บน 18/07/2024 844

จะตั้งค่าและปรับเทียบเซลล์โหลดด้วย HX711 ได้อย่างไร?

โมดูล HX711 ปรากฏเป็นพื้นฐานในระบบการชั่งน้ำหนักที่ทันสมัยซึ่งทำหน้าที่เป็นเส้นขอบที่เป็นอันตรายระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และเซลล์โหลด - Sensors พื้นฐานในการวัดน้ำหนักและแรงบทความนี้สำรวจรายละเอียดของ HX711 โดยเน้นการทำงานแบบคู่ซึ่งเหมาะกับเซลล์โหลดหนึ่งหรือสองเซลล์ซึ่งมีความยืดหยุ่นในการกำหนดค่ามันมีอิทธิพลต่อตัวแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล 24 บิต (ADC) และแอมพลิฟายเออร์ Gain ที่ตั้งโปรแกรมได้ (PGA) เพื่อให้แน่ใจว่าเอาต์พุตดิจิตอลที่มีความละเอียดสูงและลดเสียงรบกวนจากสัญญาณอะนาล็อกน้อยที่สุดการมีส่วนร่วมของวิธีการสอบเทียบที่แม่นยำรวมถึงการปรับค่าศูนย์และเต็มรูปแบบได้รับการเน้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำในการใช้งานต่าง ๆ ตั้งแต่เครื่องชั่งอุตสาหกรรมไปจนถึงระบบครัวอัจฉริยะบทความสำรวจผลกระทบของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเช่นอุณหภูมิต่อประสิทธิภาพของเซลล์โหลดโดยมีรายละเอียดเทคนิคการชดเชยที่เพิ่มความน่าเชื่อถือการตั้งค่าการเชื่อมต่อปัญหาทั่วไปที่พบและวิธีการแก้ไขปัญหาให้ข้อมูลเชิงลึกในทางปฏิบัติในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและความทนทานของระบบที่ใช้ HX711

แคตตาล็อก

HX711 คืออะไร?

รูปที่ 1: HX711

HX711 เป็นโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันทั่วไปในการเชื่อมต่อกับเซลล์โหลดซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ที่วัดน้ำหนักหรือแรงมันมี ADC 24 บิตและแอมพลิฟายเออร์แบบรวมเพื่อแปลงสัญญาณอะนาล็อกจากเซลล์โหลดเป็นเอาต์พุตดิจิตอลความละเอียดสูงรับประกันการวัดน้ำหนักที่แม่นยำHX711 รองรับสองช่องทางช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกับเซลล์โหลดหนึ่งหรือสองเซลล์และให้ความยืดหยุ่นสำหรับการกำหนดค่าระบบชั่งน้ำหนักที่แตกต่างกันปรับให้เหมาะสมสำหรับเสียงรบกวนต่ำโมดูลช่วยให้มั่นใจได้ว่าการวัดน้ำหนักที่แม่นยำโดยการลดสัญญาณรบกวนมันสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น Arduino ผ่านอินเทอร์เฟซอนุกรมอย่างง่ายซึ่งต้องการเพียงไม่กี่พินสำหรับการส่งข้อมูลHX711 ทำงานที่พลังงานต่ำทำให้เหมาะสำหรับระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แอมพลิฟายเออร์ออนบอร์ดของมันมีอัตราขยายที่ปรับได้ช่วยให้การปรับแต่งขึ้นอยู่กับความไวของเซลล์โหลดที่แนบมา

