Jak zbudować wagę Arduino: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

W Restart Project w Londynie organizujemy imprezy naprawcze, podczas których członkowie społeczeństwa są zapraszani do przynoszenia wszelkiego rodzaju urządzeń elektrycznych i elektronicznych do naprawy, aby uchronić je przed składowaniem. Kilka miesięcy temu (na imprezie, w której nie brałem udziału) ktoś przywiózł jakąś wadliwą wagę kuchenną, której nikt nie potrafił naprawić.

Nigdy nie widziałem wewnątrz żadnych cyfrowych wag i nie wiedziałem, jak działają, więc podjąłem wyzwanie zbadania ich, w trakcie tworzenia dwóch własnych wersji.

Jeśli chcesz zbudować własną wagę lub włączyć funkcję ważenia w szerszym projekcie, możesz użyć tej instrukcji jako podstawy, niezależnie od swoich wymagań, od ważenia ułamków grama do wielu kilogramów.

Dlatego skoncentruję się na elektronice, oprogramowaniu i podstawowych zasadach. To, jak zrealizujesz swój własny projekt, zależy wyłącznie od Ciebie.

Pokażę Ci również, jak je kalibrować, nawet jeśli nie masz standardowych odważników.

Po przeprowadzeniu moich badań i walidacji ich poprzez zbudowanie własnych wag, napisałem zasady ważenia wag, w tym wszystko, co mogłem wywnioskować na temat wyszukiwania błędów, w Restart Project Wiki. Idź i zobacz!

Krok 1: Wybór ogniw obciążnikowych

Wszystkie wagi cyfrowe są zbudowane wokół 4-zaciskowego ogniwa obciążnikowego lub czterech 3-zaciskowych ogniw obciążnikowych. To, które otrzymasz, zależy od rodzaju wagi, którą chcesz wykonać. Wszystkie są kompatybilne elektrycznie i dość tanie, więc możesz później zmienić zdanie lub poeksperymentować z więcej niż jednym typem.

Do wag kuchennych lub pocztowych o maksymalnym obciążeniu w zakresie od 100g do 10kg można otrzymać 4-zaciskowe czujniki wagowe składające się z aluminiowego pręta. Jest ona montowana poziomo, podparta z jednej strony i podpierająca platformę wagową z drugiej. Posiada przymocowane do niego 4 tensometry. Wyjaśniam w pełni, jak to działa w moim artykule wiki, więc nie będę tego tutaj powtarzał.

Są one mniej odpowiednie dla cięższych ładunków, takich jak wagi łazienkowe, gdzie pełny ciężar osoby, niekoniecznie wyśrodkowany na platformie, jest lepiej podtrzymywany przez 4 ogniwa obciążnikowe podtrzymujące 4 rogi platformy.

W tym przypadku bardziej odpowiednie są cztery 3 końcowe czujniki wagowe. Powszechnie dostępne są te o wadze 50 kg każdy, które razem ważą do 200 kg.

Inne z jeszcze wyższymi ocenami są przeznaczone do zawieszania mierzonego ciężaru na wzór wag bagażowych

Krok 2: Czego jeszcze potrzebujesz

Oprócz ogniwa obciążnikowego lub ogniw obciążnikowych będziesz potrzebować:

• Arduino. Możesz użyć praktycznie dowolnego typu, ale ja użyłem Nano, ponieważ ma wbudowany interfejs USB i nadal kosztuje tylko kilka funtów.
• Moduł HX711. Może to być dołączone do ogniwa obciążnikowego, ale jest dostępne bardzo tanio jako osobna pozycja z wielu źródeł.
• Do prototypowania 400-punktowa płytka stykowa, przewody połączeniowe, listwy stykowe i gniazdowe.

Będziesz także potrzebował drewna, plastiku, śrub, kleju lub czegokolwiek, czego potrzebujesz do konkretnej wersji projektu.

Krok 3: Przygotowanie części

Aby użyć modułu HX711 na płytce stykowej, przylutuj 4-szeroką listwę stykową do pinów interfejsu (GND, DT, SCK, VCC) HX711.

Dla łatwego podłączania i odłączania ogniwa obciążnikowego (szczególnie jeśli eksperymentujesz z więcej niż jednym rodzajem) przylutuj 6-pinową listwę gniazdową do pinów analogowych. (Potrzebujesz tylko pinów E+, E-, A- i A+, ale i tak zamontowałem pasek o szerokości 6, na wypadek gdybym chciał poeksperymentować z pozostałymi dwoma.)

