Jak nastavit a kalibrovat zatížené buňky pomocí HX711?

Modul HX711 se objevuje jako základ v moderních váhových systémech, který slouží jako nebezpečný okraj mezi mikrokontroléry a zatíženími - sezoruje základní měření hmotnosti a síly.Tento článek zkoumá podrobnosti HX711 a zdůrazňuje jeho provoz s dvojitou kanálem, který obstarává jednu nebo dvě zatížení a nabízí flexibilitu v konfiguraci.Ovlivňuje 24bitový analog-digitální převodník (ADC) a palubní programovatelný zesilovač zisku (PGA), aby byl zajištěn digitální výstupy s vysokým rozlišením, šum z minimálních analogových signálů.Zapojení přesných kalibračních metod, včetně nulových a plného měřítka, je zdůrazněno, aby byla zajištěna přesnost v různých aplikacích od průmyslových stupnic po inteligentní kuchyňské systémy.Článek zkoumá dopad faktorů prostředí, jako je teplota na výkon zatížení buněk, detailní techniky kompenzace, které zvyšují spolehlivost.Nastavení připojení, typické problémy, s nimiž se setkávají a metody řešení problémů poskytují praktické poznatky o optimalizaci funkčnosti a trvanlivosti systémů založených na HX711.

Katalog

Co je HX711?

Obrázek 1: HX711

HX711 je elektronický modul, který se běžně používá k propojení s zatíženími buňkami, což jsou senzory, které měří hmotnost nebo sílu.Je vybaven 24bitovým ADC a integrovaným zesilovačem pro převod analogových signálů z zatížení na digitální výstup s vysokým rozlišením, což zaručuje přesná měření hmotnosti.HX711 podporuje dva kanály, což umožňuje připojení k jedné nebo dvěma zatěžovacím buňkám a poskytuje flexibilitu pro různé konfigurace systému vážení.Modul, optimalizován pro nízký šum, zajišťuje přesná měření hmotnosti minimalizací rušení.Komunikuje s mikrokontroléry, jako je Arduino, prostřednictvím jednoduchého sériového rozhraní a vyžaduje pouze několik kolíků pro přenos dat.HX711 pracuje při nízkém výkonu, takže je vhodný pro systémy napájené baterií.Jeho palubní zesilovač má nastavitelný zisk, což umožňuje přizpůsobení na základě citlivosti připojené zatížení.

Drobný analogový signál z zatížení je amplifikován vestavěným programovatelným zesilovačem zisku HX711 (PGA), obvykle nastavený na zisk 128 nebo 64, v závislosti na síle výstupního signálu senzoru.Tento zesílený signál je poté přiváděn do 24bitového A/D převodníku, který jej přeměňuje na vysoce přesný digitální signál.Během tohoto procesu je nutné správné stínění a uzemnění signální linie, aby se zabránilo vnějšímu rušení.Po převodu je digitální signál odeslán do mikrokontroléru prostřednictvím sériového rozhraní HX711.Pro zvýšení přesnosti měření lze použít techniky digitálního filtrování, jako je klouzavý průměrný filtrování nebo Kalman filtrování.Kalibrace zahrnuje nulovou kalibraci pro nastavení výstupu senzoru na nulu bez váhy a kalibrace v plném měřítku, aby se výstup přizpůsobil skutečné hmotnosti známého standardního objektu.

Připojení HX711 v zatížení

Obrázek 2: HX711 v zatížení

HX711 je navržen především pro propojení s zatížením buňky ve váhových systémech.V typickém nastavení je nakládací buňka, která obvykle přichází se čtyřmi dráty - red (excitace + nebo VCC), černou (excitace - nebo gnd), bílá (signál +) a zelená (signál -) - je přímo spojena sHX711.Červené a černé dráty jsou připojeny k E+ a E-kolíky na HX711, což poskytuje požadované excitační napětí.Bílé a zelené dráty jsou připojeny k A+ a A-kolíkům HX711, které zpracovávají signální výstupy zatížení buňky.

Pro napájení vyžaduje HX711 napájecí napětí obvykle mezi 2,6 V a 5,5 V. Modul obsahuje hodiny (SCK) a dat (DT), které se připojují k odpovídajícím digitálním kolíkům na mikrokontroléru, což usnadňuje digitální komunikaci.Po provedení všech fyzických připojení musí být systém kalibrován se známými hmotnostmi, aby byla zajištěna přesnost, a upravit software mikrokontroléru, aby koreloval analogový výstup zatížení buňky na specifické hodnoty hmotnosti.Pro minimalizaci hluku a zvýšení přesnosti měření je nutné správné uzemnění HX711 na půdu mikrokontroléru, a pokud je to možné, na zemní zemi.

