Jak skonfigurować i kalibrować komórki obciążenia HX711?

Moduł HX711 pojawia się jako podstawa w nowoczesnych systemach ważenia, służąc jako niebezpieczna granica między mikrokontrolerami i komórkami obciążenia - sensory podstawowe pod względem masy i pomiaru siły.W tym artykule bada szczegóły HX711, podkreślając jego podwójną kontrolę, która obsługuje jedną lub dwie komórki obciążenia, oferując elastyczność konfiguracji.Wpływa na 24-bitowy konwerter analogowo-cyfrowy (ADC) i programowalny wzmacniacz wzmocnienia (PGA), aby zapewnić cyfrowe wyjścia cyfrowe o wysokiej rozdzielczości z minimalnych sygnałów analogowych.Zaangażowanie precyzyjnych metod kalibracji, w tym korekt zerowych i pełnej skali, jest podkreślony, aby zapewnić dokładność w różnych zastosowaniach, od skal przemysłowych po inteligentne systemy kuchenne.Artykuł bada wpływ czynników środowiskowych, takich jak temperatura na wydajność komórek obciążenia, szczegółowo opisując techniki kompensacyjne, które zwiększają niezawodność.Konfiguracje połączeń, napotkane typowe problemy i metody rozwiązywania problemów zapewniają praktyczny wgląd w optymalizację funkcjonalności i trwałości systemów opartych na HX711.

Katalog

Co to jest HX711?

Rysunek 1: HX711

HX711 jest modułem elektronicznym powszechnie stosowanym do interfejsu z komórkami obciążeniowymi, które są czujnikami mierzącymi wagę lub siłę.Posiada 24-bitowy ADC i zintegrowany wzmacniacz do konwersji sygnałów analogowych z komórek obciążenia na cyfrową wyjściową wyjściową, gwarantując dokładne pomiary masy.HX711 obsługuje dwa kanały, umożliwiając połączenie z jedną lub dwoma komórkami obciążeniowymi i zapewniając elastyczność dla różnych konfiguracji systemu ważenia.Moduł zoptymalizowany pod kątem niskiego szumu zapewnia precyzyjne pomiary masy poprzez minimalizowanie zakłóceń.Komunikuje się z mikrokontrolerami, takimi jak Arduino, poprzez prosty interfejs szeregowy, wymagający tylko kilku pinów do transmisji danych.HX711 działa przy niskiej mocy, dzięki czemu nadaje się do systemów zasilanych baterią.Jego wzmacniacz pokładowy ma regulowany wzmocnienie, umożliwiając dostosowanie w oparciu o czułość dołączonej komórki obciążenia.

Niewielki sygnał analogowy z ogniwa obciążenia jest wzmacniany przez wbudowany programowalny wzmacniacz wzmocnienia HX711 (PGA), zwykle ustawiony na wzmocnienie 128 lub 64, w zależności od siły sygnału wyjściowego czujnika.Ten wzmocniony sygnał jest następnie przekazywany do 24-bitowego konwertera A/D, przekształcając go w bardzo precyzyjny sygnał cyfrowy.Podczas tego procesu wymagane są odpowiednie osłony i uziemienie linii sygnałowej, aby zapobiec zakłóceniu zewnętrznym.Po przekonwertowaniu sygnał cyfrowy jest wysyłany do mikrokontrolera za pośrednictwem interfejsu szeregowego HX711.Techniki filtrowania cyfrowego, takie jak filtrowanie średniej ruchomej lub filtrowanie Kalmana, można zastosować w celu zwiększenia dokładności pomiaru.Kalibracja obejmuje zerową kalibrację, aby ustawić wyjście czujnika na zero bez masy i kalibracji na pełną skalę, aby dostosować wyjście, aby pasować do rzeczywistej masy znanego standardowego obiektu.

