Hoe Arduino-weegschalen te bouwen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Bij het Restart Project in Londen houden we reparatie-evenementen waar leden van het publiek worden uitgenodigd om allerlei elektrische en elektronische items binnen te brengen voor reparatie, om ze van de stortplaats te redden. Een paar maanden geleden (op een evenement waar ik niet echt aanwezig was) bracht iemand een aantal defecte keukenweegschalen binnen die niemand kon repareren.

Ik heb nog nooit een digitale weegschaal van binnen gezien en niet wetend hoe ze werken, dus ik nam het als een uitdaging om ze te onderzoeken, terwijl ik twee versies van mezelf bouwde.

Als u uw eigen weegschalen wilt bouwen of een weegfunctie in een breder project wilt opnemen, kunt u deze Instructable als basis gebruiken, wat uw vereisten ook zijn, van het wegen van fracties van een gram tot vele kilogrammen.

Ik zal me daarom concentreren op de elektronica, de software en de onderliggende principes. Hoe u uw eigen project realiseert, is geheel aan u.

Ik zal je ook laten zien hoe je ze kunt kalibreren, zelfs als je geen standaardgewichten hebt.

Nadat ik mijn onderzoek had gedaan en het had gevalideerd door mijn eigen weegschalen te bouwen, schreef ik de principes van weegschalen op, inclusief alles wat ik kon afleiden over het opsporen van fouten, in de Restart Project Wiki. Ga eens kijken!

Stap 1: Uw loadcellen kiezen

Alle digitale weegschalen zijn opgebouwd rond een 4-terminal loadcel of vier 3-terminal loadcellen. Welke je moet krijgen, hangt af van wat voor soort schalen je wilt maken. Ze zijn allemaal elektrisch compatibel en redelijk goedkoop, dus je kunt later van gedachten veranderen, of meer dan één type krijgen om mee te experimenteren.

Voor keuken- of postweegschalen met een maximale belasting in het bereik van 100g tot 10kg, kunt u 4-terminal loadcellen krijgen die bestaan uit een aluminium staaf. Deze is horizontaal gemonteerd, ondersteund aan het ene uiteinde en ondersteunt het weegplatform aan het andere. Er zijn 4 rekstrookjes aan bevestigd. Ik leg volledig uit hoe het werkt in mijn wiki-artikel, dus ik zal het hier niet herhalen.

Deze zijn minder geschikt voor zwaardere lasten zoals een personenweegschaal, waarbij het volledige gewicht van een persoon, niet noodzakelijk gecentreerd op het platform, beter wordt ondersteund door 4 loadcellen die de 4 hoeken van het platform ondersteunen.

Dit is waar vier 3-terminal loadcellen meer geschikt zijn. Degenen met een gewicht van 50 kg per stuk zijn overal verkrijgbaar, die samen tot 200 kg zullen wegen.

Anderen met nog hogere beoordelingen zijn ontworpen om het te meten gewicht op te hangen volgens de mode van bagageweegschalen

Stap 2: Wat heb je nog meer nodig?

Naast uw loadcel of loadcellen heeft u het volgende nodig:

• Een Arduino. Je kunt vrijwel elk type gebruiken dat je wilt, maar ik heb de Nano gebruikt omdat deze een ingebouwde USB-interface heeft en nog steeds maar een paar pond kost.
• Een HX711-module. Dit kan worden geleverd met uw loadcel, maar is zeer goedkoop verkrijgbaar als een afzonderlijk item uit vele bronnen.
• Voor prototyping, een 400-punts breadboard, jumperkabels, pin- en socketstrips.

U hebt ook hout, plastic, schroeven, lijm of wat u maar nodig heeft voor uw specifieke versie van het project nodig.

Stap 3: De onderdelen voorbereiden

Om de HX711-module op het breadboard te gebruiken, soldeert u een 4-brede pinstrip aan de interface-pinnen (GND, DT, SCK, VCC) van de HX711.

Voor het eenvoudig aansluiten en loskoppelen van de load cell (vooral als je met meer dan één soort experimenteert) soldeer je een 6-brede pin-stekkerstrip op de analoge pinnen. (Je hebt alleen de E+, E-, A- en A+ pinnen nodig, maar ik heb toch een 6-brede strip gemonteerd voor het geval ik met de andere twee wilde experimenteren.)

