Come costruire bilance Arduino: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Al Restart Project di Londra organizziamo eventi di riparazione in cui i membri del pubblico sono invitati a portare tutti i tipi di articoli elettrici ed elettronici per la riparazione, in modo da salvarli dalla discarica. Qualche mese fa (ad un evento a cui non ho partecipato) qualcuno ha portato delle bilance da cucina difettose che nessuno è riuscito a riparare.

Non avendo mai visto all'interno delle bilance digitali e non sapendo come funzionano, ho preso come una sfida ricercarle, nel processo, costruendo due versioni delle mie.

Se desideri costruire le tue bilance o incorporare una funzione di pesatura in un progetto più ampio, puoi utilizzare questo Instructable come base, qualunque siano le tue esigenze, dalla pesatura di frazioni di grammo fino a molti chilogrammi.

Quindi mi concentrerò sull'elettronica, sul software e sui principi alla base. Il modo in cui realizzi il tuo progetto dipende completamente da te.

Ti mostrerò anche come calibrarli, anche se non hai pesi standard.

Dopo aver svolto la mia ricerca e averla convalidata costruendo le mie bilance, ho scritto i principi delle bilance, incluso tutto ciò che potevo dedurre sulla ricerca dei guasti, nel Wiki del progetto Restart. Vai a dare un'occhiata!

Passaggio 1: scelta delle celle di carico

Tutte le bilance digitali sono costruite attorno a una cella di carico a 4 terminali o quattro celle di carico a 3 terminali. Quale ottenere dipende dal tipo di scale che vuoi realizzare. Sono tutti elettricamente compatibili e abbastanza economici, quindi puoi cambiare idea in seguito o ottenere più di un tipo con cui sperimentare.

Per bilance da cucina o postali con un carico massimo compreso tra 100g e 10kg, è possibile ottenere celle di carico a 4 terminali costituite da una barra di alluminio. Questa è montata orizzontalmente, supportata da un'estremità e supportando la piattaforma di pesata dall'altra. Ha 4 estensimetri collegati ad esso. Spiego completamente come funziona nel mio articolo wiki quindi non lo ripeterò qui.

Questi sono meno adatti a carichi più pesanti come le bilance da bagno, dove il peso totale di una persona, non necessariamente centrato sulla piattaforma, è supportato meglio da 4 celle di carico che supportano i 4 angoli della piattaforma.

È qui che sono più adatte quattro celle di carico a 3 terminali. Quelli valutati a 50 kg ciascuno sono ampiamente disponibili, che insieme peseranno fino a 200 kg.

Altri con rating ancora più alti sono progettati per sospendere il peso da misurare alla maniera delle bilance per bagagli

Passaggio 2: cos'altro ti serve?

Oltre alla cella di carico o alle celle di carico, avrai bisogno di:

• Un Arduino. Puoi usare praticamente qualsiasi tipo che ti piace, ma ho usato il Nano perché ha l'interfaccia USB integrata e costa ancora solo poche sterline.
• Un modulo HX711. Questo può essere fornito in bundle con la cella di carico, ma è disponibile a un prezzo molto conveniente come articolo separato da molte fonti.
• Per la prototipazione, una breadboard da 400 punti, cavi di collegamento, pin e prese multiple.

Avrai anche bisogno di legno, plastica, viti, colla o qualsiasi cosa ti serva per la tua particolare versione del progetto.

Passaggio 3: preparare le parti

Per utilizzare il modulo HX711 sulla breadboard, saldare un pinstrip largo 4 ai pin di interfaccia (GND, DT, SCK, VCC) dell'HX711.

Per collegare e scollegare facilmente la cella di carico (soprattutto se stai sperimentando più di un tipo) saldare una striscia di prese a 6 pin ai pin analogici. (Hai bisogno solo dei pin E+, E-, A- e A+ ma ho comunque montato una striscia larga 6 nel caso volessi sperimentare con gli altri due.)

