Как настроить и калибровать нагрузочные ячейки с помощью HX711?

Модуль HX711 появляется в качестве основы в современных системах взвешивания, служащих опасной границей между микроконтроллерами и нагрузочными ячейками - дает основные по весу и измерению силы.В этой статье рассматриваются детали HX711, подчеркивая его двухканальную работу, которая обслуживает одну или две нагрузочные ячейки, предлагая гибкость в конфигурации.Он влияет на 24-битный аналого-цифровой преобразователь (ADC) и на бортовое программируемое усилитель усиления (PGA) для обеспечения высокого разрешения, манимизированных с шумоподавлением цифровых выходов из минимальных аналоговых сигналов.Участие точных методов калибровки, включая нулевые и полномасштабные корректировки, выделено для обеспечения точности в различных приложениях от промышленных масштабов до интеллектуальных кухонных систем.В статье исследуется влияние факторов окружающей среды, таких как температура на производительность нагрузочных клеток, детализация методов компенсации, которые повышают надежность.Настройки соединений, типичные проблемы, возникающие и методы устранения неполадок, дают практическую информацию об оптимизации функциональности и долговечности систем на основе HX711.

Каталог

Что такое HX711?

Рисунок 1: HX711

HX711 представляет собой электронный модуль, обычно используемый для взаимодействия с нагрузочными ячейками, которые являются датчиками, которые измеряют вес или силу.Он оснащен 24-битным АЦП и интегрированным усилителем для преобразования аналоговых сигналов из нагрузочных ячеек в цифровой выход высокого разрешения, гарантируя точные измерения веса.HX711 поддерживает два канала, позволяя подключаться к одной или двум нагрузочным ячейкам и обеспечивая гибкость для различных конфигураций системы взвешивания.Оптимизированный для низкого шума, модуль обеспечивает точные измерения веса путем минимизации помех.Он общается с микроконтроллерами, такими как Arduino, посредством простого последовательного интерфейса, требующего лишь нескольких контактов для передачи данных.HX711 работает при низкой мощности, что делает его подходящим для систем с батарейным питанием.Его бортовой усилитель имеет регулируемый усиление, позволяющее настройку на основе чувствительности прикрепленной нагрузочной ячейки.

Крошечный аналоговый сигнал из нагрузочной ячейки усиливается встроенным программируемым усилителем усиления HX711 (PGA), как правило, устанавливается на усиление 128 или 64, в зависимости от силы выходного сигнала датчика.Этот усиленный сигнал затем подается в 24-битный конвертер A/D, превращая его в высокопрочный цифровой сигнал.Правильное экранирование и заземление линии сигнала требуются во время этого процесса, чтобы предотвратить внешние помехи.После преобразования цифровой сигнал отправляется на микроконтроллер через последовательный интерфейс HX711.Методы цифровой фильтрации, такие как фильтрация скользящей средней или фильтрация Калмана, могут быть применены для повышения точности измерения.Калибровка включает в себя нулевую калибровку, чтобы установить выход датчика на ноль без веса и полномасштабной калибровки, чтобы регулировать выход, чтобы соответствовать фактическому весу известного стандартного объекта.

Соединение HX711 в нагрузочной ячейке

Рисунок 2: HX711 в нагрузочной ячейке

HX711 предназначен главным образом для взаимодействия с нагрузочной ячейкой в ​​системах взвешивания.В типичной настройке нагрузочная ячейка, которая обычно поставляется с четырьмя проводами - Red (возбуждение + или VCC), черное (возбуждение - или GND), белый (сигнал +) и зеленый (сигнал -) - непосредственно подключена кHX711.Красные и черные провода соединены с E+ и электронными писателями на HX711 соответственно, обеспечивая необходимое напряжение возбуждения.Белые и зеленые провода прикреплены к A+ и A-писателям HX711, которые обрабатывают выходы сигнала нагрузочной ячейки.

Для мощности HX711 требует напряжения питания, как правило, между 2,6 В до 5,5 В. Модуль оснащена часами (SCK) и Data (DT), которые подключаются к соответствующим цифровым контактам на микроконтроллере, способствующих цифровой связи.После того, как все физические соединения выполняются, система должна быть откалибрована с известными весами, чтобы обеспечить точность, регулируя программное обеспечение микроконтроллера для корреляции аналогового выхода нагрузочной ячейки с определенными значениями веса.Правильное заземление HX711 к земле микроконтроллера, и, если возможно, на землю необходимо для минимизации шума и повышения точности измерения.

