Como configurar e calibrar as células de carga com o HX711?

O módulo HX711 aparece como uma base nos sistemas de pesagem modernos, servindo como uma borda perigosa entre microcontroladores e células de carga - sensores em medição básica em peso e força.Este artigo explora os detalhes do HX711, destacando sua operação de canal duplo, que atende a uma ou duas células de carga, oferecendo flexibilidade na configuração.Ele influencia um conversor analógico-digital de 24 bits (ADC) e um amplificador de ganho programável a bordo (PGA) para garantir saídas digitais minimizadas por ruído e alta resolução de sinais analógicos mínimos.O envolvimento de métodos precisos de calibração, incluindo ajustes zero e em larga escala, é destacado para garantir a precisão em várias aplicações, desde escalas industriais até sistemas de cozinha inteligentes.O artigo explora o impacto de fatores ambientais como a temperatura no desempenho das células de carga, detalhando técnicas de remuneração que aumentam a confiabilidade.As configurações de conexão, problemas típicos encontrados e métodos de solução de problemas fornecem insights práticos para otimizar a funcionalidade e a durabilidade dos sistemas baseados em HX711.

Catálogo

O que é HX711?

Figura 1: HX711

O HX711 é um módulo eletrônico comumente usado para interagir com células de carga, que são sensores que medem peso ou força.Possui um ADC de 24 bits e um amplificador integrado para converter sinais analógicos de células de carga em saída digital de alta resolução, garantindo medições precisas de peso.O HX711 suporta dois canais, permitindo a conexão com uma ou duas células de carga e fornecendo flexibilidade para diferentes configurações do sistema de pesagem.Otimizado para baixo ruído, o módulo garante medições precisas de peso, minimizando a interferência.Ele se comunica com microcontroladores, como o Arduino, através de uma interface serial simples, exigindo apenas alguns pinos para a transmissão de dados.O HX711 opera com baixa energia, tornando-o adequado para sistemas movidos a bateria.Seu amplificador a bordo possui ganho ajustável, permitindo a personalização com base na sensibilidade da célula de carga anexada.

O pequeno sinal analógico da célula de carga é amplificado pelo amplificador de ganho programável interno do HX711 (PGA), normalmente definido como um ganho de 128 ou 64, dependendo da força do sinal de saída do sensor.Este sinal amplificado é então alimentado em um conversor A/D de 24 bits, transformando-o em um sinal digital de alta precisão.Escudo e aterramento adequados da linha de sinal são necessários durante esse processo para evitar interferências externas.Uma vez convertido, o sinal digital é enviado ao microcontrolador através da interface serial do HX711.Técnicas de filtragem digital, como filtragem média móvel ou filtragem Kalman, podem ser aplicadas para melhorar a precisão da medição.A calibração envolve calibração zero para definir a saída do sensor como zero, sem peso e calibração em escala em larga escala para ajustar a saída para corresponder ao peso real de um objeto padrão conhecido.

Conexão de HX711 na célula de carga

Figura 2: HX711 na célula de carga

O HX711 foi projetado principalmente para interface com uma célula de carga nos sistemas de pesagem.Em uma configuração típica, uma célula de carga, que geralmente vem com quatro fios - vermelho (excitação + ou vcc), preto (excitação - ou gnd), branco (sinal +) e verde (sinalização -) - está diretamente conectado aoHX711.Os fios vermelhos e pretos são conectados às pinos E+ e E- no HX711, respectivamente, fornecendo a tensão de excitação necessária.Os fios brancos e verdes são conectados às pinas A+ e A do HX711, que lidam com as saídas do sinal da célula de carga.

