2024/07/18 839

Kaip nustatyti ir kalibruoti apkrovos ląsteles naudojant HX711?

„HX711“ modulis atrodo kaip pagrindas šiuolaikinėse svėrimo sistemose, tarnaudamas kaip pavojinga riba tarp mikrovaldiklių ir apkrovos ląstelių - jutiklių - pagrindinio svorio ir jėgos matavimo.Šiame straipsnyje nagrinėjama „HX711“ detalė, pabrėžiant jo dvigubo kanalo veikimą, kuris patenkina vieną ar dviem apkrovos ląsteles, suteikiančias konfigūracijos lankstumą.Tai daro įtaką 24 bitų analoginiam-skaitmeniniam keitikliui (ADC) ir programuojamam stiprintuvo stiprintuvui (PGA), kad būtų užtikrinta didelės skiriamosios gebos, triukšmo minimizuotų skaitmeninių išėjimų iš minimalių analoginių signalų.Tikslaus kalibravimo metodų, įskaitant nulį ir viso masto koregavimus, dalyvavimas yra paryškintas siekiant užtikrinti tikslumą įvairiose programose nuo pramoninių skalių iki intelektualiųjų virtuvės sistemų.Straipsnyje nagrinėjamas aplinkos veiksnių, tokių kaip temperatūra, poveikis apkrovos ląstelių našumui, išsamiai aprašomi kompensavimo metodai, kurie padidina patikimumą.Ryšio sąrankos, tipiškos problemos, su kuriomis susiduria, ir trikčių šalinimo metodai suteikia praktinių įžvalgų apie HX711 pagrįstų sistemų funkcionalumo ir ilgaamžiškumo optimizavimą.

Katalogas

Kas yra HX711?

1 paveikslas: Hx711

HX711 yra elektroninis modulis, paprastai naudojamas sąsajai su apkrovos ląstelėmis, kurios yra jutikliai, matuojantys svorį ar jėgą.Jis pasižymi 24 bitų ADC ir integruotu stiprintuvu, kuris konvertuoja analoginius signalus iš apkrovos ląstelių į didelės skiriamosios gebos skaitmeninę išvestį, garantuojant tikslius svorio matavimus.„HX711“ palaiko du kanalus, leidžiančius prisijungti prie vienos ar dviejų apkrovos elementų ir teikiant lankstumą skirtingoms svėrimo sistemos konfigūracijoms.Optimizuotas mažam triukšmui, modulis užtikrina tikslius svorio matavimus, sumažindamas trukdžius.Jis bendrauja su mikrovaldikliais, tokiais kaip „Arduino“ per paprastą nuoseklią sąsają, kuriai duomenų perdavimui reikia tik kelių kaiščių.„HX711“ veikia esant mažai galiai, todėl jis tinka akumuliatoriams varomoms sistemoms.Jo laive stiprintuvas turi reguliuojamą padidėjimą, leidžiantį pritaikyti, atsižvelgiant į pritvirtintos apkrovos elemento jautrumą.

Mažytį analoginį signalą iš apkrovos elemento sustiprina įmontuotas HX711 programuojamas stiprinimo stiprintuvas (PGA), paprastai nustatomas kaip 128 arba 64 padidėjimas, atsižvelgiant į jutiklio išėjimo signalo stiprumą.Tada šis sustiprintas signalas yra padedamas į 24 bitų A/D keitiklį, paverčiant jį aukšto tikslumo skaitmeniniu signalu.Šio proceso metu reikalingas tinkamas signalo linijos ekranas ir įžeminimas, kad būtų išvengta išorinių trukdžių.Konvertuojant skaitmeninį signalą mikrovaldikliui siunčiamas per HX711 serijinę sąsają.Skaitmeniniams filtravimo būdams, tokiems kaip slenkamasis vidurkis filtravimas ar Kalmano filtravimas, gali būti taikomi siekiant padidinti matavimo tikslumą.Kalibravimas apima nulinį kalibravimą, kad jutiklio išvestis būtų nustatyta iki nulio, be jokio svorio ir viso masto kalibravimo, kad būtų galima sureguliuoti išvestį, kad atitiktų tikrąjį žinomo standartinio objekto svorį.

