Jak postavit váhy Arduino: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

V projektu Restart v Londýně pořádáme opravárenské akce, kde jsou zváni členové veřejnosti, aby dovezli všechny druhy elektrických a elektronických předmětů k opravě, aby je zachránili před skládkováním. Před několika měsíci (na akci, které jsem se ve skutečnosti nezúčastnil) někdo přinesl vadnou kuchyňskou váhu, kterou nikdo nedokázal opravit.

Nikdy jsem neviděl žádné digitální váhy a nevěděl jsem, jak fungují, a proto jsem vzal výzvu prozkoumat je a přitom postavit dvě vlastní verze.

Pokud si přejete postavit vlastní váhy nebo začlenit funkci vážení do širšího projektu, můžete tento návod použít jako základ, bez ohledu na vaše požadavky, od váhových zlomků gramů až po mnoho kilogramů.

Proto se budu soustředit na elektroniku, software a základní principy. Jak svůj vlastní projekt zrealizujete, je zcela na vás.

Také vám ukážu, jak je kalibrovat, i když nemáte žádné standardní váhy.

Poté, co jsem provedl svůj výzkum a ověřil jej vytvořením vlastních vah, jsem napsal zásady vážení vah, včetně všeho, co jsem mohl odvodit o hledání závad, na Restart Project Wiki. Běžte se podívat!

Krok 1: Výběr siloměrů

Všechny digitální váhy jsou postaveny na 4-koncovém siloměru nebo čtyřech 3-koncových snímačích. Které získáte, závisí na tom, jaký druh váhy chcete vytvořit. Všechny jsou elektricky kompatibilní a poměrně levné, takže si to můžete později rozmyslet nebo si nechat experimentovat s více než jedním typem.

Pro kuchyňské nebo poštovní váhy s maximálním zatížením v rozmezí 100 g až 10 kg můžete získat 4 koncové snímače zatížení skládající se z hliníkové tyče. Toto je namontováno vodorovně, na jednom konci podepřeno a na druhém podepřeno vážicí plošinou. K němu jsou připojeny 4 tenzometry. Podrobně vysvětluji, jak to funguje, ve svém článku na wiki, takže to zde nebudu opakovat.

Ty jsou méně vhodné pro těžší břemena, jako jsou koupelnové váhy, kde je celková hmotnost osoby, která nemusí být nutně soustředěna na plošinu, lépe podporována 4 siloměry podporujícími 4 rohy plošiny.

Zde jsou vhodnější čtyři 3 koncové snímače zatížení. Široce dostupné jsou ty, které mají 50 kg a které dohromady váží až 200 kg.

Jiné s ještě vyššími hodnotami jsou navrženy tak, aby pozastavily hmotnost, která se má měřit po vzoru zavazadlových vah

Krok 2: Co jiného potřebujete

Kromě snímače zatížení nebo snímačů zatížení budete potřebovat:

• Arduino. Můžete použít prakticky jakýkoli typ, který se vám líbí, ale já jsem použil Nano, protože má vestavěné rozhraní USB a stále stojí jen několik liber.
• Modul HX711. To může být součástí vaší zátěžové buňky, ale je k dispozici velmi levně jako samostatná položka z mnoha zdrojů.
• Pro prototypování, 400 bodový prkénko, propojovací vodiče, kolíkové a zásuvkové lišty.

Budete také potřebovat dřevo, plast, šrouby, lepidlo nebo cokoli, co potřebujete pro konkrétní verzi projektu.

Krok 3: Příprava dílů

Chcete-li použít modul HX711 na desce, připájejte 4pinový proužek k pinům rozhraní (GND, DT, SCK, VCC) na HX711.

Pro snadné připojení a odpojení siloměru (zvláště pokud experimentujete s více než jedním druhem) připájejte k analogovým pinům 6kolíkovou zásuvkovou pásku. (Potřebujete pouze kolíky E+, E-, A- a A+, ale stejně jsem namontoval 6-široký pruh pro případ, že bych chtěl experimentovat s dalšími dvěma.)

