Como construir balanças de pesagem Arduino: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

No Restart Project em Londres, realizamos eventos de reparo onde o público é convidado a trazer todos os tipos de itens elétricos e eletrônicos para reparo, de modo a salvá-los do aterro sanitário. Alguns meses atrás (em um evento que eu realmente não participei), alguém trouxe uma balança de cozinha com defeito que ninguém conseguiu consertar.

Nunca tendo visto dentro de nenhuma balança digital e sem saber como funcionam, tomei como um desafio pesquisá-las, no processo, construindo duas versões minhas.

Se você deseja construir sua própria balança ou incorporar uma função de pesagem em um projeto mais amplo, você pode usar este Instructable como base, quaisquer que sejam suas necessidades, desde pesar frações de grama até muitos quilogramas.

Portanto, vou me concentrar na eletrônica, no software e nos princípios subjacentes. Como você realizará seu próprio projeto depende totalmente de você.

Também vou mostrar como calibrá-los, mesmo se você não tiver nenhum peso padrão.

Depois de fazer minha pesquisa e validá-la construindo minhas próprias balanças, escrevi os princípios de balanças de pesagem, incluindo tudo o que pudesse deduzir sobre a detecção de falhas, no Wiki do Restart Project. Vá e dê uma olhada!

Etapa 1: Escolhendo Suas Células de Carga

Todas as balanças digitais são construídas em torno de uma célula de carga de 4 terminais ou quatro células de carga de 3 terminais. Qual obter depende do tipo de escala que você deseja fazer. Eles são eletricamente compatíveis e razoavelmente baratos, então você pode mudar de ideia mais tarde ou obter mais de um tipo para experimentar.

Para balanças de cozinha ou postais com uma carga máxima na faixa de 100g a 10kg, você pode obter células de carga de 4 terminais compostas por uma barra de alumínio. Este é montado horizontalmente, apoiado em uma extremidade e apoiando a plataforma de pesagem na outra. Ele tem 4 medidores de tensão anexados a ele. Eu explico completamente como isso funciona em meu artigo wiki, então não vou repetir aqui.

Eles são menos adequados para cargas mais pesadas, como balanças de banheiro, onde o peso total de uma pessoa, não necessariamente centralizado na plataforma, é melhor suportado por 4 células de carga que suportam os 4 cantos da plataforma.

É aqui que quatro 3 células de carga terminal são mais adequadas. Os avaliados em 50 kg cada estão amplamente disponíveis, que juntos pesam até 200 kg.

Outros com classificações ainda mais altas são projetados para suspender o peso a ser medido no estilo de balanças de bagagem

Etapa 2: O que mais você precisa

Além de sua célula de carga ou células de carga, você precisará de:

• Um Arduino. Você pode usar praticamente qualquer tipo que quiser, mas eu usei o Nano, pois tem a interface USB embutida e ainda custa apenas alguns quilos.
• Um módulo HX711. Isso pode vir junto com sua célula de carga, mas está disponível por um preço muito baixo como um item separado de muitas fontes.
• Para prototipagem, um breadboard de 400 pontos, jumper leads, pin and socket strips.

Você também precisará de madeira, plástico, parafusos, cola ou o que for necessário para a sua versão específica do projeto.

Etapa 3: Preparando as peças

Para usar o módulo HX711 na placa de ensaio, solde uma tira de pino de 4 de largura aos pinos de interface (GND, DT, SCK, VCC) do HX711.

Para fácil conexão e desconexão da célula de carga (particularmente se você estiver experimentando com mais de um tipo), solde uma tira de soquete de pino de 6 de largura aos pinos analógicos. (Você só precisa dos pinos E +, E-, A- e A +, mas eu coloquei uma tira de 6 largos de qualquer maneira, caso eu quisesse fazer experiências com os outros dois.)

Se você estiver usando uma célula de carga de 4 fios, precisará soldar os 4 fios da célula de carga em uma tira de pino de 4 fios. Os primeiros dois pinos serão E + e E- e os outros dois A- e A +. Colei as juntas de solda com fita de PVC para protegê-las. Uma marca em uma extremidade e uma marca correspondente no soquete do pino significa que sei em que direção conectá-lo, embora não ache que isso importe.

Células de carga diferentes codificam os fios de maneira diferente, mas é fácil dizer qual é qual. Com um medidor de teste em uma faixa de resistência, meça a resistência entre cada par de fios. Existem 6 pares possíveis de 4 fios, mas você obterá apenas 2 leituras diferentes. Haverá 2 pares que leem 33% mais do que os outros 4, digamos, 1.000Ω em vez de 750Ω. Um desses pares é E + e E- e o outro é A + e A- (mas não importa qual).

Depois de fazer tudo funcionar, se a balança indicar um peso negativo quando você colocar algo nela, troque E + e E-. (Ou A + e A- se for mais fácil. Mas não os dois!)

Etapa 4: como usar células de carga de 3 fios

Se você estiver usando quatro células de carga de 3 fios, terá que conectá-las com um pedaço de stripboard e tirar as conexões E +, E-, A + e A- da combinação.

Como as cores dos seus fios podem ser diferentes das minhas, vamos chamar as 3 cores dos fios de cada célula de carga de A, B e C.

Com um medidor de teste em uma faixa de resistência, meça a resistência entre cada par de fios. Existem 3 pares possíveis, mas você medirá apenas 2 leituras diferentes. Identifique o par que lê duas vezes um dos outros dois. Chame este par de A e C. O que você deixou de fora é B. (A resistência entre B e A ou C é a metade da resistência entre A e C.)