สัญญาณอะนาล็อกเล็ก ๆ จากเซลล์โหลดจะถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ Gain ของ HX711 ในตัว (PGA) โดยทั่วไปจะตั้งค่าเป็นกำไร 128 หรือ 64 ขึ้นอยู่กับความแรงของสัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์สัญญาณขยายนี้จะถูกป้อนเข้าสู่ตัวแปลง A/D 24 บิตโดยเปลี่ยนเป็นสัญญาณดิจิตอลที่มีความแม่นยำสูงจำเป็นต้องมีการป้องกันที่เหมาะสมและการต่อสายดินของสายสัญญาณในระหว่างกระบวนการนี้เพื่อป้องกันการรบกวนภายนอกเมื่อแปลงแล้วสัญญาณดิจิตอลจะถูกส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านอินเตอร์เฟสอนุกรมของ HX711เทคนิคการกรองดิจิตอลเช่นการกรองเฉลี่ยเคลื่อนที่หรือการกรอง Kalman สามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดการสอบเทียบเกี่ยวข้องกับการสอบเทียบศูนย์เพื่อตั้งค่าเอาต์พุตเซ็นเซอร์เป็นศูนย์โดยไม่มีน้ำหนักและการสอบเทียบเต็มรูปแบบเพื่อปรับเอาต์พุตเพื่อให้ตรงกับน้ำหนักที่แท้จริงของวัตถุมาตรฐานที่รู้จัก

การเชื่อมต่อ HX711 ในโหลดเซลล์

รูปที่ 2: HX711 ในโหลดเซลล์

HX711 ได้รับการออกแบบมาเป็นหลักสำหรับการเชื่อมต่อกับโหลดเซลล์ในระบบชั่งน้ำหนักในการตั้งค่าทั่วไปเซลล์โหลดซึ่งมักจะมาพร้อมกับสี่สาย - Red (Excitation + หรือ VCC), Black (Excitation - หรือ GND), White (Signal +), และ Green (สัญญาณ -) - เชื่อมต่อโดยตรงกับHX711สายสีแดงและสีดำเชื่อมต่อกับ E+ และ E- พินบน HX711 ตามลำดับซึ่งให้แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นที่จำเป็นสายไฟสีขาวและสีเขียวติดอยู่กับ A+ และ A- พินของ HX711 ซึ่งจัดการเอาต์พุตสัญญาณของเซลล์โหลด

สำหรับพลังงาน HX711 ต้องการแรงดันไฟฟ้าโดยทั่วไประหว่าง 2.6 V และ 5.5 V. โมดูลคุณสมบัตินาฬิกา (SCK) และหมุดข้อมูล (DT) ที่เชื่อมต่อกับพินดิจิตอลที่สอดคล้องกันบนไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยอำนวยความสะดวกในการสื่อสารดิจิตอลหลังจากการเชื่อมต่อทางกายภาพทั้งหมดระบบจะต้องได้รับการสอบเทียบด้วยน้ำหนักที่รู้จักเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำปรับซอฟต์แวร์ของไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อเชื่อมโยงเอาต์พุตอะนาล็อกของเซลล์โหลดกับค่าน้ำหนักที่เฉพาะเจาะจงการต่อสายดินที่เหมาะสมของ HX711 ไปยังพื้นดินของไมโครคอนโทรลเลอร์และถ้าเป็นไปได้ไปยังพื้นดินเพื่อลดเสียงรบกวนและยกระดับความแม่นยำในการวัด

การเปรียบเทียบเซลล์โหลดประเภทต่าง ๆ

คุณสมบัติ	ประเภทการบีบอัด	ประเภทความตึงเครียด	ประเภทจุดเดียว	ประเภทลำแสงดัด
หลักการ	มาตรการโหลดที่ใช้ในแนวตั้ง	มาตรการโหลดที่ใช้ในแนวตั้ง	มาตรการโหลดที่ใช้ในพื้นที่เดียว	มาตรการโหลดผ่านแรงดัด
การวางแนวโหลด	แรงอัด	แรงดึง	ทิศทางใดภายในเครื่องบิน	การดัดหรือดัดงอ
ความแม่นยำ	สูง	สูง	ปานกลางถึงสูง	ปานกลาง
ค่าใช้จ่าย	ปานกลาง	ปานกลางถึงสูง	ต่ำถึงปานกลาง	ต่ำ
การซ่อมบำรุง	ต่ำ	ต่ำ	ต่ำ	ต่ำ
เอาท์พุท	สัญญาณไฟฟ้า	สัญญาณไฟฟ้า	สัญญาณไฟฟ้า	สัญญาณไฟฟ้า
แอปพลิเคชันทั่วไป	เครื่องชั่งอุตสาหกรรมการชั่งน้ำหนักถัง	เกล็ดเครนการทดสอบวัสดุ	เครื่องชั่งค้าปลีกเครื่องชั่งแพลตฟอร์ม	การชั่งน้ำหนักถังระบบอุตสาหกรรม
ข้อดี	ความจุสูงแข็งแกร่ง	เหมาะสำหรับโหลดแบบไดนามิก	สะดวกสำหรับการโหลดแบบอสมมาตร	คุ้มค่าสำหรับบางช่วง
ข้อเสีย		จำกัด การรับแรงอัด	จำกัด ไว้ที่แรงดึง	ไม่เหมาะสำหรับการโหลดนอกศูนย์