Pokud používáte 4vodičový snímač zatížení, budete muset pájet 4 vodiče od snímače zatížení k 4pólovému pásku. První dva piny budou E+ a E- a další dva A- a A+. Pájecí spoje jsem přelepil páskou z PVC, abych je chránil. Značka na jednom konci a odpovídající značka na kolíkové zásuvce znamená, že vím, jakým způsobem ji připojit, i když si myslím, že na tom nezáleží.

Různé snímače zatížení barevně kódují vodiče odlišně, ale je snadné zjistit, který je který. Pomocí testovacího měřiče v rozsahu odporu změřte odpor mezi každým párem vodičů. Existuje 6 možných párů 4 vodičů, ale získáte pouze 2 různé hodnoty. Budou 2 páry, které budou číst o 33% více než ostatní 4, řekněme 1 000Ω místo 750Ω. Jeden z těchto párů je E+ a E- a druhý je A+ a A- (ale nezáleží na tom, který).

Jakmile vše začne fungovat, pokud bude váha ukazovat zápornou váhu, když na ni něco položíte, vyměňte E+ a E-. (Nebo A+ a A-, pokud je to jednodušší. Ale ne obojí!)

Krok 4: Jak používat 3vodičové snímače zatížení

Pokud používáte čtyři 3vodičové snímače zatížení, budete je muset spojit dohromady kusem desky a z kombinace odebírat připojení E+, E-, A+ a A-.

Protože vaše barvy vodičů se mohou lišit od mých, nazvěme 3 barvy vodičů každého snímače zatížení A, B a C.

Pomocí testovacího měřiče v rozsahu odporu změřte odpor mezi každým párem vodičů. Existují 3 možné páry, ale budete měřit pouze 2 různé hodnoty. Identifikujte dvojici, která čte dvakrát z ostatních dvou. Nazvěte tento pár A a C. Ten, který jste vynechali, je B. (Odpor mezi B a A nebo C je poloviční než odpor mezi A a C.)

Jednoduše řečeno, musíte zapojit 4 snímače zatížení do čtverce, přičemž vodič A každého z nich je připojen k vodiči A souseda a vodič C k vodiči C souseda na druhé straně. Vodiče B dvou siloměrů na opačných stranách čtverce jsou E+ a E- a vodiče B druhého páru jsou A+ a A-

Krok 5: Zapojení Breadboardu

Zapojení prkénka je velmi jednoduché a potřebujete pouze 4 propojky. Knihovna Fritzing mi nabídla pouze mírně odlišnou verzi modulu HX711 od té mé, ale zapojení je stejné. Můžete postupovat podle schématu, nebo pokud používáte jiné Arduino, zapojte jej podle následující tabulky:

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

Krok 6: Montáž siloměrů

Snímač siloměru z hliníkové tyče má na obou koncích dva závitové otvory. Jeden pár můžete použít k připevnění na vhodnou základnu s mezikusem mezi nimi. Druhý pár můžete stejným způsobem použít k upevnění vážicí plošiny opět pomocí distanční vložky. Jen pro experimentální účely můžete použít jakékoli kusy šrotu nebo plastu, které máte po ruce, ale u leštěného konečného produktu budete chtít věnovat větší péči.

Čtyři 3vodičové snímače zatížení lze nejsnadněji namontovat mezi dva kusy dřevotřísky. Směrovačem jsem vytvořil 4 mělké prohlubně v základně, abych kladně lokalizoval čtyři buňky. V mém případě zářezy potřebovaly trochu hlubší středovou studnu, aby dva nýty na dně nespočívaly na základně.

Pomocí tavné lepicí pistole jsem přidržoval snímače zatížení na místě na základně a také připevnil pásku na základnu uprostřed. Potom jsem na ně silně přitlačil vážicí plošinu, takže pupínky na vrcholech siloměrů udělaly mírné prohlubně. Prohloubil jsem je pomocí routeru a zkontroloval, zda jsou stále pěkně zarovnány se siloměry. Poté jsem na každé odsazení a kolem něj nalepil tavné lepidlo a vážicí plošinu jsem rychle přitlačil na siloměry, než lepidlo zatvrdlo.