Jeśli używasz 4-przewodowego ogniwa obciążnikowego, będziesz musiał przylutować 4 przewody z ogniwa obciążnikowego do 4-szerokiego paska stykowego. Pierwsze dwa piny to E+ i E-, a pozostałe dwa A- i A+. Zakleiłem złącza lutowane taśmą PCV, aby je zabezpieczyć. Znak na jednym końcu i odpowiadający mu znak na gnieździe pinowym oznacza, że wiem, w którą stronę go podłączyć, chociaż nie sądzę, żeby to miało znaczenie.

Różne ogniwa obciążnikowe w różny sposób oznaczają przewody kolorami, ale łatwo jest stwierdzić, który jest który. Za pomocą miernika testowego na zakresie rezystancji zmierz rezystancję między każdą parą przewodów. Istnieje 6 możliwych par 4 przewodów, ale otrzymasz tylko 2 różne odczyty. Będą 2 pary, które odczytują o 33% więcej niż pozostałe 4, powiedzmy 1000 Ω zamiast 750 Ω. Jedna z tych par to E+ i E-, a druga to A+ i A- (ale nieważne która).

Gdy już wszystko działa, jeśli waga odczytuje ujemną wagę, gdy coś na nią położysz, zamień E+ i E-. (Lub A+ i A-, jeśli tak jest łatwiej. Ale nie jedno i drugie!)

Krok 4: Jak korzystać z 3-przewodowych ogniw obciążnikowych

Jeśli używasz czterech 3-przewodowych czujników tensometrycznych, będziesz musiał połączyć je razem z kawałkiem stripboardu i wziąć połączenia E+, E-, A+ i A- z kombinacji.

Ponieważ twoje kolory przewodów mogą się różnić od moich, nazwijmy 3 kolory przewodów każdej komórki obciążnikowej A, B i C.

Za pomocą miernika testowego na zakresie rezystancji zmierz rezystancję między każdą parą przewodów. Istnieją 3 możliwe pary, ale zmierzysz tylko 2 różne odczyty. Zidentyfikuj parę, która czyta dwa razy jeden z pozostałych dwóch. Nazwij tę parę A i C. Ta, którą pominąłeś, to B. (Opór między B a A lub C jest połową oporu między A i C.)

Mówiąc najprościej, musisz podłączyć 4 ogniwa obciążnikowe w kwadracie, z przewodem A każdego z nich podłączonym do przewodu A sąsiada, a przewód C z przewodem C sąsiada po drugiej stronie. Przewody B dwóch ogniw obciążnikowych po przeciwnych stronach kwadratu to E+ i E-, a przewody B drugiej pary to A+ i A-

Krok 5: Okablowanie płyty do krojenia chleba

Okablowanie płytki stykowej jest bardzo proste, wymaga tylko 4 zworek. Biblioteka Fritzing zaoferowała mi tylko nieco inną wersję modułu HX711 niż moja, ale okablowanie jest takie samo. Możesz postępować zgodnie ze schematem lub jeśli używasz innego Arduino, podłącz go tak, jak w poniższej tabeli:

Pin Arduino HX711 Pin 3V3 VCC GND GND A0 SCK A1 DT

Krok 6: Montaż ogniw obciążnikowych

Ogniwo obciążnikowe typu aluminiowego pręta ma dwa gwintowane otwory na każdym końcu. Możesz użyć jednej pary, aby zamontować ją na odpowiedniej podstawie z przekładką między nimi. Drugą parę można wykorzystać w ten sam sposób do zamontowania platformy wagowej, ponownie z przekładką. Tylko do celów eksperymentalnych możesz użyć dowolnych kawałków drewna lub plastiku, które masz pod ręką, ale w przypadku wypolerowanego produktu końcowego będziesz chciał zachować większą ostrożność.

Najłatwiejszym sposobem montażu czterech 3-przewodowych czujników tensometrycznych jest montaż pomiędzy dwoma kawałkami płyty wiórowej. Za pomocą routera zrobiłem 4 płytkie wgłębienia w podstawie, aby pozytywnie zlokalizować cztery komórki. W moim przypadku wgłębienia wymagały nieco głębszej studni centralnej, aby dwa nity na dnie nie opierały się o podstawę.

Użyłem pistoletu do klejenia na gorąco, aby utrzymać ogniwa obciążnikowe na miejscu na podstawie, a także przymocować stripboard do podstawy pośrodku. Następnie mocno docisnąłem do nich platformę wagową, tak że pryszcze na wierzchołkach ogniw obciążnikowych wykonały lekkie wgniecenia. Pogłębiłem je za pomocą routera i sprawdziłem, czy nadal dobrze współgrają z ogniwami obciążnikowymi. Następnie nakładałem klej topliwy na i wokół każdego wcięcia i szybko dociskałem platformę wagową do ogniw obciążnikowych, zanim klej stwardniał.