Porovnání různých typů zatížení

Funkce	Typ komprese	Typ napětí	Typ s jedním bodem	Typ ohýbacího paprsku
Princip	Opatření zatížení aplikované svisle	Opatření zatížení aplikované svisle	Opatření zatížení aplikované v jedné oblasti	Měří zátěž pomocí ohybové síly
Orientace zatížení	Kompresní síla	Tahová síla	Jakýkoli směr v rovině	Ohýbání nebo ohyb
Přesnost	Vysoký	Vysoký	Mírné až vysoké	Mírný
Náklady	Mírný	Mírné až vysoké	Nízký až střední	Nízký
Údržba	Nízký	Nízký	Nízký	Nízký
Výstup	Elektrický signál	Elektrický signál	Elektrický signál	Elektrický signál
Běžné aplikace	Průmyslové stupnice, vážení nádrže	Jeřábové měřítka, testování materiálu	Maloobchodní stupnice, stupnice platformy	Vážení nádrže, průmyslové systémy
Výhody	Vysoká kapacita, robustní	Vhodné pro dynamické zatížení	Pohodlné pro asymetrické zatížení	Nákladově efektivní pro určité rozsahy
Nevýhody		Omezeno na tlakové zatížení	Omezeno na zátěž v tahu	Není vhodné pro nakládku mimo střed

Účinky teploty na zatížení

Obrázek 3: Teplota na zatížení

Změny teploty významně ovlivňují přesnost zatížení buněk, což způsobuje změny nulové driftu a citlivosti v důsledku koeficientu teploty tepelné roztažnosti a teploty odporu v materiálech rozchodu.Pro zmírnění těchto účinků lze použít několik metod kompenzace teploty.Jedna metoda je používání termočlánků nebo termistorů ke sledování provozní teploty senzoru v reálném čase, zpracované softwarovými systémy pro opravu chyb měření.Další přístup zahrnuje výběr materiálů měřicího měřidla s vlastními kompenzačními vlastnostmi teploty.Navrhování účinného obvodu můstku, složeného ze čtyř deformačních měřidel, symetricky uspořádáno a přidávání rezistorů kompenzace teploty dále minimalizuje teplotní účinky.Udržování prostředí s konstantní teplotou je ohnisko pro vysoce přesné laboratorní rovnováhy a použití lepidel s vysokou tepelnou stabilitou zajišťuje pevné svařovací body v připojeních mostních obvodů, aby se zabránilo problémům, jako je studené svařování.

Příklady projektu používající HX711 a zatížení buňky

Pro měřítko inteligentní kuchyně zahrnují požadované materiály modul HX711, jednobodovou zatížení, mikrokontrolér Arduino a obrazovku displeje.Proces konstrukce zahrnuje zajištění zatížení na základně stupnice, spojování s HX711 a propojení HX711 s Arduino.Arduino je naprogramováno tak, aby spravovalo operace HX711, nepřetržitě číst data hmotnosti a zobrazení těchto informací na obrazovce.Volitelným vylepšením je integrace modulu Bluetooth pro přenos hmotnosti do mobilní aplikace.

Obrázek 4: Zatížení buňky s Arduino Microcontroller

Pro inteligentní odpadky jsou požadovanými komponenty modul HX711, jednobodový zatěžovací buňka, mikrokontrolér Arduino a mechanismus oznámení, jako je bzučák nebo LED světlo.Nastavení zahrnuje instalaci zatěžovací buňky ve spodní části koše a připojení k HX711 a Arduino.Software Arduino je přizpůsoben pro sledování hmotnosti odpadků a vydávání upozornění pomocí bzučáku nebo LED, když koš dosáhne předdefinované hmotnosti.Další prospěšnou možností je přidání bezdrátového modulu pro vzdálené monitorování a konfiguraci systému tak, aby odesílala upozornění a data hmotnosti do mobilní aplikace.

Obrázek 5: Arduino mikrokontrolér s LED světly

Běžné problémy a odstraňování problémů

Při využití modulu HX711 a senzorů vážení se můžete setkat s několika problémy, jako je šum signálu, nulový drift, nestabilita signálu a výzvy k obecné údržbě.Pro řešení šumu signálu může instalace kondenzátorů filtru poblíž výkonového kolíku HX711 zmírnit šum z výkyvů výkonu.Využití stíněných kabelů pomáhá izolovat elektromagnetické rušení, což je vyžadováno zejména při přenosech na dlouhé vzdálenosti.Použití osciloskopu může pomoci identifikovat zdroje šumu v energetických a signálních vedeních a správně uzemňující stíněné kabely dále snižují rušení.Problémy s nulovým driftem mohou být minimalizovány pravidelnou kalibrací a udržováním prostředí konstantní teploty nebo pomocí zařízení pro kompenzaci teploty.Je také vhodné neustále sledovat a upravovat změny teploty, aby byla zajištěna stabilita.