Hx711 jungtis apkrovos ląstelėje

2 paveikslas: Hx711 apkrovos ląstelėje

„HX711“ pirmiausia skirtas sąsajoms su apkrovos elementu svėrimo sistemose.Įprastoje sąrankoje apkrovos ląstelė, kuri paprastai tiekiama su keturiais laidais - Red (sužadinimas + arba VCC), juoda (sužadinimas - arba GND), baltaHx711.Raudoni ir juodi laidai yra prijungti prie atitinkamai E+ ir e-PINS, atitinkamai HX711, užtikrinant reikiamą sužadinimo įtampą.Baltos ir žalios spalvos laidai yra pritvirtinti prie HX711 A+ ir A- PINS, kurie tvarko apkrovos elemento signalo išėjimus.

„Hx711“ galiai reikalauja tiekimo įtampos, paprastai nuo 2,6 V iki 5,5 V. Modulyje yra laikrodis (SCK) ir duomenų (DT) kaiščiai, jungiantys prie atitinkamų skaitmeninių kaiščių mikrovaldiklyje, palengvindamas skaitmeninį ryšį.Atlikus visas fizines jungtis, sistema turi būti kalibruojama žinomais svoriais, kad būtų užtikrintas tikslumas, koreguojant mikrovaldiklio programinę įrangą, kad būtų koreliuojama apkrovos langelio analoginė išvestis su konkrečiomis svorio vertėmis.Norint sumažinti triukšmą ir padidinti matavimo tikslumą, reikalingas tinkamas HX711 į mikrokontrolerio žemę ir, jei įmanoma, reikalingas.

Įvairių apkrovos ląstelių tipų palyginimas

Savybė	Suspaudimo tipas	Įtempimo tipas	Vieno taško tipas	Lenkimo spindulio tipas
Principas	Matuojama apkrova, taikoma vertikaliai	Matuojama apkrova, taikoma vertikaliai	Matuoja apkrovą, taikomą vienoje srityje	Matuoja apkrovą per lenkimo jėgą
Apkrovos orientacija	Gniuždymo jėga	Tempimo jėga	Bet kokia kryptimi plokštumoje	Lenkimas ar lenkimas
Tikslumas	Aukštas	Aukštas	Vidutinio sunkumo iki aukšto	Vidutinis
Kaina	Vidutinis	Vidutinio sunkumo iki aukšto	Žemas ar vidutinio sunkumo	Žemas
Priežiūra	Žemas	Žemas	Žemas	Žemas
Išvestis	Elektrinis signalas	Elektrinis signalas	Elektrinis signalas	Elektrinis signalas
Bendros programos	Pramoninės svarstyklės, tankas svėrė	Krano svarstyklės, medžiagų bandymas	Mažmeninės skalės, platformos skalės	Cisternų svėrimas, pramoninės sistemos
Privalumai	Didelė talpa, tvirta	Tinka dinaminėms apkrovoms	Patogu asimetrinėms apkrovoms	Ekonomiškai efektyvi tam tikriems asortimentams
Trūkumai		Ribotas gniuždomosios apkrovos	Apsiribojant tempimo apkrovomis	Netinka pakrovimui ne centre

Temperatūros poveikis apkrovos ląstelei

3 paveikslas: Apkrovos ląstelės temperatūra

Temperatūros pokyčiai daro didelę įtaką apkrovos ląstelių tikslumui, sukeliant nulinio dreifo ir jautrumo pokyčius dėl terminio išsiplėtimo ir atsparumo temperatūros koeficiento deformacijos matuoklio medžiagų.Norint sušvelninti šį poveikį, gali būti naudojami keli temperatūros kompensavimo metodai.Vienas iš būdų yra termoelementų ar termistorių naudojimas, norint stebėti jutiklio darbo temperatūrą realiuoju laiku, apdorojami programinės įrangos sistemomis, kad būtų ištaisytos matavimo klaidos.Kitas požiūris apima deformacijos matuoklio medžiagų, turinčių būdingas temperatūros kompensavimo savybes, pasirinkimas.Efektyvios tilto grandinės, sudarytos iš keturių deformacijų matuoklių, išdėstymo simetriškai ir pridedant temperatūros kompensavimo rezistorius, projektavimas dar labiau sumažina temperatūros poveikį.Nuolatinės temperatūros aplinkos palaikymas yra didelio tikslumo laboratorinių likučių židinys, o naudojant klijus, turinčius didelį šiluminį stabilumą, užtikrinama tvirti suvirinimo taškai tilto grandinės jungtyse, kad būtų išvengta tokių problemų kaip šaltas suvirinimas.