Połączenie HX711 w komórce obciążenia

Rysunek 2: HX711 w komórce obciążenia

HX711 jest zaprojektowany przede wszystkim do interfejsu z komórką obciążenia w systemach ważenia.W typowej konfiguracji komórka obciążenia, która zwykle jest wyposażona w cztery przewody - Red (wzbudzenie + lub VCC), czarny (wzbudzenie - lub GND), biały (sygnał +) i zielony (sygnał -) - jest bezpośrednio podłączony doHX711.Czerwone i czarne przewody są podłączone odpowiednio do E+ i e-e-pinów na HX711, zapewniając wymagane napięcie wzbudzenia.Białe i zielone przewody są przymocowane do A+ i A- A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-AND, które obsługują wyjścia sygnału ogniwa obciążenia.

W przypadku mocy HX711 wymaga napięcia zasilania zwykle między 2,6 V a 5,5 V. Moduł ma zegar (SCK) i dane (DT), które łączą się z odpowiednimi cyfrowymi pinami na mikrokontrolerze, ułatwiając komunikację cyfrową.Po wykonaniu wszystkich fizycznych połączeń system musi być skalibrowany ze znanymi wagami, aby zapewnić dokładność, dostosowując oprogramowanie mikrokontrolera w celu skorelowania wyjścia analogowego komórki obciążenia do określonych wartości masy.Prawidłowe uziemienie HX711 do podłoża mikrokontrolera i, jeśli to możliwe, do ziemi ziemskiej, jest wymagane do minimalizacji hałasu i precyzji pomiaru pomiaru.

Porównanie różnych rodzajów komórek obciążenia

Funkcja	Typ kompresji	Typ napięcia	Typ pojedynczego punktu	Typ wiązki zginania
Zasada	Środki obciążenia stosowane pionowo	Środki obciążenia stosowane pionowo	Środki obciążenia zastosowane w jednym obszarze	Mierzy obciążenie siłą zginania
Orientacja obciążenia	Siła ściskająca	Siła rozciągająca	Każdy kierunek w płaszczyźnie	Zginanie lub zginanie
Dokładność	Wysoki	Wysoki	Umiarkowany do wysokiego	Umiarkowany
Koszt	Umiarkowany	Umiarkowany do wysokiego	Niskie do umiarkowane	Niski
Konserwacja	Niski	Niski	Niski	Niski
Wyjście	Sygnał elektryczny	Sygnał elektryczny	Sygnał elektryczny	Sygnał elektryczny
Typowe zastosowania	Skale przemysłowe, ważenie czołgów	Skale dźwigu, testowanie materiałów	Skale detaliczne, skale platformy	Ważenie czołgów, systemy przemysłowe
Zalety	Wysoka pojemność, solidna	Nadaje się do obciążeń dynamicznych	Wygodne dla obciążeń asymetrycznych	Opłacalne dla niektórych zakresów
Wady		Ograniczone do obciążeń ściskających	Ograniczone do obciążeń rozciągających	Nie nadaje się do ładowania poza środkiem

Wpływ temperatury na komórkę obciążenia

Rysunek 3: Temperatura na komórce obciążenia

Zmiany temperatury znacząco wpływają na dokładność komórek obciążenia, powodując zmiany zerowej dryfu i wrażliwości ze względu na rozszerzalność cieplną i współczynnik temperatury oporności materiałów miernika odkształcenia.Aby złagodzić te efekty, można zastosować kilka metod kompensacji temperatury.Jedną z metod jest stosowanie termopar lub termistorów do monitorowania temperatury roboczej czujnika w czasie rzeczywistym, przetworzonym przez systemy oprogramowania w celu skorygowania błędów pomiarowych.Inne podejście polega na wyborze materiałów miernika odkształcenia o nieodłącznych właściwościach kompensacji temperatury.Projektowanie efektywnego obwodu mostu, złożonego z czterech wskaźników odkształceń, ułożonych symetrycznie i dodawaniu rezystorów kompensacji temperatury dodatkowo minimalizuje efekty temperatury.Utrzymanie stałego środowiska temperatury jest centralne dla dużych precyzyjnych sald laboratoryjnych, a stosowanie klejów o wysokiej stabilności termicznej zapewnia punkty spawania twardego w połączeniach obwodów mostowych, aby uniknąć problemów, takich jak spawanie na zimno.