Pro nestabilitu signálu zkontrolujte pájecí body na modulu senzoru i HX711, abyste se ujistili, že jsou pevné.Zkontrolujte integritu a dobrý kontakt na všechny dráty a použijte multimetr k měření odporu v každém kontaktním bodě k potvrzení integrity připojení.Je vyžadována pravidelná údržba a kalibrace.To zahrnuje kontrolu napájecího napětí, zaručení bezpečného připojení signálního vedení a hodnocení mechanického stavu senzoru.Kalibrace se standardní hmotností je ohnisko pro udržení přesnosti výstupu senzoru.

Závěr

Modul HX711 se podílí na transformaci základních systémů měření hmotnosti na spolehlivá a přizpůsobitelná technická řešení.Prostřednictvím úplné analýzy jeho návrhu, aplikace a potenciálních problémů tento článek nejen ilustruje roli modulu při zvyšování přesnosti a stability zatížení buněk, ale také poskytuje plán pro efektivní řešení problémů a údržbu.Ať už jde o zvýšení zpracování digitálního signálu nebo kvalifikace nepříznivých účinků variací teploty, jsou zde diskutované strategie nezbytné pro inženýry a technology, jejichž cílem je spojit plný potenciál HX711 v aplikacích citlivých na váhu.Budoucí pokroky v oblasti vědy o materiálech a digitální elektronice mají příslib dalšího zvýšení schopností modulů, jako je HX711, podlaha cesty pro efektivnější a přesné váhové systémy.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Jaká je citlivost zatížení HX711?

Jeho citlivost, která naznačuje, jak malá změna hmotnosti může detekovat, je primárně určena pomocí zatížení buňky spojené s ní.Zatížení buňky poskytují citlivost v rozmezí 1 mv/v do 3 mv/v, což znamená, že výstupní napětí se změní o toto množství na volt excitace při plném zatížení.

2. Jak zvýšíte citlivost na zatížení buňky?

Pro zvýšení citlivosti zatížení buňky lze provést několik kroků.Nejprve zvažte použití zátěžové buňky, která nabízí vyšší citlivost, označená vyšším výstupem MV/V.Dále lze kvalitu signálu zlepšit přijetím lepších postupů zapojení a využitím technik stínění ke snížení rušení hluku.Použití analogového převodníku s vysokým rozlišením (ADC) nebo výkonu s vynikajícím šumem, jako je HX711, může být užitečné.HX711 může být také uspořádáno tak, aby fungovalo při nastavení vyššího zisku, což dále zvyšuje citlivost na zatížení.

3. Jaká je maximální vzorkovací rychlost pro HX711?

Modul HX711 může ve svém výchozím režimu vydávat rychlosti dat obvykle až 80 vzorků za sekundu.Nastavením kolíku s výběrem rychlosti (rychlostní pin) můžete přepnout jeho režim a zvýšit rychlost na 10 Hz pro měření vyššího rozlišení a obětovat určitou rychlost pro přesnost.

4. Můžete přetížit zatížení buňky?

Ano, můžete přetížit zatížení, což může vést k trvalému poškození nebo degradaci jeho přesnosti.Zatížené buňky jsou obecně hodnoceny s maximální kapacitou a přetížením, obvykle kolem 150% jejich jmenovité kapacity.Překročení tohoto limitu riskuje mechanickou deformaci a selhání měřidel napětí uvnitř buňky.

5. Jak vyvážíte nákladní buňky?

Vyvážení více zatížení buněk v váhovém systému je ohniskem pro dosažení přesných měření.Pro účinné vyvážení nákladových buněk je hlavní nejprve zajistit, aby všechny zatížení byly stejné kapacity a typu.Měly by být nainstalovány stejně a platforma nebo struktura musí být rigidní, aby rovnoměrně podpořila každou buňku.Koryová skříň může být použita k elektricky kombinování a vyvážení signálů z každé zatížení buňky.Pokud je k dispozici, upravte výstup pomocí potenciometrů, abyste zajistili rovnoměrné rozdělení zátěže mezi všechny buňky.Po instalaci je nutné kalibrovat celý systém, aby zohlednil jakékoli úpravy výstupů jednotlivých buněk.