Сравнение различных типов нагрузочных ячеек

Особенность	Тип сжатия	Тип напряжения	Тип однонатопочки	Тип изгибающего луча
Принцип	Нагрузки измеряют нагрузку вертикально	Нагрузки измеряют нагрузку вертикально	Измеряет нагрузку, применяемую в одной области	Измеряет нагрузку с помощью силы изгиба
Ориентация нагрузки	Сжимающая сила	Растягиваемая сила	Любое направление в плоскости	Изгибание или изгиб
Точность	Высокий	Высокий	От умеренного до высокого	Умеренный
Расходы	Умеренный	От умеренного до высокого	От низкого до умеренного	Низкий
Обслуживание	Низкий	Низкий	Низкий	Низкий
Выход	Электрический сигнал	Электрический сигнал	Электрический сигнал	Электрический сигнал
Общие приложения	Промышленные весы, взвешивание бака	Шкалы крана, тестирование материала	Розничные весы, масштаб платформ	Бак взвешивания, промышленные системы
Преимущества	Высокая мощность, надежная	Подходит для динамических нагрузок	Удобно для асимметричных нагрузок	Рентабельный для определенных диапазонов
Недостатки		Ограничено сжимающими нагрузками	Ограничено растягивающими нагрузками	Не подходит для заряда вне центра

Влияние температуры на нагрузочную ячейку

Рисунок 3: Температура на нагрузочной ячейке

Изменения температуры значительно влияют на точность нагрузочных ячеек, вызывая нулевые изменения дрейфа и чувствительности из -за теплового расширения и коэффициента температуры устойчивости материалов из диапазона деформации.Чтобы смягчить эти эффекты, можно использовать несколько методов компенсации температуры.Одним из методов является использование термопалей или термисторов для мониторинга рабочей температуры датчика в режиме реального времени, обрабатываемого программными системами для исправления ошибок измерения.Другой подход включает в себя выбор материалов для деформации с внутренними свойствами температурной компенсации.Проектирование эффективной мостовой схемы, состоящей из четырех датчиков деформации, расположенных симметрично и добавления резисторов для компенсации температуры дополнительно сводит к минимуму эффекты температуры.Поддержание постоянной температурной среды является фокусом для высоких лабораторных балансов, и использование клея с высокой тепловой стабильностью обеспечивает твердые точки сварки в мостовых цепи, чтобы избежать таких проблем, как холодная сварка.

Примеры проекта с использованием HX711 и нагрузочной ячейки

Для интеллектуальной кухонной шкалы требуемые материалы включают модуль HX711, одноточечную нагрузочную ячейку, микроконтроллер Arduino и экран дисплея.Процесс строительства включает в себя закрепление нагрузочной ячейки на основе шкалы, соединение ее с HX711 и взаимодействие HX711 с Arduino.Arduino запрограммирован на управление операциями HX711, непрерывно считывать данные веса и отображать эту информацию на экране.Дополнительным улучшением является интеграция модуля Bluetooth для передачи весовых данных в мобильное приложение.

Рисунок 4: Нагрузочная ячейка с микроконтроллером Arduino

Для умного мусорного бака требуемые компоненты представляют собой модуль HX711, одноточечная нагрузочная ячейка, микроконтроллер Arduino и механизм уведомлений, такой как зуммер или светодиодный свет.Настройка включает в себя установку нагрузочной ячейки в нижней части мусорного бака и соединение ее с HX711 и Arduino.Программное обеспечение Arduino адаптировано для мониторинга веса мусора и оповещений выпуска через зуммер или светодиод, когда мусор достигает предопределенного веса.Добавление беспроводного модуля для удаленного мониторинга и настройки системы для отправки предупреждений и данных веса в мобильное приложение является еще одним полезным вариантом.

Рисунок 5: Микроконтроллер Arduino со светодиодными фонарями

Общие проблемы и устранение неполадок

При использовании модуля HX711 и датчиков взвешивания вы можете столкнуться с несколькими проблемами, такими как шум сигнала, нулевой дрейф, нестабильность сигнала и общие задачи обслуживания.Чтобы решить проблему сигнала, установка конденсаторов фильтра вблизи питания HX711 может смягчить шум от колебаний мощности.Использование экранированных кабелей помогает изолировать электромагнитные помехи, что особенно требуется при расстоянии.Использование осциллографа может помочь идентифицировать источники шума в линии питания и сигналов, а правильно заземленные кабели еще больше снижает помехи.Проблемы с нулевым дрейфом могут быть минимизированы посредством регулярной калибровки и поддержания постоянной температурной среды или с использованием устройств для компенсации температуры.Также рекомендуется непрерывно контролировать и корректировать изменения температуры, чтобы обеспечить стабильность.

