วิธีสร้างเครื่องชั่งน้ำหนัก Arduino: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ที่โครงการ Restart ในลอนดอน เราจัดกิจกรรมซ่อมแซม โดยเชิญชวนให้ประชาชนนำอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทุกประเภทมาซ่อมแซม เพื่อช่วยพวกเขาให้พ้นจากหลุมฝังกลบ ไม่กี่เดือนที่ผ่านมา (ในงานที่ฉันไม่ได้เข้าร่วมจริง ๆ) มีคนนำเครื่องชั่งน้ำหนักในครัวที่ผิดพลาดมาซึ่งไม่มีใครแก้ไขได้

ไม่เคยเห็นภายในเครื่องชั่งน้ำหนักดิจิตอลใดๆ และไม่รู้ว่ามันทำงานอย่างไร ฉันถือว่านี่เป็นความท้าทายในการวิจัยพวกเขา ในกระบวนการสร้างสองเวอร์ชันของฉันเอง

หากคุณต้องการสร้างเครื่องชั่งน้ำหนักของคุณเองหรือรวมฟังก์ชันการชั่งน้ำหนักในโครงการที่กว้างขึ้น คุณสามารถใช้คำแนะนำนี้เป็นพื้นฐาน ไม่ว่าคุณจะต้องการอะไร ตั้งแต่เศษส่วนของกรัมจนถึงหลายกิโลกรัม

ดังนั้น ผมจะเน้นที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซอฟต์แวร์ และหลักการพื้นฐาน วิธีที่คุณตระหนักถึงโครงการของคุณเองนั้นขึ้นอยู่กับคุณอย่างสมบูรณ์

ฉันจะแสดงวิธีการสอบเทียบให้คุณดูด้วย แม้ว่าคุณจะไม่มีตุ้มน้ำหนักมาตรฐานก็ตาม

เมื่อทำการค้นคว้าและตรวจสอบโดยการสร้างเครื่องชั่งของฉันเอง ฉันได้เขียนหลักการของการชั่งน้ำหนัก รวมทั้งอะไรก็ตามที่ฉันสรุปได้เกี่ยวกับการค้นหาข้อผิดพลาดใน Restart Project Wiki ไปดูกันเลย!

ขั้นตอนที่ 1: เลือกโหลดเซลล์ของคุณ

เครื่องชั่งน้ำหนักดิจิตอลทั้งหมดสร้างขึ้นโดยใช้โหลดเซลล์แบบ 4 ขั้ว หรือโหลดเซลล์แบบ 3 ขั้ว 4 ขั้ว ที่จะได้รับขึ้นอยู่กับชนิดของตาชั่งที่คุณต้องการทำ พวกเขาทั้งหมดเข้ากันได้ทางไฟฟ้าและค่อนข้างถูก ดังนั้นคุณสามารถเปลี่ยนใจในภายหลังหรือลองใช้มากกว่าหนึ่งประเภท

สำหรับเครื่องชั่งในครัวหรือไปรษณีย์ที่รับน้ำหนักสูงสุดในช่วง 100 ก. ถึง 10 กก. คุณจะได้รับโหลดเซลล์แบบ 4 เทอร์มินัลที่ประกอบด้วยแท่งอะลูมิเนียม ซึ่งติดตั้งในแนวนอน โดยรองรับที่ปลายด้านหนึ่งและรองรับแท่นชั่งน้ำหนักที่ปลายอีกด้านหนึ่ง มี 4 สเตรนเกจติดอยู่ ฉันอธิบายอย่างละเอียดว่ามันทำงานอย่างไรในบทความ wiki ของฉัน ดังนั้นฉันจะไม่ทำซ้ำที่นี่

สิ่งเหล่านี้ไม่เหมาะกับของที่มีน้ำหนักมาก เช่น เครื่องชั่งในห้องน้ำ ซึ่งน้ำหนักเต็มของบุคคล ไม่จำเป็นต้องอยู่ตรงกลางแท่น สามารถรองรับโหลดเซลล์ 4 ตัวที่รองรับมุมทั้ง 4 ของแท่นได้ดีกว่า

นี่คือจุดที่โหลดเซลล์ 3 เทอร์มินัลสี่ตัวเหมาะสมกว่า ตัวที่มีน้ำหนัก 50 กก. มีจำหน่ายทั่วไป ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะมีน้ำหนักมากถึง 200 กก.