ผลของอุณหภูมิต่อเซลล์โหลด

รูปที่ 3: อุณหภูมิของเซลล์โหลด

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแม่นยำของเซลล์โหลดทำให้ศูนย์ดริฟท์และการเปลี่ยนแปลงความไวเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทานของวัสดุมาตรวัดความเครียดเพื่อลดผลกระทบเหล่านี้สามารถใช้วิธีการชดเชยอุณหภูมิหลายวิธีวิธีหนึ่งคือการใช้เทอร์โมคัปเปิลหรือเทอร์มิสเตอร์เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิการทำงานของเซ็นเซอร์แบบเรียลไทม์ประมวลผลโดยระบบซอฟต์แวร์เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการวัดอีกวิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุมาตรวัดความเครียดที่มีคุณสมบัติการชดเชยอุณหภูมิโดยธรรมชาติการออกแบบวงจรบริดจ์ที่มีประสิทธิภาพประกอบด้วยมาตรวัดความเครียดสี่ตัวจัดเรียงสมมาตรและเพิ่มตัวต้านทานการชดเชยอุณหภูมิช่วยลดผลกระทบอุณหภูมิการรักษาสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิคงที่เป็นจุดโฟกัสสำหรับยอดคงเหลือในห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นยำสูงและการใช้กาวที่มีความเสถียรทางความร้อนสูงช่วยให้มั่นใจได้ว่าจุดเชื่อมที่มั่นคงในการเชื่อมต่อวงจรบริดจ์เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเช่นการเชื่อมเย็น

ตัวอย่างโครงการโดยใช้ HX711 และโหลดเซลล์

สำหรับเครื่องชั่งสมาร์ทครัววัสดุที่ต้องการรวมถึงโมดูล HX711, เซลล์โหลดจุดเดียว, ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และหน้าจอแสดงผลกระบวนการก่อสร้างเกี่ยวข้องกับการรักษาความปลอดภัยของเซลล์โหลดที่ฐานของสเกลเชื่อมต่อกับ HX711 และเชื่อมต่อ HX711 กับ ArduinoArduino ได้รับการตั้งโปรแกรมให้จัดการการดำเนินงานของ HX711 อ่านข้อมูลน้ำหนักอย่างต่อเนื่องและแสดงข้อมูลนี้บนหน้าจอการปรับปรุงเพิ่มเติมคือการรวมโมดูลบลูทู ธ สำหรับการส่งข้อมูลน้ำหนักไปยังแอพมือถือ

รูปที่ 4: โหลดเซลล์ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino

สำหรับถังขยะอัจฉริยะส่วนประกอบที่ต้องการคือโมดูล HX711, เซลล์โหลดจุดเดียว, ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และกลไกการแจ้งเตือนเช่นสัญญาณไฟหรือไฟ LEDการตั้งค่าเกี่ยวข้องกับการติดตั้งเซลล์โหลดที่ด้านล่างของถังขยะสามารถและเชื่อมต่อกับ HX711 และ Arduinoซอฟต์แวร์ของ Arduino ได้รับการปรับแต่งเพื่อตรวจสอบน้ำหนักถังขยะและการแจ้งเตือนออกผ่านทางกริ่งหรือ LED เมื่อถังขยะมีน้ำหนักที่กำหนดไว้ล่วงหน้าการเพิ่มโมดูลไร้สายสำหรับการตรวจสอบระยะไกลและการกำหนดค่าระบบเพื่อส่งการแจ้งเตือนและข้อมูลน้ำหนักไปยังแอปพลิเคชันมือถือเป็นอีกหนึ่งตัวเลือกที่เป็นประโยชน์