Se si utilizza una cella di carico a 4 fili, sarà necessario saldare i 4 conduttori dalla cella di carico a una striscia pin larga 4. I primi due pin saranno E+ ed E- e gli altri due A- e A+. Ho fissato i giunti di saldatura con nastro in PVC per proteggerli. Un segno su un'estremità e un segno corrispondente sullo zoccolo significa che so in che modo collegarlo, anche se non credo che sia importante.

Diverse celle di carico codificano i fili in modo diverso, ma è facile dire quale è quale. Con un tester su un intervallo di resistenza, misurare la resistenza tra ciascuna coppia di fili. Ci sono 6 possibili coppie di 4 fili ma otterrai solo 2 letture diverse. Ci saranno 2 coppie che leggono il 33% in più rispetto alle altre 4, diciamo 1, 000Ω invece di 750Ω. Una di queste coppie è E+ ed E- e l'altra è A+ e A- (ma non importa quale).

Una volta che tutto funziona, se la bilancia legge un peso negativo quando ci metti qualcosa, scambia E+ ed E-. (O A+ e A- se è più facile. Ma non entrambi!)

Passaggio 4: come utilizzare le celle di carico a 3 fili

Se stai usando quattro celle di carico a 3 fili dovrai collegarle insieme con un pezzo di stripboard e prendere le connessioni E+, E-, A+ e A- dalla combinazione.

Poiché i colori dei tuoi fili potrebbero essere diversi dai miei, chiamiamo i 3 colori dei fili di ciascuna cella di carico A, B e C.

Con un tester su un intervallo di resistenza, misurare la resistenza tra ciascuna coppia di fili. Ci sono 3 possibili coppie, ma misurerai solo 2 letture diverse. Identifica la coppia che legge due volte una delle altre due. Chiama questa coppia A e C. Quella che hai tralasciato è B. (La resistenza tra B e A o C è metà della resistenza tra A e C.)

In parole povere, è necessario cablare le 4 celle di carico in un quadrato, con il filo A di ciascuna collegato al filo A del suo vicino e il filo C al filo C del suo vicino dall'altra parte. I fili B di due celle di carico ai lati opposti del quadrato sono E+ ed E-, e i fili B dell'altra coppia sono A+ e A-

Passaggio 5: cablaggio della breadboard

Il cablaggio della breadboard è molto semplice, bastano solo 4 jumper. La libreria Fritzing mi ha offerto solo una versione leggermente diversa del modulo HX711 dalla mia, ma il cablaggio è lo stesso. Puoi seguire lo schema o, se stai usando un Arduino diverso, collegarlo come nella tabella seguente:

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

Passaggio 6: montaggio delle celle di carico

Il tipo di cella di carico con barra di alluminio ha due fori filettati a ciascuna estremità. È possibile utilizzare una coppia per montarlo su una base adatta con un distanziatore in mezzo. L'altra coppia si può utilizzare allo stesso modo per montare una piattaforma di pesatura, sempre con un distanziale. Solo per scopi sperimentali puoi usare qualsiasi pezzo di legno di scarto o plastica che hai a portata di mano, ma per un prodotto finale lucido vorrai fare più attenzione.

Il modo più semplice per montare le quattro celle di carico a 3 fili è tra due pezzi di truciolare. Ho usato un router per fare 4 rientranze poco profonde nella base in modo da localizzare positivamente le quattro celle. Nel mio caso le rientranze necessitavano di un pozzetto centrale leggermente più profondo in modo che due rivetti sul fondo non si appoggiassero alla base.

Ho usato una pistola per colla a caldo per tenere in posizione le celle di carico sulla base e anche per fissare lo stripboard sulla base nel mezzo. Ho quindi premuto con forza la piattaforma di pesatura su di essi in modo che i foruncoli sulla parte superiore delle celle di carico formassero lievi rientranze. Li ho approfonditi con il router e ho verificato che fossero ancora ben allineati con le celle di carico. Ho quindi messo della colla a caldo sopra e intorno a ciascuna rientranza e ho premuto rapidamente la piattaforma di pesatura sulle celle di carico prima che la colla si indurisse.