อื่นๆ ที่มีเรตติ้งสูงกว่าได้รับการออกแบบมาเพื่อระงับน้ำหนักที่จะวัดหลังจากแฟชั่นของเครื่องชั่งกระเป๋าเดินทาง

ขั้นตอนที่ 2: คุณต้องการอะไรอีก

นอกจากโหลดเซลล์หรือโหลดเซลล์แล้ว คุณจะต้อง:

• Arduino คุณสามารถใช้แทบทุกประเภทที่คุณชอบ แต่ฉันใช้ Nano เพราะมีอินเทอร์เฟซ USB ในตัวและยังมีราคาเพียงไม่กี่ปอนด์
• โมดูล HX711 สิ่งนี้อาจมาพร้อมกับโหลดเซลล์ของคุณ แต่มีจำหน่ายในราคาถูกมาก โดยแยกเป็นรายการจากแหล่งต่างๆ
• สำหรับการสร้างต้นแบบ เขียงหั่นขนม 400 จุด สายจัมเปอร์ หมุดและแถบซ็อกเก็ต

คุณจะต้องใช้ไม้ พลาสติก สกรู กาว หรืออะไรก็ได้ที่คุณต้องการสำหรับเวอร์ชันเฉพาะของโครงการ

ขั้นตอนที่ 3: การเตรียมชิ้นส่วน

ในการใช้โมดูล HX711 บนเขียงหั่นขนม ให้บัดกรีหมุดเกลียวกว้าง 4 อันเข้ากับหมุดอินเทอร์เฟซ (GND, DT, SCK, VCC) ของ HX711

เพื่อให้ง่ายต่อการเชื่อมต่อและถอดโหลดเซลล์ (โดยเฉพาะหากคุณกำลังทดลองมากกว่าหนึ่งประเภท) ให้บัดกรีแถบซ็อกเก็ตขากว้าง 6 อันกับพินอะนาล็อก (คุณต้องการเพียงหมุด E+, E-, A- และ A+ แต่ฉันติดตั้งแถบกว้าง 6 อันในกรณีที่ฉันต้องการทดลองกับอีกสองตัว)

หากคุณกำลังใช้โหลดเซลล์แบบ 4 สาย คุณจะต้องบัดกรีสายนำ 4 เส้นจากโหลดเซลล์ไปยังแถบพินแบบกว้าง 4 เส้น สองพินแรกจะเป็น E+ และ E- และอีกสองพิน A- และ A+ ฉันติดเทปกาวบนข้อต่อบัดกรีด้วยเทปพีวีซีเพื่อป้องกัน เครื่องหมายที่ปลายด้านหนึ่งและเครื่องหมายที่ตรงกันบนซ็อกเก็ตพินหมายความว่าฉันรู้ว่าจะเชื่อมต่อไปทางไหน แม้ว่าฉันจะไม่คิดว่ามันสำคัญ

โหลดเซลล์ต่างๆ กำหนดสีให้สายไฟต่างกัน แต่ง่ายต่อการบอกได้ว่าอันไหนคืออันไหน ด้วยเครื่องวัดทดสอบที่ช่วงความต้านทาน ให้วัดความต้านทานระหว่างสายไฟแต่ละคู่ มีสาย 4 สายที่เป็นไปได้ 6 คู่ แต่คุณจะได้รับค่าที่ต่างกันเพียง 2 ค่าเท่านั้น จะมี 2 คู่ที่อ่าน 33% มากกว่าอีก 4 กล่าวคือ 1, 000Ωแทนที่จะเป็น750Ω หนึ่งในคู่เหล่านั้นคือ E+ และ E- และอีกคู่หนึ่งคือ A+ และ A- (แต่ไม่สำคัญหรอกว่าคู่ไหน)

เมื่อคุณทำทุกอย่างได้ผลแล้ว หากเครื่องชั่งอ่านค่าน้ำหนักติดลบเมื่อคุณใส่บางอย่างลงไป ให้สลับ E+ และ E- (หรือ A+ และ A- ถ้าง่ายกว่า แต่ไม่ใช่ทั้งคู่!)

ขั้นตอนที่ 4: วิธีการใช้โหลดเซลล์แบบ 3 สาย

หากคุณกำลังใช้โหลดเซลล์แบบ 3 สายสี่ตัว คุณจะต้องต่อสายเข้ากับแผ่นกระดาน แล้วนำการเชื่อมต่อ E+, E-, A+ และ A- ออกจากชุดค่าผสม

เนื่องจากสีลวดของคุณอาจแตกต่างจากของฉัน ให้เรียกสีลวด 3 สีของแต่ละเซลล์โหลด A, B และ C

ด้วยเครื่องวัดทดสอบที่ช่วงความต้านทาน ให้วัดความต้านทานระหว่างสายไฟแต่ละคู่ มี 3 คู่ที่เป็นไปได้ แต่คุณจะวัดค่าที่อ่านได้ 2 ค่าเท่านั้น ระบุคู่ที่อ่านสองครั้งจากอีกสองคนที่เหลือ เรียกคู่นี้ว่า A และ C สิ่งที่คุณทิ้งไว้คือ B (แนวต้านระหว่าง B กับ A หรือ C เป็นแนวต้านระหว่าง A และ C ครึ่งหนึ่ง)