Als u een 4-draads loadcel gebruikt, moet u de 4 draden van de loadcel op een 4-brede pinstrip solderen. De eerste twee pinnen zijn E+ en E- en de andere twee A- en A+. Ik heb de soldeerverbindingen afgeplakt met PVC-tape om ze te beschermen. Een markering aan het ene uiteinde en een overeenkomstige markering op de pin-aansluiting betekent dat ik weet hoe ik hem moet aansluiten, hoewel ik denk dat het er niet toe doet.

Verschillende loadcellen coderen de draden anders, maar het is gemakkelijk te zien welke welke is. Meet met een testmeter op een weerstandsbereik de weerstand tussen elk paar draden. Er zijn 6 mogelijke paren van 4 draden, maar u krijgt slechts 2 verschillende metingen. Er zullen 2 paren zijn die 33% meer lezen dan de andere 4, laten we zeggen 1, 000Ω in plaats van 750Ω. Een van die paren is E+ en E- en de andere is A+ en A- (maar het maakt niet uit welke).

Als alles eenmaal werkt en de weegschaal een negatief gewicht aangeeft wanneer u er iets op legt, wissel dan E+ en E- om. (Of A+ en A- als het makkelijker is. Maar niet allebei!)

Stap 4: Hoe 3-draads loadcellen te gebruiken?

Als u vier 3-draads loadcellen gebruikt, moet u deze met een stuk stripboard aan elkaar aansluiten en de E+, E-, A+ en A- aansluitingen van de combinatie nemen.

Aangezien de draadkleuren van u kunnen verschillen van de mijne, noemen we de 3 draadkleuren van elke load cell A, B en C.

Meet met een testmeter op een weerstandsbereik de weerstand tussen elk paar draden. Er zijn 3 mogelijke paren, maar u zult slechts 2 verschillende metingen meten. Identificeer het paar dat twee keer een van de andere twee leest. Noem dit paar A en C. Degene die je hebt weggelaten is B. (De weerstand tussen B en A of C is de helft van de weerstand tussen A en C.)

Simpel gezegd, je moet de 4 loadcellen in een vierkant aansluiten, met de A-draad van elk aangesloten op de A-draad van zijn buurman en de C-draad op de C-draad van zijn buurman aan de andere kant. De B-draden van twee loadcellen aan weerszijden van het vierkant zijn E+ en E-, en de B-draden van het andere paar zijn A+ en A-

Stap 5: Bedrading van de Breadboard

Het aansluiten van het breadboard is heel eenvoudig, er zijn slechts 4 jumpers nodig. De Fritzing-bibliotheek bood me alleen een iets andere versie van de HX711-module aan dan de mijne, maar de bedrading is hetzelfde. Je kunt het diagram volgen, of, als je een andere Arduino gebruikt, het aansluiten zoals in de onderstaande tabel:

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

Stap 6: De loadcellen monteren

De loadcel van het aluminium staaftype heeft aan elk uiteinde twee draadgaten. U kunt één paar gebruiken om het op een geschikte basis te monteren met een afstandhouder ertussen. Het andere paar kunt u op dezelfde manier gebruiken om een weegplateau te monteren, wederom met een afstandhouder. Alleen voor experimentele doeleinden kun je alle stukjes sloophout of plastic gebruiken die je bij de hand hebt, maar voor een gepolijst eindproduct zul je meer zorg willen besteden.

De eenvoudigste manier om de vier 3-draads loadcellen te monteren is tussen twee stukken spaanplaat. Ik heb een router gebruikt om 4 ondiepe inkepingen in de basis te maken om de vier cellen positief te lokaliseren. In mijn geval hadden de inkepingen een iets diepere centrale put nodig, zodat twee klinknagels aan de onderkant niet op de basis rustten.

Ik heb een smeltlijmpistool gebruikt om de loadcellen op hun plaats op de basis te houden en ook om het stripboard in het midden op de basis te bevestigen. Vervolgens heb ik het weegplateau er hard op gedrukt, zodat de puistjes op de bovenkant van de loadcellen lichte inkepingen maakten. Deze heb ik uitgediept met de bovenfrees en gecontroleerd of ze nog mooi uitgelijnd waren met de loadcellen. Vervolgens heb ik smeltlijm op en rond elke inkeping aangebracht en het weegplateau snel op de loadcellen gedrukt voordat de lijm hard werd.