Projekto pavyzdžiai naudojant „HX711“ ir „Load Cell“

Išmaniosios virtuvės skalei reikalingoms medžiagoms yra „HX711“ modulis, vieno taško apkrovos elementas, „Arduino“ mikrovaldiklis ir ekrano ekranas.Statybos procesas apima apkrovos elemento pritvirtinimą skalės bazėje, prijungus ją prie HX711 ir HX711 sąsają su „Arduino“.„Arduino“ yra užprogramuotas valdyti HX711 operacijas, nuolat skaityti svorio duomenis ir parodyti šią informaciją ekrane.Pasirenkamas patobulinimas yra integruoti „Bluetooth“ modulį, skirtą svorio duomenų perdavimui į mobilią programą.

4 paveikslas: Apkrautos ląstelė su „Arduino“ mikrovaldikliu

Išmanioms šiukšliadėžėms reikalingi komponentai yra HX711 modulis, vieno taško apkrovos elementas, „Arduino“ mikrovaldiklis ir pranešimų mechanizmas, toks kaip garsinis ar LED lemputė.Sąranka apima krovinio elemento įdiegimą šiukšliadėžės skardinės apačioje ir sujungimą su HX711 ir Arduino.„Arduino“ programinė įranga yra pritaikyta šiukšliadėžės svoriui stebėti ir perspėjimus išduoti per garsą arba LED, kai šiukšliadėžė pasiekia iš anksto nustatytą svorį.Belaidžio modulio, skirto nuotoliniam stebėjimui ir sistemos sukonfigūruoti įspėjimus ir svorio duomenis į mobilią programą, pridėjimas yra dar viena naudinga parinktis.

5 paveikslas: „Arduino“ mikrovaldiklis su LED lemputėmis

Bendros problemos ir trikčių šalinimas

Naudodamiesi „HX711“ moduliu ir svėrimo jutikliais, galite susidurti su keliomis problemomis, tokiomis kaip signalo triukšmas, nulinis dreifas, signalo nestabilumas ir bendrieji techninės priežiūros iššūkiai.Norėdami išspręsti signalo triukšmą, filtrų kondensatorių įdiegimas šalia HX711 galios kaiščio gali sušvelninti galios svyravimų triukšmą.Naudojant ekranuotus kabelius, padeda išskirti elektromagnetinius trukdžius, kurie ypač reikalingi tolimojo nuotolio perdavimui.Osciloskopo naudojimas gali padėti nustatyti triukšmo šaltinius energijos ir signalo linijose, o tinkamai įžeminti ekranuoti kabeliai dar labiau sumažina trukdžius.Nulio dreifo problemos gali būti sumažintos reguliariai kalibravus ir palaikant pastovią temperatūros aplinką arba naudojant temperatūros kompensavimo įtaisus.Taip pat patartina nuolat stebėti ir pritaikyti temperatūros pokyčius, kad būtų užtikrintas stabilumas.

Norėdami gauti signalo nestabilumą, apžiūrėkite jutiklio ir HX711 modulio litavimo taškus, kad įsitikintumėte, jog jie yra tvirti.Patikrinkite visus laidus, ar nėra vientisumo ir gero kontakto, ir naudokite multimetrą, kad išmatuotumėte pasipriešinimą kiekviename kontakto taške, kad patvirtintumėte ryšio vientisumą.Reikia reguliarios priežiūros ir kalibravimo.Tai apima maitinimo įtampos patikrinimą, saugios signalo linijos jungčių garantuojamą ir jutiklio mechaninės būsenos įvertinimą.Kalibravimas standartiniu svoriu yra židinys, kad būtų išlaikytas jutiklio išvesties tikslumas.