Passaggio 7: programmazione di Arduino

Presumo che tu abbia l'IDE Arduino installato sul tuo computer e sappia come usarlo. In caso contrario, dai un'occhiata a uno dei tanti tutorial di Arduino: non è questo il mio scopo qui.

Dai menu a discesa IDE, seleziona Schizzo - Includi libreria - Gestisci librerie…

Digita hx711 nella casella di ricerca. Dovrebbe trovare HX711-master. Fare clic su Installa.

Scarica il file allegato HX711.ino schizzo di esempio. Dal menu a discesa File IDE, apri il file appena scaricato. L'IDE dirà che deve essere in una cartella: consentigli di inserirlo in una.

Compila e carica lo schizzo, quindi fai clic sul monitor seriale nell'IDE.

Di seguito è riportato un esempio di output. In fase di inizializzazione visualizza una media di 20 letture grezze dall'HX711, quindi imposta la tara (ovvero il punto zero). Dopodiché fornisce una singola lettura grezza, una media di 20 e una media di 5 meno la tara. Infine, una media di 5 meno la tara e divisa per il fattore di scala per dare una lettura calibrata in grammi.

Per ogni lettura fornisce la media calibrata di 20 e la deviazione standard. La deviazione standard è l'intervallo di valori entro il quale si prevede che si trovi il 68% di tutte le misurazioni. Il 95% si troverà entro il doppio di questo intervallo e il 99,7% entro tre volte l'intervallo. È quindi utile come misura dell'intervallo di errori casuali nel risultato.

In questo esempio, dopo la prima lettura ho posizionato una nuova moneta da una sterlina sulla piattaforma, che dovrebbe pesare 8,75 g.

HX711 Demo Inizializzazione della bilancia Raw ave(20): 1400260 Dopo aver impostato la bilancia: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tara: 27.00 Calibrated ave(5): 0.0 Letture: Media, Std Dev of 20 letture: -0,001 0,027 Tempo impiegato: 1.850Sec Media, Dev Std di 20 letture: 5.794 7.862 Tempo impiegato: 1.848Sec Media, Dev Std di 20 letture: 8.766 0,022 Tempo impiegato: 1.848Sec Media, Dev Std di 20 letture: 8.751 0,034 Tempo impiegato: 1.849Sec Media, Std Dev di 20 letture: 8.746 0.026 Tempo impiegato: 1.848Sec

Passaggio 8: calibrazione

Lo schizzo Arduino nel passaggio precedente contiene due valori di calibrazione (o fattori di scala) relativi al mio 1 kg e al mio set di quattro celle di carico a 3 fili da 50 kg. Questi sono sulle righe 19 e 20. Sarà necessario eseguire la propria calibrazione, iniziando con qualsiasi valore di calibrazione arbitrario come 1 (sulla riga 21).

Non avevo pesi standard, quindi per la cella di carico da 1 kg ho usato una nuova moneta da £ 1, che pesa 8,75 g. Idealmente dovresti usare qualcosa che pesa almeno un decimo del massimo della bilancia.

Trova qualcosa - qualsiasi cosa - di un peso più o meno adatto. Portalo all'ufficio postale locale, fai finta di doverlo spedire, mettilo lì sulla bilancia e prendi nota del peso. Oppure potresti portarlo da un commerciante come un simpatico fruttivendolo locale. Qualsiasi trader rispettabile dovrebbe far calibrare regolarmente la propria bilancia per conformarsi agli standard di trading.

Ora hai un oggetto di peso noto. Posizionalo sulla bilancia e annota la lettura. Moltiplica il tuo attuale fattore di scala per la lettura che hai ottenuto e dividi il risultato per quello che avrebbe dovuto essere la lettura, in grammi, chilogrammi, libbre, microelefanti o qualsiasi unità tu scelga. Il risultato è il tuo nuovo fattore di scala. Prova di nuovo il tuo peso conosciuto e, se necessario, ripeti il processo.