Para energia, o HX711 requer uma tensão de alimentação normalmente entre 2,6 V e 5,5 V. O módulo apresenta pinos de relógio (SCK) e dados (DT) que se conectam aos pinos digitais correspondentes em um microcontrolador, facilitando a comunicação digital.Depois que todas as conexões físicas são feitas, o sistema deve ser calibrado com pesos conhecidos para garantir a precisão, ajustando o software do microcontrolador para correlacionar a saída analógica da célula de carga a valores de peso específicos.O aterramento adequado do HX711 ao solo do microcontrolador e, se possível, é necessário para minimizar o ruído e elevar a precisão da medição.

Comparação de diferentes tipos de células de carga

Efeitos da temperatura na célula de carga

Figura 3: Temperatura na célula de carga

As mudanças de temperatura afetam significativamente a precisão das células de carga, causando alterações zero de desvio e sensibilidade devido à expansão térmica e ao coeficiente de temperatura de resistência dos materiais de medidores de deformação.Para mitigar esses efeitos, vários métodos de compensação de temperatura podem ser empregados.Um método está usando termopares ou termistores para monitorar a temperatura operacional do sensor em tempo real, processada por sistemas de software para corrigir erros de medição.Outra abordagem envolve a seleção de materiais de medidores com propriedades inerentes à compensação de temperatura.Projetando um circuito de ponte eficaz, composto por quatro medidores de tensão, dispostos simetricamente e adicionando resistores de compensação de temperatura minimizam ainda mais os efeitos da temperatura.Manter um ambiente de temperatura constante é focal para saldos laboratoriais de alta precisão e o uso de adesivos com alta estabilidade térmica garante pontos de soldagem firmes nas conexões do circuito da ponte para evitar problemas como soldagem a frio.

Exemplos de projeto usando HX711 e célula de carga

Para a escala de cozinha inteligente, os materiais necessários incluem um módulo HX711, uma célula de carga de ponto único, um microcontrolador Arduino e uma tela de exibição.O processo de construção envolve proteger a célula de carga na base da escala, conectá -la ao HX711 e interface o HX711 com o Arduino.O Arduino está programado para gerenciar as operações do HX711, ler continuamente os dados de peso e exibir essas informações na tela.Um aprimoramento opcional é integrar um módulo Bluetooth para transmitir dados de peso para um aplicativo móvel.

Figura 4: Carregar célula com microcontrolador Arduino

Para a lata de lixo inteligente, os componentes necessários são um módulo HX711, uma célula de carga de ponto único, um microcontrolador arduino e um mecanismo de notificação, como uma campainha ou luz LED.A configuração envolve a instalação da célula de carga na parte inferior da lata de lixo e conectá -la ao HX711 e Arduino.O software do Arduino é adaptado para monitorar o peso do lixo e emitir alertas por meio da campainha ou LED quando o lixo atingir um peso predefinido.Adicionar um módulo sem fio para monitoramento remoto e configurar o sistema para enviar alertas e dados de peso para um aplicativo móvel é outra opção benéfica.

Figura 5: Microcontrolador Arduino com luzes LED

Problemas comuns e solução de problemas

Ao utilizar o módulo HX711 e os sensores de pesagem, você pode encontrar vários problemas, como ruído de sinal, desvio zero, instabilidade do sinal e desafios gerais de manutenção.Para abordar o ruído do sinal, a instalação de capacitores de filtro perto do pino de energia do HX711 pode mitigar o ruído das flutuações de energia.A utilização de cabos blindados ajuda a isolar a interferência eletromagnética, o que é particularmente necessário nas transmissões de longa distância.O uso de um osciloscópio pode ajudar a identificar fontes de ruído em linhas de energia e sinal, e os cabos blindados de aterramento adequados reduzem ainda mais a interferência.Os problemas de desvio zero podem ser minimizados através da calibração regular e da manutenção de um ambiente de temperatura constante ou usando dispositivos de compensação de temperatura.Também é aconselhável monitorar e ajustar continuamente as alterações de temperatura para garantir a estabilidade.