Для нестабильности сигнала осмотрите точки пайки на модуле датчика и HX711, чтобы убедиться, что они твердые.Проверьте все провода для целостности и хорошего контакта и используйте мультиметр для измерения сопротивления в каждой точке контакта, чтобы подтвердить целостность соединения.Требуется регулярное обслуживание и калибровка.Это включает в себя проверку напряжения питания, гарантирование безопасных подключений линии сигнала и оценка механического состояния датчика.Калибровка со стандартным весом является фокусной для поддержания точности выхода датчика.

Заключение

Модуль HX711 участвует в преобразовании базовых систем измерения веса в надежные и адаптируемые технические решения.Благодаря полному анализу его проектирования, применения и потенциальных проблем, эта статья не только иллюстрирует роль модуля в повышении точности и стабильности нагрузочных ячеек, но также обеспечивает план для эффективного устранения неполадок и обслуживания.Будь то при повышении обработки цифровых сигналов или квалификации неблагоприятных последствий изменения температуры, стратегии, обсуждаемые в данном документе, необходимы для инженеров и технологов, стремящихся подключить весь потенциал HX711 в чувствительных к весу приложениям.Будущие достижения в области материальной науки и цифровой электроники имеют обещание дальнейшего повышения возможностей модулей, таких как HX711, поменяют путь для более эффективных и точных систем взвешивания.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Какова чувствительность нагрузочной ячейки HX711?

Его чувствительность, которая указывает на то, насколько мало изменений веса он может обнаружить, в первую очередь определяется подключенной к нему нагрузочной ячейки.Нагрузочные ячейки обеспечивают чувствительность в диапазоне от 1 мВ/V до 3 мВ/V, что означает изменения выходного напряжения на это количество на вольт возбуждения при полной нагрузке.

2. Как повысить чувствительность нагрузочной ячейки?

Чтобы повысить чувствительность нагрузочной ячейки, можно сделать несколько шагов.Во -первых, рассмотрите возможность использования нагрузочной ячейки, которая предлагает более высокую чувствительность, что указывает более высокий выход MV/V.Затем качество сигнала может быть улучшено, приняв лучшие методы проводки и используя методы экранирования для уменьшения помех шума.Использование аналого-цифрового преобразователя (ADC) с более высоким разрешением (ADC) или один с превосходными характеристиками шума, такой как HX711, может быть полезно.HX711 также может быть организован для работы при более высокой настройке усиления, что еще больше повышает чувствительность нагрузочной ячейки.

3. Какова максимальная скорость отбора проб для HX711?

Модуль HX711 может выводить скорости передачи данных, как правило, до 80 выборок в секунду в режиме по умолчанию.Регулируя штифт выбора скорости (PIN -контакт), вы можете переключить его режим, чтобы увеличить скорость до 10 Гц для измерений более высокого разрешения, принося некоторую скорость для более точности.

4. Можете ли вы перегружать нагрузочную ячейку?

Да, вы можете перегрузить нагрузочную ячейку, что может привести к постоянному повреждению или ухудшению ее точности.Нагрузочные ячейки, как правило, оцениваются с максимальной емкостью и перегрузкой, как правило, около 150% их номинальной емкости.Превышение этого предела рискует механическая деформация и разрушение датчиков деформации внутри ячейки.

5. Как вы сбалансируете нагрузочные ячейки?

Балансирование нескольких нагрузочных ячеек в системе взвешивания является очаговым для достижения точных измерений.Чтобы эффективно сбалансировать нагрузочные ячейки, важно сначала убедиться, что все нагрузочные ячейки имеют одну и ту же способность и тип.Они должны быть установлены одинаково, и платформа или структура должны быть жесткой, чтобы равномерно поддерживать каждую ячейку.Коробка соединения может использоваться для электрического объединения и сбалансировки сигналов из каждой нагрузочной ячейки.Если доступно, отрегулируйте выходные данные через потенциометры, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки среди всех ячеек.После установки необходимо калибровать всю систему для учета любых модификаций в выходах отдельных ячеек.