การวัดน้ำหนักด้วยโหลดเซลล์: 9 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

โพสต์นี้จะครอบคลุมถึงวิธีการตั้งค่า แก้ไขปัญหา และจัดเรียงวงจรใหม่สำหรับการวัดน้ำหนักที่ต่ำกว่า 1 กก.

ARD2-2151 ราคา €9.50 และสามารถซื้อได้ที่:

www.wiltronics.com.au/product/9279/load-ce…

ใช้อะไร:

-A โหลดเซลล์ 1Kg (ARD2-2151)

- แอมพลิฟายเออร์ op สองตัว

- Arduino

ขั้นตอนที่ 1: เกี่ยวกับโหลดเซลล์

มีเอาต์พุตขนาดเล็กมากและจำเป็นต้องขยายด้วยเครื่องขยายสัญญาณแบบเครื่องมือ (ใช้เกนทั้งหมด 500 สำหรับระบบนี้)

แหล่งจ่ายไฟ DC 12V ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับโหลดเซลล์

ทำงานในอุณหภูมิตั้งแต่ -20 องศาเซลเซียส ถึง 60 องศาเซลเซียส ทำให้ใช้งานไม่ได้กับโครงการที่เราคิดไว้

ขั้นตอนที่ 2: สร้างวงจร

โหลดเซลล์มีอินพุต 12V และเอาต์พุตจะเชื่อมต่อกับแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเพื่อเพิ่มเอาต์พุต

โหลดเซลล์มีเอาต์พุตสองแบบ คือ เอาต์พุตแบบลบและแบบบวก ความแตกต่างของค่าเหล่านี้จะเป็นสัดส่วนกับน้ำหนัก

แอมพลิฟายเออร์ต้องการการเชื่อมต่อ +15V และ -15V

เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เชื่อมต่อกับ Arduino ซึ่งต้องการการเชื่อมต่อ 5V โดยที่ค่าแอนะล็อกจะถูกอ่านและปรับขนาดใหม่เป็นเอาต์พุตน้ำหนัก

ขั้นตอนที่ 3: ดิฟเฟอเรนเชียล Op-amp

แอมพลิฟายเออร์ดิฟใช้สำหรับขยายผลต่างของแรงดันเอาต์พุตบวกและลบจากโหลดเซลล์

กำไรจะถูกกำหนดโดย R2/R

R ต้องมีอย่างน้อย 50K โอห์ม เนื่องจากอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของโหลดเซลล์คือ 1k และตัวต้านทาน 50k สองตัวจะให้ข้อผิดพลาด 1% ซึ่งเป็นข้อยกเว้น

ช่วงเอาต์พุตตั้งแต่ 0 ถึง 120 mV ซึ่งมีขนาดเล็กเกินไปและจำเป็นต้องขยายเพิ่มเติม สามารถใช้เกนที่ใหญ่ขึ้นกับดิฟแอมป์หรืออาจเพิ่มแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน

ขั้นตอนที่ 4: รับแอมป์

ใช้แอมป์แบบ non-inverting เนื่องจากแอมป์แบบ diff ให้เอาต์พุต 120mV. เท่านั้น

อินพุตแบบอะนาล็อกไปยัง Arduino มีตั้งแต่ 0 ถึง 5v ดังนั้นอัตราขยายของเราจะอยู่ที่ประมาณ 40 เพื่อให้ใกล้เคียงกับช่วงนั้นมากที่สุดเพราะจะเป็นการเพิ่มความไวของระบบของเรา

กำไรจะถูกกำหนดโดย R2/R1

ขั้นตอนที่ 5: การแก้ไขปัญหา

แหล่งจ่ายไฟ 15V ให้กับ op-amp, 10V ไปยังโหลดเซลล์และ 5V ไปยัง Arduino ต้องมีกราวด์ร่วมกัน

(ค่า 0v ทั้งหมดต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน)

โวลต์มิเตอร์สามารถใช้เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟตกหลังจากตัวต้านทานทุกตัว เพื่อช่วยให้แน่ใจว่าไม่มีการลัดวงจร

