Tomasz Bartuś

Tensometryczna waga elektroniczna (2/2)

Tomasz Bartuś

Tweet
2019-03-24

Wstęp

W pierszej części cyklu poświeconego projektowi wagi elektronicznej opisałem budowę i zasadę działania tensometrów z typowych wag łazienkowych, opowiedziałem o zasadzie działania mostka Wheatstona oraz jego typowych układach aplikacyjnych w wagach tensometrycznych, a na koniec opisałem sposób łączenia tensometrów z wag łazienkowych w układ mostka. W drugim odcinku cyklu skupimy się na praktycznym wykorzystaniu tej wiedzy. Wykonamy układ wagi tensometrycznej (Fig. 1), zajmiemy się oprogramowaniem wagi i dokonamy jej kalibracji.

Montaż układu

Korzystając ze schematu przedstawionego w poprzednim odcinku tego cyklu, zmontujmy układ mostka (Fig. 2).

Aby ułatwić połączenie tensometrów w mostek Wheatstona, układy wag łazienkowych i podobne, wykorzystują specjalne płytki połączeniowe (Fig. 3). Niektóre firmy np. SparkFun
posiadają takie płytki w swojej ofercie handlowej.

Zmiany napięcia pomiędzy wyprowadzeniami "S +" i "S -" mostka Wheatstona są na tyle małe, że bezpośrednie podłączenie go do układu Arduino nie jest możliwe. Zanim sygnał trafi do układu mikrokontrolera należy go odpowiednio wzmocnić. Popularnym modułem wzmacniacza układów tensometrycznych jest układ HX711 (Fig. 4). Jest to wzmacniacz operacyjny z dokładnym 24-bitowym konwerterem analogowo-cyfrowym. Moduł oparty jest na układzie Avia Semiconductor HX711. Dzięki wbudowanemu stabilizatorowi napięcia oferuje dużą swobodę zasilania. Może być stosowany w aplikacjach wykorzystujących napięcie zasilania zarówno 5V jak i 3,3V.

Moduł HX711 dysponuje następującymi pinami:

E+ - Excitation+ VCC dla belki tensometrycznej
E- - Excitation- GND dla belki tensometrycznej
A- / A+ - wejście belki tensometrycznej (kanał A)
B- / B+ - wejście belki tensometrycznej (kanał B)
GND - masa
DT - dane (magistrala szeregowa)
SCK - zegar (magistrala szeregowa)
VCC - zasilanie modułu

Jak widać HX711 umożliwia podłączenie dwóch układów tensometrycznych (kanały A i B). Jeżeli korzystamy z jednego mostka Wheatstona, jego wyprowadzenia "S +" i "S -" podpinamy odpowiednio do wejść "A +" i "A -", pozostawiając wejścia "B +" i "B -" niepodłączone.

Schemat

Lista części

1. platforma Arduino nano,
2. przetworniki tensometryczne z wagi łazienkowej typu GML692 lub podobne, szt. 4,
3. moduł wzmacniacza operacyjnego HX711,
4. płytka prototypowa,
5. moduł wyświetlacza LCD 16 × 2,
6. przewody/mostki.

Aby wykorzystać moduł HX711 musimy zainstalować bibliotekę HX711.

Kalibracja wagi

Firma Sparkfun udostępnia skrypt pod Arduino umożliwiający kalibrację urządzenia (określenie współczynnika kalibracji). Najnowsze wersję skryptu można pobrać z repozytorium GitHub. Szkic SparkFun_HX711_Calibration jest przykładowym programem dołączonym do biblioteki. Aby określić współczynnik kalibracji należy na czujniki tensometryczne położyć płaski przedmiot, np. deskę kuchenną, a następnie uruchomić układ. Na desce nie powinno się znajdować żadne obciążenie. Następnie wkładamy na deskę przedmiot o znanej masie. Za pomocą przycisków "+" i "-" (lub "a" i "z"), zatwierdzając to enterem, ustawiamy odczyt tak, aby zgadzał się z naszą znaną masą. Zapisujemy wartość współczynnika konwersji.

Szkic 1

Po określeniu wartości współczynnika kalibracji, określoną wartość należy wykorzystać w programie SparkFun_HX711_Example (kolejny przykładowy skrypt w zasobach biblioteki HX711).

Szkic 2

Schemat

Film

Wykorzystane materiały

Al-Mutlaq S., Giant A., Load Cell Amplifier HX711 Breakout Hookup Guide
DegrawSt, Arduino Bathroom Scale With 50 Kg Load Cells and HX711 Amplifier