Išvada

„HX711“ modulis yra susijęs su pagrindinių svorio matavimo sistemų pavertimu patikimais ir pritaikomais techniniais sprendimais.Išsamios jo dizaino, taikymo ir galimų problemų analizės, šis straipsnis ne tik iliustruoja modulio vaidmenį padidinant krovinių ląstelių tikslumą ir stabilumą, bet ir pateikia projektą veiksmingam trikčių šalinimui ir priežiūrai.Nesvarbu, ar tai padidina skaitmeninį signalo apdorojimą, ar kvalifikuojant neigiamą temperatūros pokyčių poveikį, čia aptartos strategijos yra būtinos inžinieriams ir technologams, siekiantiems sujungti visą HX711 potencialą, kad būtų galima naudoti svoriui.Būsimi medžiagų mokslo ir skaitmeninės elektronikos pažanga žada dar labiau padidinti modulių, tokių kaip „HX711“, galimybes, grindys efektyviau ir tikslioms svėrimo sistemoms.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Koks yra Hx711 apkrovos ląstelės jautrumas?

Jo jautrumą, kuris rodo, koks mažas svorio jis gali aptikti, pirmiausia lemia su ja prijungta apkrovos ląstelė.Apkrovos ląstelės suteikia jautrumą nuo 1 mV/V iki 3 mV/V, tai reiškia, kad išėjimo įtampa keičiasi pagal šį kiekį vienam sužadinimo voltui, esant pilnai apkrovai.

2. Kaip padidinti apkrovos ląstelės jautrumą?

Norint padidinti apkrovos ląstelės jautrumą, galima atlikti kelis žingsnius.Pirmiausia apsvarstykite galimybę naudoti apkrovos elementą, kuris siūlo didesnį jautrumą, nurodytą didesniu MV/V išvestimi.Toliau signalo kokybę galima pagerinti pritaikant geresnę laidų praktiką ir naudojant ekrano techniką, kad būtų sumažintas triukšmo trukdžiai.Naudojant didesnės skiriamosios gebos analoginius-skaitmeninius keitiklius (ADC) arba vieną, turintį puikų triukšmo našumą, pavyzdžiui, HX711, gali būti naudinga.HX711 taip pat gali būti išdėstytas taip, kad veiktų didesnio stiprinimo nustatyme, dar labiau padidinant apkrovos elemento jautrumą.

3. Koks yra maksimalus HX711 mėginių ėmimo greitis?

HX711 modulis gali išvesti duomenų spartą paprastai iki 80 pavyzdžių per sekundę numatytuoju režimu.Pakoregavę greičio parinkimo kaištį (greičio kaiščio), galite perjungti jo režimą, kad padidintumėte greitį iki 10 Hz, kad būtų didesnės skiriamosios gebos matavimai, paaukodami tam tikrą greitį, kad būtų tiksliau.

4. Ar galite perkrauti apkrovos elementą?

Taip, galite perkrauti apkrovos elementą, kuris gali sukelti nuolatinį pažeidimą ar pablogėti jos tikslumą.Apkrovos ląstelės paprastai yra įvertintos maksimalia talpa ir perkrovos marža, paprastai apie 150% jų įvertintos talpos.Viršijant šią ribinę riziką mechaninė deformacija ir deformacijos matuoklių gedimas ląstelės viduje.

5. Kaip subalansuoti ląsteles?

Kelių apkrovos ląstelių balansavimas svėrimo sistemoje yra židinys, kad būtų galima pasiekti tikslius matavimus.Norint efektyviai subalansuoti apkrovos ląsteles, pirmiausia reikia įsitikinti, kad visos apkrovos ląstelės yra tokios pačios talpos ir tipo.Jie turėtų būti montuojami vienodai, o platforma ar struktūra turi būti tvirta, kad būtų galima tolygiai palaikyti kiekvieną langelį.Sankryžos dėžutė gali būti naudojama norint sujungti ir subalansuoti signalus iš kiekvienos apkrovos elemento.Jei įmanoma, sureguliuokite išvestį per potenciometrus, kad būtų užtikrintas tolygus apkrovos pasiskirstymas tarp visų ląstelių.Po diegimo reikia, kad visa sistema kalibruotų, kad būtų atsižvelgta į bet kokius atskirų langelių išėjimų modifikacijas.