Krok 7: Programování Arduina

Předpokládám, že máte v počítači nainstalované IDE Arduino a víte, jak ho používat. Pokud ne, podívejte se na jeden z mnoha návodů pro Arduino - to zde není můj účel.

Z rozevíracích nabídek IDE vyberte Skica - Zahrnout knihovnu - Spravovat knihovny…

Do vyhledávacího pole zadejte hx711. Mělo by najít HX711-master. Klikněte na Instalovat.

Stáhněte si přiložený soubor HX711.ino příklad skici. Z rozevírací nabídky Soubor IDE otevřete soubor, který jste právě stáhli. IDE řekne, že musí být ve složce - umožní mu to vložit do jedné.

Zkompilujte a nahrajte skicu a poté klikněte na sériový monitor v IDE.

Níže je uveden příklad výstupu. Ve fázi inicializace zobrazuje v průměru 20 hrubých hodnot z HX711, poté nastaví táru (tj. Nulový bod). Poté to poskytne jediné hrubé čtení, v průměru 20 a v průměru o 5 méně táry. Nakonec průměrně o 5 méně táry a děleno faktorem stupnice, čímž se získá kalibrovaný údaj v gramech.

Pro každé čtení to dává kalibrovaný průměr 20 a standardní odchylku. Standardní odchylka je vztek hodnot, v nichž se očekává, že bude ležet 68% všech měření. 95% bude ležet v dvojnásobku tohoto rozsahu a 99,7% ve trojnásobku rozsahu. Je proto užitečné jako měřítko rozsahu náhodných chyb ve výsledku.

V tomto případě jsem po prvním přečtení umístil na plošinu novou librovou minci, která by měla vážit 8,75 g.

HX711 Demo Inicializace stupnice Raw ave (20): 1400260 Po nastavení měřítka: Raw: 1400215 Raw ave (20): 1400230 Raw ave (5) - tara: 27,00 Calibrated ave (5): 0,0 Readings: Mean, Std Dev of of 20 naměřených hodnot: -0,001 0,027 Čas potřebný: 1,850 Sekundy Průměr, Std Dev z 20 naměřených hodnot: 5,794 7,862 Čas potřebný: 1,848 Sekundový průměr, Std Dev z 20 měření: 8,766 0,022 Čas potřebný: 1,848 Sekundový průměr, Std Dev z 20 měření: 8,751 0,034 Čas potřebný: 1,849 Sekund Průměr, standardní vývoj z 20 naměřených hodnot: 8,746 0,026 Čas potřebný: 1,848 Sekundy

Krok 8: Kalibrace

Skica Arduina v předchozím kroku obsahuje dvě kalibrační hodnoty (nebo faktory měřítka) vztahující se k mému 1 kg a mé sadě čtyř 50 kg 3vodičových snímačů zatížení. Jsou na řádcích 19 a 20. Budete muset provést vlastní kalibraci, počínaje libovolnou kalibrační hodnotou, jako je 1 (na řádku 21).

Neměl jsem žádné standardní závaží, takže pro 1 kg siloměr jsem použil novou 1 libru, která váží 8,75 g. V ideálním případě byste měli použít něco, co váží alespoň desetinu maxima váhy.

Najděte něco - cokoli - zhruba vhodné hmotnosti. Vezměte to na místní poštu, předstírejte, že to potřebujete zveřejnit, dejte to tam na váhu a pečlivě si poznamenejte váhu. Nebo byste to mohli vzít obchodníkovi, například přátelskému místnímu zelináři. Každý seriózní obchodník by měl nechat své váhy pravidelně kalibrovat, aby vyhovovaly obchodním standardům.

Nyní máte předmět známé hmotnosti. Umístěte jej na váhu a poznamenejte si čtení. Vynásobte svůj aktuální faktor měřítka čtením, které jste získali, a výsledek vydělte tím, jaké hodnoty by měly být, ať už v gramech, kilogramech, librách, mikro-slonech nebo jakýchkoli jednotkách, které si vyberete. Výsledkem je váš nový faktor měřítka. Zkuste svoji známou hmotnost znovu a v případě potřeby postup opakujte.