Para instabilidade do sinal, inspecione os pontos de solda no sensor e no módulo HX711 para garantir que eles sejam firmes.Verifique todos os fios para obter integridade e bom contato e use um multímetro para medir a resistência em cada ponto de contato para confirmar a integridade da conexão.Manutenção e calibração regulares são necessárias.Isso inclui verificar a tensão da fonte de alimentação, garantir conexões de linha de sinal seguras e avaliar o estado mecânico do sensor.A calibração com um peso padrão é focal para manter a precisão da saída do sensor.

Conclusão

O módulo HX711 está envolvido na transformação de sistemas básicos de medição de peso em soluções técnicas confiáveis ​​e adaptáveis.Através de uma análise completa de seu projeto, aplicação e questões em potencial, este artigo não apenas ilustra o papel do módulo na elevação da precisão e estabilidade das células de carga, mas também fornece um plano para solucionar problemas e manutenção eficazes.Seja através da elevação do processamento de sinais digitais ou da qualificação dos efeitos adversos das variações de temperatura, as estratégias discutidas aqui são necessárias para engenheiros e tecnólogos que visam conectar todo o potencial do HX711 em aplicações sensíveis ao peso.Os futuros avanços na ciência do material e na eletrônica digital mantêm a promessa de elevar ainda mais as capacidades de módulos como o HX711, pisando o caminho para sistemas de pesagem mais eficientes e precisos.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Qual é a sensibilidade da célula de carga HX711?

Sua sensibilidade, que indica quão pequena de uma mudança de peso pode detectar, é determinada principalmente pela célula de carga conectada a ele.As células de carga fornecem uma sensibilidade variando de 1 mV/v a 3 mV/v, o que significa que a tensão de saída muda por essa quantidade por volt de excitação em carga total.

2. Como você aumenta a sensibilidade de uma célula de carga?

Para aumentar a sensibilidade de uma célula de carga, várias etapas podem ser tomadas.Primeiro, considere o uso de uma célula de carga que oferece maior sensibilidade, indicada por uma saída MV/V mais alta.Em seguida, a qualidade do sinal pode ser melhorada adotando melhores práticas de fiação e utilizando técnicas de blindagem para reduzir a interferência de ruído.O uso de um conversor analógico-digital de alta resolução (ADC) ou um com desempenho de ruído superior, como o HX711, pode ser útil.O HX711 também pode ser organizado para operar em uma configuração de ganho mais alta, aumentando ainda mais a sensibilidade da célula de carga.

3. Qual é a taxa de amostragem máxima para o HX711?

O módulo HX711 pode emitir taxas de dados normalmente até 80 amostras por segundo no seu modo padrão.Ao ajustar o pino de seleção de taxa (pino de taxa), você pode alternar seu modo para aumentar a velocidade para 10 Hz para medições de resolução mais alta, sacrificando alguma velocidade para obter mais precisão.

4. Você pode sobrecarregar uma célula de carga?

Sim, você pode sobrecarregar uma célula de carga, o que pode levar a danos permanentes ou degradação de sua precisão.As células de carga geralmente são classificadas com uma capacidade máxima e uma margem de sobrecarga, normalmente cerca de 150% de sua capacidade nominal.Exceder esse limite corre o risco de deformação mecânica e falha dos medidores de tensão dentro da célula.

5. Como você equilibra as células de carga?

O equilíbrio de múltiplas células de carga em um sistema de pesagem é focal para alcançar medições precisas.Para equilibrar efetivamente as células de carga, é importante primeiro garantir que todas as células de carga tenham a mesma capacidade e tipo.Eles devem ser instalados igualmente, e a plataforma ou estrutura deve ser rígida para suportar uniformemente cada célula.Uma caixa de junção pode ser usada para combinar e equilibrar eletricamente os sinais de cada célula de carga.Se disponível, ajuste a saída através dos potenciômetros para garantir uma distribuição uniforme de carga entre todas as células.Após a instalação, é necessário calibrar todo o sistema para explicar quaisquer modificações nas saídas de células individuais.