Przykłady projektu przy użyciu HX711 i komórka ładowania

W przypadku inteligentnej skali kuchennej wymagane materiały obejmują moduł HX711, jednoczęściową komórkę obciążenia, mikrokontroler Arduino i ekran wyświetlacza.Proces budowy obejmuje zabezpieczenie ogniwa obciążenia u podstawy skali, podłączenie go do HX711 i interfejs HX711 z Arduino.Arduino jest zaprogramowane do zarządzania operacjami HX711, ciągłego odczytu danych masy i wyświetlania tych informacji na ekranie.Opcjonalnym ulepszeniem jest zintegrowanie modułu Bluetooth do przesyłania danych wagowych do aplikacji mobilnej.

Rysunek 4: Komórka obciążenia z mikrokontrolerem Arduino

W przypadku inteligentnego kosza na śmieci wymagane elementy to moduł HX711, jednoczęściowy komórka obciążenia, mikrokontroler Arduino i mechanizm powiadomień, taki jak brzęczyk lub światło LED.Konfiguracja polega na instalacji komórki obciążenia na dole puszki kosza i podłączenie go do HX711 i Arduino.Oprogramowanie Arduino jest dostosowane do monitorowania ciężaru śmieci i wydawania powiadomień za pomocą brzęczyka lub LED, gdy śmieci osiągnie predefiniowaną wagę.Dodanie modułu bezprzewodowego do zdalnego monitorowania i konfigurowania systemu do wysyłania alertów i danych wagowych do aplikacji mobilnej jest kolejną korzystną opcją.

Rysunek 5: Mikrokontroler Arduino ze światłami LED

Powszechne problemy i rozwiązywanie problemów

Podczas korzystania z modułu HX711 i czujników ważenia możesz napotkać kilka problemów, takich jak szum sygnałowy, zero dryfu, niestabilność sygnału i ogólne wyzwania związane z konserwacją.Aby zająć się szumem sygnału, instalowanie kondensatorów filtra w pobliżu szpilki zasilania HX711 może złagodzić szum z fluktuacji mocy.Wykorzystanie kabli ekranowanych pomaga izolować interferencję elektromagnetyczną, która jest szczególnie wymagana w transmisjach na duże odległości.Korzystanie z oscyloskopu może pomóc zidentyfikować źródła szumów w liniach mocy i sygnałów, a prawidłowe uziemienie kable osłonięte dodatkowo zmniejszają zakłócenia.Problemy z zero dryfu można zminimalizować poprzez regularną kalibrację i utrzymanie środowiska stałej temperatury lub za pomocą urządzeń do kompensacji temperatury.Wskazane jest również ciągłe monitorowanie i dostosowywanie zmian temperatury, aby zapewnić stabilność.

Aby uzyskać niestabilność sygnału, sprawdź punkty lutownicze zarówno na module czujnika, jak i HX711, aby upewnić się, że są one stanowcze.Sprawdź wszystkie przewody pod kątem integralności i dobrego kontaktu i użyj multimetru do pomiaru rezystancji w każdym punkcie kontaktu, aby potwierdzić integralność połączenia.Wymagana jest regularna konserwacja i kalibracja.Obejmuje to sprawdzenie napięcia zasilającego, zagwarantowanie bezpiecznych połączeń linii sygnału i ocenę stanu mechanicznego czujnika.Kalibracja ze standardową wagą jest ogniskowana w celu utrzymania dokładności wyjściowej czujnika.