Simplificando, você precisa conectar as 4 células de carga em um quadrado, com o fio A de cada uma conectada ao fio A de seu vizinho e o fio C ao fio C de seu vizinho do outro lado. Os fios B de duas células de carga em lados opostos do quadrado são E + e E-, e os fios B do outro par são A + e A-

Etapa 5: conectando a placa de ensaio

A instalação da placa de ensaio é muito simples, precisando de apenas 4 jumpers. A biblioteca Fritzing me ofereceu apenas uma versão ligeiramente diferente do meu módulo HX711, mas a fiação é a mesma. Você pode seguir o diagrama ou, se estiver usando um Arduino diferente, conecte-o como na tabela abaixo:

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

Etapa 6: Montagem das células de carga

O tipo de barra de alumínio da célula de carga tem dois orifícios roscados em cada extremidade. Você pode usar um par para montá-lo em uma base adequada com um espaçador no meio. O outro par você pode usar da mesma forma para montar uma plataforma de pesagem, novamente, com um espaçador. Apenas para fins experimentais, você pode usar quaisquer pedaços de sucata de madeira ou plástico que tiver à mão, mas para um produto final polido você deve tomar mais cuidado.

A maneira mais fácil de montar as quatro células de carga de 3 fios é entre duas peças de papelão. Usei um roteador para fazer 4 recortes rasos na base para localizar positivamente as quatro células. No meu caso, as reentrâncias precisavam de um poço central um pouco mais profundo para que os dois rebites do fundo não se apoiassem na base.

Usei uma pistola de cola quente para segurar as células de carga no lugar na base e também para fixar o stripboard na base no meio. Em seguida, pressionei a plataforma de pesagem com força para que as espinhas no topo das células de carga fizessem pequenos recortes. Aprofundei isso com o roteador e verifiquei se ainda estavam alinhadas com as células de carga. Em seguida, coloquei cola quente derretida em e ao redor de cada reentrância e rapidamente pressionei a plataforma de pesagem nas células de carga antes que a cola endurecesse.

Etapa 7: Programando o Arduino

Presumo que você tenha o IDE do Arduino instalado em seu computador e saiba como usá-lo. Se não, verifique um dos muitos tutoriais do Arduino - esse não é o meu objetivo aqui.

Nos menus suspensos do IDE, selecione Sketch - Incluir Biblioteca - Gerenciar Bibliotecas …

Digite hx711 na caixa de pesquisa. Ele deve encontrar o mestre HX711. Clique em Instalar.

Baixe o arquivo anexado de esboço de exemplo HX711.ino. No menu suspenso Arquivo IDE, abra o arquivo que você acabou de baixar. O IDE dirá que ele precisa estar em uma pasta - permita que ele seja colocado em uma.

Compile e carregue o esboço e, a seguir, clique no Monitor serial no IDE.

Abaixo está um exemplo de saída. Na fase de inicialização, ele exibe uma média de 20 leituras brutas do HX711 e, em seguida, define a tara (ou seja, o ponto zero). Depois disso, dá uma única leitura bruta, uma média de 20 e uma média de 5 menos a tara. Finalmente, uma média de 5 menos a tara e dividida pelo fator de escala para dar uma leitura calibrada em gramas.

Para cada leitura, ele fornece a média calibrada de 20 e o desvio padrão. O desvio padrão é a fúria dos valores dentro dos quais se espera que 68% de todas as medições estejam. 95% estarão dentro do dobro deste intervalo e 99,7% dentro do triplo do intervalo. É, portanto, útil como uma medida do intervalo de erros aleatórios no resultado.

Neste exemplo, após a primeira leitura, coloquei uma nova moeda de libra na plataforma, que deve pesar 8,75g.

HX711 DemoInicializando a escala Ave bruta (20): 1400260 Depois de configurar a escala: Raw: 1400215 Ave bruta (20): 1400230 Ave bruta (5) - tara: 27,00 Ave calibrada (5): 0,0 Leituras: Média, Desvio padrão de 20 leituras: -0,001 0,027 Tempo medido: 1,850 Segundos Média, Desvio Padrão de 20 leituras: 5,794 7,862 Tempo medido: 1,848 Segundos Média, Desvio Padrão de 20 leituras: 8,766 0,022 Tempo medido: 1,848 Segundos Média, Desvio Padrão de 20 leituras: 8,751 0,034 Tempo gasto: 1,849 segs Média, Desvio padrão de 20 leituras: 8,746 0,026 Tempo gasto: 1,848 segs

Etapa 8: Calibração

O esboço do Arduino na etapa anterior contém dois valores de calibração (ou fatores de escala) relacionados a meu 1kg e meu conjunto de quatro células de carga de 50kg a 3 fios. Eles estão nas linhas 19 e 20. Você precisará realizar sua própria calibração, começando com qualquer valor de calibração arbitrário, como 1 (na linha 21).

Eu não tinha nenhum peso padrão, então, para a célula de carga de 1 kg, usei uma nova moeda de £ 1, que pesa 8,75 g. O ideal é usar algo que pesa pelo menos um décimo do máximo da balança.

Encontre algo - qualquer coisa - com um peso aproximadamente adequado. Leve-o ao correio local, finja que precisa postá-lo, coloque-o na balança e anote cuidadosamente o peso. Ou você pode levá-lo a um comerciante, como um verdureiro local amigável. Qualquer comerciante respeitável deve ter suas balanças calibradas regularmente para cumprir os padrões de comércio.

Agora você tem um objeto de peso conhecido. Coloque-o na balança e observe a leitura. Multiplique seu fator de escala atual pela leitura que você obteve e divida o resultado pelo que a leitura deveria ter sido, seja em gramas, quilogramas, libras, micro-elefantes ou qualquer unidade que você escolher. O resultado é seu novo fator de escala. Tente seu peso conhecido novamente e, se necessário, repita o processo.