พูดง่ายๆ ก็คือ คุณต้องต่อโหลดเซลล์ 4 ตัวในสี่เหลี่ยมจัตุรัส โดยให้สาย A ของแต่ละเส้นเชื่อมต่อกับสาย A ของเพื่อนบ้าน และสาย C กับสาย C ของเพื่อนบ้านที่อยู่อีกด้านหนึ่ง สาย B ของโหลดเซลล์สองเส้นที่ด้านตรงข้ามของสี่เหลี่ยมจัตุรัสคือ E+ และ E- และสาย B ของอีกคู่หนึ่งคือ A+ และ A-

ขั้นตอนที่ 5: การเดินสาย Breadboard

การเดินสายเขียงหั่นขนมนั้นง่ายมาก ต้องการจัมเปอร์เพียง 4 ตัว ห้องสมุด Fritzing เสนอโมดูล HX711 เวอร์ชันที่แตกต่างจากของฉันเล็กน้อย แต่การเดินสายเหมือนกัน คุณสามารถทำตามไดอะแกรม หรือหากคุณใช้ Arduino ตัวอื่น ให้ต่อสายดังในตารางด้านล่าง:

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

ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้งโหลดเซลล์

โหลดเซลล์แบบแท่งอลูมิเนียมมีรูเกลียวสองรูที่ปลายแต่ละด้าน คุณสามารถใช้หนึ่งคู่เพื่อติดตั้งบนฐานที่เหมาะสมโดยมีตัวเว้นวรรคระหว่าง อีกคู่หนึ่งที่คุณสามารถใช้ในลักษณะเดียวกันในการติดตั้งแท่นชั่งน้ำหนักได้อีกครั้งโดยใช้ตัวเว้นระยะ สำหรับการทดลองเท่านั้น คุณสามารถใช้เศษไม้หรือพลาสติกอะไรก็ได้ แต่สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการขัดเงา คุณจะต้องการดูแลให้มากขึ้น

วิธีที่ง่ายที่สุดในการติดตั้งโหลดเซลล์แบบ 3 สายสี่คือระหว่างแผ่นไม้อัดสองชิ้น ฉันใช้เราเตอร์เพื่อสร้างการเยื้องตื้น 4 ครั้งในฐานเพื่อค้นหาตำแหน่งเซลล์ทั้งสี่ในเชิงบวก ในกรณีของฉัน การเยื้องจำเป็นต้องมีบ่อน้ำตรงกลางที่ลึกกว่าเล็กน้อย เพื่อที่หมุดย้ำสองตัวที่ด้านล่างไม่ได้อยู่บนฐาน

ฉันใช้ปืนกาวร้อนละลายเพื่อยึดโหลดเซลล์ให้เข้าที่บนฐาน และยังยึดแถบแถบเข้ากับฐานที่อยู่ตรงกลางด้วย จากนั้นฉันก็กดแท่นชั่งน้ำหนักลงอย่างแรงเพื่อให้สิวที่ด้านบนของเซลล์โหลดเกิดการเยื้องเล็กน้อย ฉันเพิ่มข้อมูลเหล่านี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นด้วยเราเตอร์และตรวจสอบว่ายังคงจัดตำแหน่งอย่างดีกับโหลดเซลล์ จากนั้นฉันก็ใส่กาวร้อนละลายบนและรอบๆ การเยื้องแต่ละครั้ง และกดแท่นชั่งน้ำหนักลงบนโหลดเซลล์อย่างรวดเร็วก่อนที่กาวจะแข็งตัว

ขั้นตอนที่ 7: การเขียนโปรแกรม Arduino

ฉันคิดว่าคุณมี Arduino IDE ติดตั้งอยู่ในคอมพิวเตอร์ของคุณและรู้วิธีใช้งาน ถ้าไม่ ให้ลองดูหนึ่งในบทช่วยสอน Arduino หลายๆ บท ซึ่งนั่นไม่ใช่จุดประสงค์ของฉันที่นี่

จากเมนูดรอปดาวน์ IDE ให้เลือก Sketch - Include Library - Manage Libraries…

พิมพ์ hx711 ในช่องค้นหา ควรหา HX711-master คลิกติดตั้ง

ดาวน์โหลดไฟล์แนบ HX711.ino ตัวอย่างแบบร่าง จากเมนูแบบเลื่อนลง ไฟล์ IDE ให้เปิดไฟล์ที่คุณเพิ่งดาวน์โหลด IDE จะบอกว่าต้องอยู่ในโฟลเดอร์ - อนุญาตให้ใส่ไว้ในโฟลเดอร์เดียว

