V dnešním pokračování našeho seriálu si vyzkoušíme práci se čtyřvodičovým a 5kg váhovým senzorem a 24bitovým A/D převodníkem HX711 (PDF). Naprogramujeme si jednoduchou kuchyňskou váhu s rozsahem měření do 5 kilogramů a s přesností na gram.
Ve videu se můžete podívat, jak to celé dopadlo. Níže v článku si pak podrobně vysvětlíme, jak vlastně podobné digitální váhy fungují a nebude chybět ani zdrojový kód pro Arduino s kalibrační funkcí a zobrazením hmotnosti na segmentovém displeji.
Podívejte se, co umí naše kuchyňská váha:
Open-Smart Weight Sensor
Aby to bylo co nejjednodušší, dnešní experiment to vyzkoušíme na sestaveném prototypu Open-Smart Weight Sensor z AliExpressu, který seženete po přepočtu zhruba za 300 korun se vším všudy.
Po pár týdnech by vám měla dorazit krabička s malou stolní váhou, kterou tvoří dvě plexisklové vrstvy s průměrem 10 centimetrů na trojici gumových nožek. Mezi skly je přišroubovaný samotný váhový senzor z hliníku – v anglické terminologii load cell –, který změří zátěž o hmotnosti do 5 kg.
Prototypovací digitální váha s rozsahem 5 kilogramů za tři stovky
Z hliníkového hranolu vede čtveřice zabarvených kabelů:
- Červený (E+)
- Černý (E-)
- Bílý (A-)
- Zelený (A+)
A jsou připojené do drobné destičky se samotným zesilovačem HX711, na jejíž opačné straně jsou už piny pro připojení k Arduinu nebo jakékoliv jiné prototypovací desce. Tedy napájení (3V/5V) a taktový a datový signál pro primitivní sériový přenos bitů. Nebojte se, vše za nás udělá hotová knihovna.
Hliníkový hranol s tenzometry
Jak vlastně takové váhové čidlo funguje? Hliníkový hranol představuje dostatečně stabilní masu, která se ale zároveň při zátěži lehce prohne a po uvolnění opět narovná do výchozí pozice.
Hliníkový hranol váhového čidla je pouze médium. Samotné měření jeho ohybu po zatížení provádí série tenzometrů pod pružným lepidlem. Hranol má ve středu otvor, který usnadňuje ohyb levé části
Hliníkový hranol je pouze médium, skutečný čidlo, do kterého vedou vodiče, je totiž zpravidla pod vrstvičkou pružného lepidla v nejtenčím místě ohybu. Nejrozšířenějším typem snímače je pasivní elektrický odporový tenzometr.
Princip elektrického odporového tenzometru. Ohýbáním média se obvod prodlužuje, nebo zkracuje, čímž se mění i jeho vnitřní elektrický odpor
V podstatě je to jen drátek, který se při deformaci média, jehož je součástí, prodlouží, nebo zkrátí. Díky tomu se v obvodu, do kterého je připojený, mírně změní elektrický odpor, a právě tuto změnu změří a interpretuje váhové čidlo.
Wheatstoneův můstek
Aby byla drobná změna odporu dostatečně vysoká, čidlo může podobných odporových tenzometrů obsahovat hned několik. Typickým příkladem je Wheatstoneův můstek, který poté může změřit komplexní deformaci v hliníkovém hranolu, jakmile na něj položíte šálek dobré brazilské kávy.
Měření deformace/zatížení hliníkového hranolu pomocí Wheatstoneova můstku
Pokračování článku patří k prémiovému obsahu pro předplatitele
Chci Premium a Živě.cz bez reklam
Od 41 Kč měsíčně