Krok 7: Programowanie Arduino

Zakładam, że masz zainstalowane Arduino IDE na swoim komputerze i wiesz, jak z niego korzystać. Jeśli nie, zapoznaj się z jednym z wielu samouczków Arduino - nie jest to mój cel tutaj.

Z menu rozwijanych IDE wybierz Szkic - Dołącz bibliotekę - Zarządzaj bibliotekami…

Wpisz hx711 w polu wyszukiwania. Powinien znaleźć HX711-master. Kliknij Zainstaluj.

Pobierz załączony plik przykładowego szkicu HX711.ino. Z menu rozwijanego Plik IDE otwórz właśnie pobrany plik. IDE powie, że musi znajdować się w folderze - pozwól mu umieścić go w jednym.

Skompiluj i prześlij szkic, a następnie kliknij monitor szeregowy w IDE.

Poniżej znajduje się przykładowy wynik. W fazie inicjalizacji wyświetla średnio 20 surowych odczytów z HX711, a następnie ustawia tarę (tj. punkt zerowy). Następnie daje jeden surowy odczyt, średnio 20 i średnio 5 mniej niż tara. Na koniec średnia 5 minus tara i podzielona przez współczynnik skali, aby uzyskać skalibrowany odczyt w gramach.

Dla każdego odczytu daje skalibrowaną średnią 20 i odchylenie standardowe. Odchylenie standardowe to zakres wartości, w którym oczekuje się, że mieści się 68% wszystkich pomiarów. 95% będzie mieścić się w dwukrotnym zakresie, a 99,7% w trzykrotnym zakresie. Jest to zatem przydatne jako miara zakresu losowych błędów w wyniku.

W tym przykładzie po pierwszym czytaniu położyłem na platformie nową monetę funtową, która powinna ważyć 8,75g.

HX711 DemoInicjalizacja wagi Raw ave(20): 1400260 Po ustawieniu wagi: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tare: 27,00 Calibrated ave(5): 0,0 Odczyty: Mean, Std Dev of 20 odczytów: -0,001 0,027 Zajęty czas: 1,850 s Średnia, standardowe odchylenie 20 odczytów: 5,794 7,862 Zabrany czas: 1,848 s Średnia, standardowe odchylenie 20 odczytów: 8,766 0,022 Zajęty czas: 1,848 s Średnia, standardowe odchylenie 20 odczytów: 8,751 0,034 Zmierzony czas: 1,849 s Średnia, standardowe odchylenie z 20 odczytów: 8,746 0,026 Zmierzony czas: 1,848 s

Krok 8: Kalibracja

Szkic Arduino w poprzednim kroku zawiera dwie wartości kalibracji (lub współczynniki skali) odnoszące się do mojego 1kg i mojego zestawu czterech 50kg 3-przewodowych czujników tensometrycznych. Znajdują się one w liniach 19 i 20. Będziesz musiał wykonać własną kalibrację, zaczynając od dowolnej wartości kalibracji, takiej jak 1 (w linii 21).

Nie miałem żadnych standardowych odważników, więc do 1-kilogramowego ogniwa obciążnikowego użyłem nowej monety 1 funta, która waży 8,75g. Najlepiej byłoby użyć czegoś ważącego co najmniej jedną dziesiątą maksymalnej wagi.

Znajdź coś - cokolwiek - mniej więcej odpowiedniej wagi. Zanieś go do lokalnego urzędu pocztowego, udawaj, że musisz go wysłać, połóż go na wadze i dokładnie zanotuj wagę. Możesz też zabrać go do sprzedawcy, takiego jak zaprzyjaźniony lokalny warzywniak. Każdy renomowany przedsiębiorca powinien regularnie kalibrować swoje wagi w celu zapewnienia zgodności ze standardami handlowymi.

Masz teraz obiekt o znanej wadze. Umieść go na wadze i zanotuj odczyt. Pomnóż aktualny współczynnik skali przez uzyskany odczyt i podziel wynik przez to, jaki powinien być odczyt, czy to w gramach, kilogramach, funtach, mikrosłoniach, czy w dowolnych jednostkach, które wybierzesz. Rezultatem jest nowy współczynnik skali. Spróbuj ponownie poznać swoją wagę i jeśli to konieczne, powtórz proces.