รวบรวมและอัปโหลดภาพร่าง จากนั้นคลิกที่ Serial Monitor ใน IDE

ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างผลลัพธ์บางส่วน ในระยะเริ่มต้น จะแสดงค่าดิบเฉลี่ย 20 ค่าจาก HX711 จากนั้นตั้งค่าการทดน้ำหนัก (เช่น จุดศูนย์) หลังจากนี้จะทำให้การอ่านข้อมูลดิบเพียงครั้งเดียว เฉลี่ย 20 และหัก 5 ค่าเมื่อทดค่าเฉลี่ย สุดท้าย มีค่าทดน้ำหนักน้อยกว่าค่าเฉลี่ย 5 และหารด้วยตัวคูณมาตราส่วนเพื่อให้การอ่านที่ปรับเทียบเป็นกรัม

สำหรับการอ่านแต่ละครั้งจะให้ค่าเฉลี่ยที่ปรับเทียบแล้วเป็น 20 และค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานคือค่าความเดือดดาลของค่าที่คาดว่าจะมี 68% ของการวัดทั้งหมด 95% จะอยู่ภายในสองเท่าของช่วงนี้และ 99.7% ภายในสามเท่าของช่วง ดังนั้นจึงมีประโยชน์ในการวัดช่วงของข้อผิดพลาดแบบสุ่มในผลลัพธ์

ในตัวอย่างนี้ หลังจากอ่านครั้งแรก ฉันวางเหรียญปอนด์ใหม่บนแท่น ซึ่งควรหนัก 8.75 กรัม

HX711 DemoInitializing the scale Raw ave(20): 1400260 After set up the scale: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tare: 27.00 Calibrated ave(5): 0.0 การอ่าน: Mean, Std Dev of การอ่าน 20 ครั้ง: -0.001 0.027 เวลาที่ใช้: 1.850 วินาที Mean, Std Dev จากการอ่าน 20 ครั้ง: 5.794 7.862 เวลาที่ใช้: 1.848Secs Mean, Std Dev จากการอ่าน 20 ครั้ง: 8.766 0.022 เวลาที่ใช้: 1.848Secs Mean, Std Dev จากการอ่าน 20 ครั้ง: 8.751 0.034 เวลาที่ใช้: 1.849Secs Mean, Std Dev จากการอ่าน 20 ครั้ง: 8.746 0.026 เวลาที่ใช้: 1.848Secs

ขั้นตอนที่ 8: การปรับเทียบ

ภาพสเก็ตช์ Arduino ในขั้นตอนก่อนหน้านี้ประกอบด้วยค่าสอบเทียบสองค่า (หรือตัวประกอบมาตราส่วน) ที่เกี่ยวข้องกับน้ำหนัก 1 กก. และชุดโหลดเซลล์แบบ 3 สายขนาด 50 กก. จำนวนสี่ชุด เหล่านี้อยู่ในบรรทัดที่ 19 และ 20 คุณจะต้องดำเนินการสอบเทียบของคุณเอง โดยเริ่มจากค่าสอบเทียบตามอำเภอใจ เช่น 1 (ในบรรทัดที่ 21)

ฉันไม่มีน้ำหนักมาตรฐาน ดังนั้นสำหรับโหลดเซลล์ 1 กก. ฉันจึงใช้เหรียญ 1 ปอนด์ใหม่ ซึ่งหนัก 8.75 กรัม ตามหลักการแล้ว คุณควรใช้สิ่งที่ชั่งน้ำหนักอย่างน้อยหนึ่งในสิบของขนาดสูงสุดของเครื่องชั่ง

หาของอะไรก็ได้ที่มีน้ำหนักพอประมาณ นำมันไปที่ที่ทำการไปรษณีย์ในพื้นที่ของคุณ แสร้งทำเป็นว่าคุณจำเป็นต้องโพสต์มัน แล้ววางมันลงบนตาชั่งที่นั่น และจดบันทึกน้ำหนักอย่างระมัดระวัง หรือคุณอาจนำไปให้พ่อค้า เช่น คนขายของชำในท้องถิ่นที่เป็นมิตร ผู้ค้าที่มีชื่อเสียงควรได้รับการสอบเทียบเครื่องชั่งเป็นประจำเพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานการซื้อขาย

ตอนนี้คุณมีวัตถุที่ทราบน้ำหนักแล้ว วางไว้บนตาชั่งของคุณและสังเกตการอ่าน คูณค่ามาตราส่วนปัจจุบันของคุณด้วยค่าที่อ่านได้ และหารผลลัพธ์ด้วยค่าที่อ่านได้ ไม่ว่าจะเป็นหน่วยกรัม กิโลกรัม ปอนด์ ช้างจิ๋ว หรือหน่วยใดๆ ที่คุณเลือก ผลลัพธ์ที่ได้คือตัวคูณสเกลใหม่ของคุณ ลองใช้ความรู้ของคุณอีกครั้ง และถ้าจำเป็น ให้ทำซ้ำขั้นตอนดังกล่าว