หากผลลัพธ์แตกต่างกันและไม่สอดคล้องกัน สายไฟที่ใช้สามารถทดสอบได้โดยใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อวัดความต้านทานของเส้นลวด หากความต้านทานระบุว่า "ออฟไลน์" แสดงว่ามีความต้านทานไม่จำกัด และลวดมีวงจรเปิดและไม่สามารถใช้งานได้ สายไฟควรน้อยกว่า 10 โอห์ม

ตัวต้านทานมีความทนทาน ซึ่งหมายความว่าอาจมีข้อผิดพลาด ค่าความต้านทานสามารถตรวจสอบได้ด้วยโวลต์มิเตอร์หากตัวต้านทานถูกถอดออกจากวงจร

สามารถเพิ่มตัวต้านทานขนาดเล็กลงในอนุกรมหรือขนานเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานในอุดมคติ

Rseries=r1+r2

1/Rขนาน =1/r1 + 1/r2

ขั้นตอนที่ 6: ผลลัพธ์จากแต่ละขั้นตอน

เอาต์พุตจากโหลดเซลล์มีขนาดเล็กมากและจำเป็นต้องได้รับการขยาย

เอาต์พุตขนาดเล็กหมายความว่าระบบมีแนวโน้มที่จะถูกรบกวน

ระบบของเราได้รับการออกแบบตามตุ้มน้ำหนักที่เรามีอยู่คือ 500 กรัม

ความต้านทานเกนของเกนแอมป์นั้นแปรผกผันกับช่วงของระบบของเรา

ขั้นตอนที่ 7: ผลลัพธ์ Arduino

ความสัมพันธ์ในผลลัพธ์เหล่านี้เป็นเส้นตรงและให้สูตรในการค้นหาค่า y (DU จาก Arduino) สำหรับค่า x ที่กำหนด (น้ำหนักอินพุต)

สูตรนี้และผลลัพธ์จะถูกกำหนดให้กับ Arduino เพื่อคำนวณน้ำหนักสำหรับโหลดเซลล์

แอมพลิฟายเออร์มีค่าชดเชย 300DU ซึ่งสามารถถอดออกได้โดยการใส่สะพานหินวีทสโตนที่สมดุลก่อนที่จะขยายแรงดันไฟฟ้าของโหลดเซลล์ ซึ่งจะทำให้วงจรมีความไวมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 8: รหัส

รหัสที่ใช้ในการทดสอบนี้แนบมาด้านบน

ในการตัดสินใจว่าควรใช้พินตัวใดในการอ่านน้ำหนัก:

โหมดพิน (A0, INPUT);

ความไว (ค่าสัมประสิทธิ์ x ใน excel) และออฟเซ็ต (ค่าคงที่ใน excel eqn) ถูกประกาศ:

ทุกครั้งที่ตั้งค่าระบบ ออฟเซ็ตควรอัปเดตเป็น DU ปัจจุบันที่ 0g

ออฟเซ็ตลอย = 309.71; ความไวในการลอย = 1.5262;

จากนั้นนำสูตร excel ไปใช้กับอินพุตแบบอะนาล็อก

และพิมพ์ออกมาที่จอภาพแบบอนุกรม

ขั้นตอนที่ 9: เปรียบเทียบผลลัพธ์สุดท้ายกับอินพุต

ผลลัพธ์สุดท้ายที่ได้รับจาก Arduino คำนวณน้ำหนักเอาต์พุตอย่างแม่นยำ

ข้อผิดพลาดเฉลี่ย 1%

ข้อผิดพลาดนี้เกิดจากการอ่าน DU ที่แตกต่างกันโดยมีน้ำหนักเท่ากันเมื่อทำการทดสอบซ้ำ

ระบบนี้ไม่เหมาะสำหรับใช้ในโครงการของเราเนื่องจากข้อจำกัดของช่วงอุณหภูมิ

วงจรนี้จะใช้ได้กับน้ำหนักไม่เกิน 500 กรัม เนื่องจาก 5v เป็นค่าสูงสุดของ Arduino หากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นลดลงครึ่งหนึ่ง ระบบจะทำงานได้ไม่เกิน 1 กก.

ระบบมีออฟเซ็ตขนาดใหญ่แต่ยังคงแม่นยำและสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลง 0.4g