetti ja ylikuormitusmarginaali, tyypillisesti noin 150% niiden nimelliskapasiteetista.Tämän rajan ylittäminen riskeä mekaanisen muodonmuutoksen ja venymämittarien vikaantumisessa solun sisällä.

5. Kuinka tasapainotat kuormitussoluja?

Useiden kuormitussolujen tasapainottaminen punnitusjärjestelmässä on keskittynyt tarkkojen mittausten saavuttamiseksi.Kuormitussolujen tasapainottamiseksi tehokkaasti on ensinnäkin varmistaa, että kaikki kuormituskennot ovat saman kapasiteetin ja tyypin.Ne on asennettava tasa -arvoisesti, ja alustan tai rakenteen on oltava jäykkä kutakin solun tukemiseksi tasaisesti.Liitoslaatikkoa voidaan käyttää sähköisesti yhdistämään ja tasapainottamaan signaalit jokaisesta kuormakennosta.Säädä lähtö potentiometrien läpi käytettävissä olevaan lähtöä kuorman tasaisen jakautumisen varmistamiseksi kaikkien solujen keskuudessa.Asennuksen jälkeen on kalibroida koko järjestelmä yksittäisten solujen lähtöjen modifikaatioiden huomioon ottamiseksi.