Stap 7: De Arduino programmeren

Ik neem aan dat je de Arduino IDE op je computer hebt geïnstalleerd en weet hoe je deze moet gebruiken. Zo niet, bekijk dan een van de vele Arduino-tutorials - dat is hier niet mijn doel.

Selecteer in de vervolgkeuzemenu's van IDE Schets - Bibliotheek opnemen - Bibliotheken beheren…

Typ hx711 in het zoekvak. Het zou HX711-master moeten vinden. Klik op Installeren.

Download het bijgevoegde bestand HX711.ino voorbeeldschets. Open in het vervolgkeuzemenu IDE-bestand het bestand dat u zojuist hebt gedownload. De IDE zal zeggen dat het in een map moet staan - sta het toe om het in een map te plaatsen.

Compileer en upload de schets en klik vervolgens op de seriële Monitor in de IDE.

Hieronder ziet u enkele voorbeelduitvoer. In de initialisatiefase toont het gemiddeld 20 ruwe meetwaarden van de HX711 en stelt vervolgens de tarra in (d.w.z. het nulpunt). Hierna geeft het een enkele ruwe aflezing, een gemiddelde van 20 en een gemiddelde van 5 min de tarra. Tenslotte een gemiddelde van 5 minus de tarra en gedeeld door de schaalfactor om een gekalibreerde aflezing in grammen te geven.

Voor elke meting geeft het het gekalibreerde gemiddelde van 20 en de standaarddeviatie. De standaarddeviatie is de rage van waarden waarbinnen naar verwachting 68% van alle metingen zal liggen. 95% zal binnen twee keer dit bereik liggen en 99,7% binnen drie keer het bereik. Het is daarom nuttig als maatstaf voor het bereik van willekeurige fouten in het resultaat.

In dit voorbeeld plaatste ik na de eerste lezing een nieuwe pondmunt op het platform, die 8,75 g zou moeten wegen.

HX711 Demo De schaal initialiseren Raw ave(20): 1400260 Na het instellen van de schaal: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tarra: 27,00 Calibrated ave(5): 0,0 Uitlezingen: Mean, Std Dev of 20 metingen: -0,001 0,027 Benodigde tijd: 1.850 sec gemiddelde, standaard afwijking van 20 metingen: 5,794 7,862 tijd genomen: 1,848 seconden gemiddelde, standaard afwijking van 20 metingen: 8.766 0,022 benodigde tijd: 1,848 seconden gemiddelde, standaard afwijking van 20 metingen: 8,751 0.034 Benodigde tijd: 1.849Sec Gemiddelde, Std Dev van 20 metingen: 8.746 0.026 Benodigde tijd: 1.848Sec

Stap 8: Kalibratie

De Arduino-schets in de vorige stap bevat twee kalibratiewaarden (of schaalfactoren) met betrekking tot mijn 1 kg en mijn set van vier 50 kg 3-draads loadcellen. Deze staan op regel 19 en 20. U moet uw eigen kalibratie uitvoeren, te beginnen met een willekeurige kalibratiewaarde zoals 1 (op regel 21).

Ik had geen standaardgewichten, dus voor de weegcel van 1 kg gebruikte ik een nieuwe munt van £ 1, die 8,75 g weegt. Idealiter zou je iets moeten gebruiken dat minstens een tiende van het maximum van de weegschaal weegt.

Zoek iets - alles - van een ongeveer geschikt gewicht. Breng het naar uw plaatselijke postkantoor, doe alsof u het moet posten, en leg het daar op de weegschaal en noteer zorgvuldig het gewicht. Of je brengt het naar een handelaar, zoals een vriendelijke lokale groenteboer. Elke gerenommeerde handelaar moet zijn weegschalen regelmatig laten kalibreren om te voldoen aan de handelsnormen.

Je hebt nu een object met een bekend gewicht. Leg het op je weegschaal en noteer de aflezing. Vermenigvuldig je huidige schaalfactor met de meetwaarde die je hebt gekregen en deel het resultaat door wat de meetwaarde had moeten zijn, in grammen, kilogrammen, ponden, micro-olifanten of welke eenheid je ook kiest. Het resultaat is uw nieuwe schaalfactor. Probeer uw bekende gewicht opnieuw en herhaal het proces indien nodig.