Wniosek

Moduł HX711 bierze udział w przekształcaniu podstawowych systemów pomiaru masy w niezawodne i elastyczne rozwiązania techniczne.Poprzez pełną analizę jego projektowania, zastosowania i potencjalnych problemów, ten artykuł nie tylko ilustruje rolę modułu w podnoszeniu precyzji i stabilności komórek obciążenia, ale także zapewnia plan skutecznego rozwiązywania problemów i utrzymania.Niezależnie od tego, czy jest to poprzez podniesienie cyfrowego przetwarzania sygnału, czy kwalifikowanie niekorzystnych skutków zmian temperatury, omawiane tu strategie są wymagane dla inżynierów i technologów mających na celu połączenie pełnego potencjału HX711 w zastosowaniach wrażliwych na wagę.Przyszłe postępy w dziedzinie nauk materiałowych i cyfrowej elektroniki mają obietnicę dalszego podniesienia możliwości modułów takich jak HX711, podnosząc drogę dla bardziej wydajnych i dokładnych systemów ważenia.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jaka jest czułość komórki obciążenia HX711?

Jego czułość, która wskazuje, jak niewielka zmiana masy może wykryć, jest przede wszystkim określana przez podłączone do niej ogniwo obciążenia.Komórki obciążenia zapewniają czułość w zakresie od 1 mV/v do 3 mV/v, co oznacza, że ​​zmiany napięcia wyjściowego według tej ilości na wolt wzbudzenia przy pełnym obciążeniu.

2. Jak zwiększyć czułość komórki obciążenia?

Aby zwiększyć czułość ogniwa obciążenia, można podjąć kilka kroków.Najpierw rozważ użycie komórki obciążenia, która oferuje wyższą czułość, wskazaną wyższą mocą MV/V.Następnie jakość sygnału można ulepszyć, przyjmując lepsze praktyki okablowania i wykorzystując techniki osłony w celu zmniejszenia zakłóceń hałasu.Przydatne może być stosowanie konwertera analogowo-cyfrowego o wyższej rozdzielczości (ADC) lub jednego o doskonałej wydajności szumu, takiego jak HX711.HX711 może być również ułożone w celu działania przy wyższym ustawieniu wzmocnienia, dodatkowo zwiększając czułość komórki obciążenia.

3. Jaka jest maksymalna szybkość próbkowania dla HX711?

Moduł HX711 może wyświetlać prędkości danych zwykle do 80 próbek na sekundę w trybie domyślnym.Regulując prędkość PIN (PIN prędkości), możesz zmienić jego tryb, aby zwiększyć prędkość do 10 Hz dla pomiarów o wyższej rozdzielczości, poświęcając pewną prędkość dla większej precyzji.

4. Czy możesz przeładować komórkę ładowania?

Tak, możesz przeciążyć komórkę obciążenia, co może prowadzić do trwałego uszkodzenia lub degradacji jej dokładności.Komórki obciążenia są ogólnie oceniane z maksymalną pojemnością i marginesem przeciążenia, zwykle około 150% ich pojemności znamionowej.Przekraczanie tego granicy ryzykuje mechaniczne odkształcenie i uszkodzenie wskaźników odkształceń wewnątrz komórki.

5. Jak zrównoważyć komórki obciążenia?

Równoważenie wielu komórek obciążenia w systemie ważenia jest centralne dla osiągnięcia dokładnych pomiarów.Aby skutecznie zrównoważyć komórki obciążenia, najważniejsze jest, aby najpierw upewnić się, że wszystkie komórki obciążenia mają tę samą pojemność i rodzaj.Powinny być instalowane jednakowo, a platforma lub struktura muszą być sztywne, aby równomiernie obsługiwać każdą komórkę.Pole przyłączeniowe może być używane do elektrycznego łączenia i równoważenia sygnałów z każdego ogniwa obciążenia.Jeśli jest to dostępne, dostosuj wyjście przez potencjometry, aby zapewnić równy rozkład obciążenia między wszystkimi komórkami.Po instalacji konieczne jest kalibracja całego systemu, aby uwzględnić wszelkie modyfikacje w wynikach poszczególnych komórek.