รูปที่ 5: ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino พร้อมไฟ LED

ปัญหาทั่วไปและการแก้ไขปัญหา

เมื่อใช้โมดูล HX711 และเซ็นเซอร์ชั่งน้ำหนักคุณอาจพบปัญหาหลายอย่างเช่นสัญญาณรบกวนสัญญาณการดริฟท์เป็นศูนย์ความไม่แน่นอนของสัญญาณและความท้าทายในการบำรุงรักษาทั่วไปในการระบุสัญญาณรบกวนสัญญาณการติดตั้งตัวเก็บประจุตัวกรองใกล้กับพินพลังงานของ HX711 สามารถลดเสียงรบกวนจากความผันผวนของพลังงานการใช้สายเคเบิลป้องกันช่วยแยกสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการส่งสัญญาณทางไกลการใช้ออสซิลโลสโคปสามารถช่วยระบุแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนในสายไฟและสายสัญญาณและสายเคเบิลป้องกันการต่อสายดินจะช่วยลดสัญญาณรบกวนได้ปัญหาการดริฟท์เป็นศูนย์สามารถลดลงผ่านการสอบเทียบปกติและรักษาสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิคงที่หรือโดยใช้อุปกรณ์ชดเชยอุณหภูมินอกจากนี้ยังแนะนำให้ตรวจสอบและปรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเสถียร

สำหรับความไม่แน่นอนของสัญญาณให้ตรวจสอบจุดบัดกรีของทั้งเซ็นเซอร์และโมดูล HX711 เพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขามีความมั่นคงตรวจสอบสายทั้งหมดเพื่อความสมบูรณ์และการติดต่อที่ดีและใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดความต้านทานที่แต่ละจุดติดต่อเพื่อยืนยันความสมบูรณ์ของการเชื่อมต่อจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาและการสอบเทียบเป็นประจำซึ่งรวมถึงการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟรับประกันการเชื่อมต่อสายสัญญาณที่ปลอดภัยและการประเมินสถานะเชิงกลของเซ็นเซอร์การปรับเทียบด้วยน้ำหนักมาตรฐานคือจุดโฟกัสเพื่อรักษาความแม่นยำของเอาต์พุตเซ็นเซอร์

บทสรุป

โมดูล HX711 มีส่วนร่วมในการเปลี่ยนระบบการวัดน้ำหนักขั้นพื้นฐานให้เป็นโซลูชันทางเทคนิคที่เชื่อถือได้และปรับตัวได้ผ่านการวิเคราะห์ที่สมบูรณ์ของการออกแบบแอปพลิเคชันและปัญหาที่อาจเกิดขึ้นบทความนี้ไม่เพียง แต่แสดงให้เห็นถึงบทบาทของโมดูลในการยกระดับความแม่นยำและความมั่นคงของเซลล์โหลด แต่ยังให้พิมพ์เขียวสำหรับการแก้ไขปัญหาและการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพไม่ว่าจะเป็นการยกระดับการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลหรือมีคุณสมบัติตามผลข้างเคียงของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกลยุทธ์ที่กล่าวถึงในที่นี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิศวกรและนักเทคโนโลยีที่มีเป้าหมายเพื่อเชื่อมต่อศักยภาพของ HX711 ในการใช้งานที่ไวต่อน้ำหนักความก้าวหน้าในอนาคตด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลถือเป็นสัญญาของการยกระดับความสามารถของโมดูลเช่น HX711 ซึ่งเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและระบบการชั่งน้ำหนักที่แม่นยำ

คำถามที่พบบ่อย [คำถามที่พบบ่อย]

1. ความไวของเซลล์โหลด HX711 คืออะไร?

ความไวของมันซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเล็กน้อยสามารถตรวจจับได้จะถูกกำหนดโดยเซลล์โหลดที่เชื่อมต่อกับมันเป็นหลักโหลดเซลล์ให้ความไวตั้งแต่ 1 mV/v ถึง 3 mV/v ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตตามจำนวนนี้ต่อการกระตุ้นด้วยการโหลดเต็ม

2. คุณจะเพิ่มความไวของเซลล์โหลดได้อย่างไร?

เพื่อเพิ่มความไวของเซลล์โหลดสามารถทำได้หลายขั้นตอนก่อนอื่นให้พิจารณาใช้เซลล์โหลดที่มีความไวสูงกว่าซึ่งระบุด้วยเอาต์พุต MV/V ที่สูงขึ้นถัดไปคุณภาพของสัญญาณสามารถปรับปรุงได้โดยใช้แนวทางการเดินสายที่ดีขึ้นและใช้เทคนิคการป้องกันเพื่อลดสัญญาณรบกวนการใช้ตัวแปลงอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) ความละเอียดสูงกว่าที่มีประสิทธิภาพเสียงรบกวนที่เหนือกว่าเช่น HX711 จะมีประโยชน์HX711 ยังสามารถจัดให้ทำงานที่การตั้งค่าอัตราขยายที่สูงขึ้นเพิ่มความไวของเซลล์โหลดเพิ่มเติม

3. อัตราการสุ่มตัวอย่างสูงสุดสำหรับ HX711 คืออะไร?

โมดูล HX711 สามารถส่งออกอัตราข้อมูลโดยทั่วไปสูงถึง 80 ตัวอย่างต่อวินาทีในโหมดเริ่มต้นด้วยการปรับพินการเลือกอัตรา (พินอัตรา) คุณสามารถสลับโหมดเพื่อเพิ่มความเร็วเป็น 10 Hz สำหรับการวัดความละเอียดที่สูงขึ้นซึ่งลดความเร็วลงเพื่อความแม่นยำมากขึ้น

4. คุณสามารถโหลดเซลล์โหลดมากเกินไปได้หรือไม่?

ใช่คุณสามารถโอเวอร์โหลดเซลล์โหลดซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายถาวรหรือการย่อยสลายของความแม่นยำโดยทั่วไปแล้วเซลล์โหลดจะได้รับการจัดอันดับด้วยความจุสูงสุดและอัตรากำไรขั้นต้นที่มากเกินไปโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 150% ของความสามารถในการจัดอันดับเกินขีด จำกัด นี้ความเสี่ยงต่อการเสียรูปเชิงกลและความล้มเหลวของเกจวัดความเครียดภายในเซลล์

5. คุณปรับสมดุลเซลล์ได้อย่างไร?

การปรับสมดุลเซลล์โหลดหลายเซลล์ในระบบชั่งน้ำหนักเป็นจุดโฟกัสสำหรับการวัดที่แม่นยำเพื่อความสมดุลของโหลดเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซลล์โหลดทั้งหมดมีความจุและประเภทเท่ากันควรติดตั้งอย่างเท่าเทียมกันและแพลตฟอร์มหรือโครงสร้างจะต้องเข้มงวดเพื่อรองรับแต่ละเซลล์อย่างเท่าเทียมกันสามารถใช้กล่องทางแยกเพื่อรวมไฟฟ้าและปรับสมดุลสัญญาณจากแต่ละโหลดเซลล์หากมีให้ปรับเอาท์พุทผ่านโพเทนชิโอมิเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายของโหลดระหว่างเซลล์ทั้งหมดหลังจากการติดตั้งจะต้องทำการสอบเทียบระบบทั้งหมดเพื่ออธิบายการปรับเปลี่ยนใด ๆ ในเอาต์พุตของแต่ละเซลล์