på 2024/07/18 842

Hur man ställer in och kalibrerar lastceller med HX711?

HX711 -modulen visas som en grund i moderna vägningssystem och fungerar som en farlig gräns mellan mikrokontroller och lastceller - sensorer grundläggande i vikt och kraftmätning.Den här artikeln undersöker detaljerna i HX711 och belyser sin dubbelkanaldrift som tillgodoser antingen en eller två lastceller, vilket erbjuder flexibilitet i konfigurationen.Det påverkar en 24-bitars analog-till-digital omvandlare (ADC) och en programmerbar förstärkningsförstärkare ombord (PGA) för att säkerställa högupplösta, brusminimerade digitala utgångar från minimala analoga signaler.Engagemanget av exakta kalibreringsmetoder, inklusive noll- och fullskaliga justeringar, markeras för att säkerställa noggrannhet i olika applikationer från industriella skalor till smarta kökssystem.Artikeln undersöker effekterna av miljöfaktorer som temperatur på belastningscellens prestanda, detaljering av kompensationstekniker som förbättrar tillförlitligheten.Anslutningsinställningar, typiska problem som uppstår och felsökningsmetoder ger praktiska insikter om att optimera funktionaliteten och hållbarheten hos HX711-baserade system.

Katalog

Vad är HX711?

Bild 1: Hx711

HX711 är en elektronisk modul som vanligtvis används för att gränssnitt med lastceller, som är sensorer som mäter vikt eller kraft.Den har en 24-bitars ADC och en integrerad förstärkare för att konvertera analoga signaler från lastceller till högupplöst digital utgång, vilket garanterar exakta viktmätningar.HX711 stöder två kanaler, vilket möjliggör anslutning till en eller två lastceller och ger flexibilitet för olika vägningssystemkonfigurationer.Optimerad för lågt brus säkerställer modulen exakta viktmätningar genom att minimera störningar.Den kommunicerar med mikrokontroller, till exempel Arduino, genom ett enkelt seriellt gränssnitt, som endast kräver några stift för dataöverföring.HX711 fungerar med låg effekt, vilket gör den lämplig för batteridrivna system.Dess ombordförstärkare har justerbar förstärkning, vilket möjliggör anpassning baserat på känsligheten för den bifogade lastcellen.

Den lilla analoga signalen från lastcellen förstärks av HX711: s inbyggda programmerbara förstärkningsförstärkare (PGA), vanligtvis inställd på en förstärkning på 128 eller 64, beroende på sensorns utgångssignalstyrka.Denna förstärkta signal matas sedan in i en 24-bitars A/D-omvandlare och förvandlar den till en högprecisionsdigital signal.Korrekt skärmning och jordning av signallinjen krävs under denna process för att förhindra yttre störningar.När den har konverterats, skickas den digitala signalen till mikrokontrollern via HX711: s seriella gränssnitt.Digitala filtreringstekniker som rörlig genomsnittlig filtrering eller Kalman -filtrering kan tillämpas för att förbättra mätnoggrannheten.Kalibrering involverar nollkalibrering för att ställa in sensorutgången till noll utan vikt och fullskalig kalibrering för att justera utgången så att den matchar den faktiska vikten för ett känt standardobjekt.

Anslutning av HX711 i lastcell

Bild 2: Hx711 i lastcellen

HX711 är främst utformad för gränssnitt med en lastcell i vägningssystem.I en typisk installation är en lastcell, som vanligtvis levereras med fyra ledningar - (excitation + eller VCC), svart (excitation - eller GND), vit (signal +) och grön (signal -) - direkt ansluten tillHX711.De röda och svarta ledningarna är anslutna till E+ och E-stiften på HX711, vilket ger den nödvändiga excitationsspänningen.De vita och gröna ledningarna är fästa vid A+ och A-stiften på Hx711, som hanterar signalutgångarna för lastcellen.

För effekt kräver HX711 en matningsspänning vanligtvis mellan 2,6 V och 5,5 V. Modulen har klocka (SCK) och data (DT) stift som ansluter till motsvarande digitala stift på en mikrokontroller, vilket underlättar digital kommunikation.När alla fysiska anslutningar har gjorts måste systemet kalibreras med kända vikter för att säkerställa noggrannhet och justera mikrokontrollens programvara för att korrelera lastcellens analoga utgång till specifika viktvärden.Korrekt jordning av HX711 till mikrokontrollens mark, och om möjligt, till en jordmark, krävs för att minimera brus och höja mätprecisionen.

Jämförelse av olika typer av lastceller

Särdrag	Kompressionstyp	Spänningstyp	Enkelpunktstyp	Böjstråltyp
Princip	Mätbelastning appliceras vertikalt	Mätbelastning appliceras vertikalt	Mät belastning tillämpas i ett område	Mäter belastning via böjkraft
Belastningsorientering	Tryckkraft	Dragkraft	Varje riktning inom ett plan	Böjning eller böjning
Noggrannhet	Hög	Hög	Måttlig till hög	Måttlig
Kosta	Måttlig	Måttlig till hög	Låg till måttlig	Låg
Underhåll	Låg	Låg	Låg	Låg
Produktion	Elektrisk signal	Elektrisk signal	Elektrisk signal	Elektrisk signal
Gemensamma applikationer	Industriella skalor, tankvägning	Kranskalor, materialprovning	Detaljhandelsvågar, plattformsskalor	Tankvägning, industriella system
Fördelar	Hög kapacitet, robust	Lämplig för dynamiska belastningar	Bekvämt för asymmetriska belastningar	Kostnadseffektivt för vissa intervall
Nackdelar		Begränsad till tryckbelastningar	Begränsad till dragbelastningar	Inte lämplig för lastning utanför centrum

Effekter av temperatur på lastcellen

Bild 3: Temperatur på lastcellen

Temperaturförändringar påverkar signifikant noggrannheten hos belastningsceller, vilket orsakar noll drift- och känslighetsförändringar på grund av termisk expansion och motståndstemperaturkoefficient för töjningsmätmaterial.För att mildra dessa effekter kan flera temperaturkompensationsmetoder användas.En metod är att använda termoelement eller termistorer för att övervaka sensorns driftstemperatur i realtid, bearbetad av programvarusystem för att korrigera mätfel.Ett annat tillvägagångssätt innebär att du väljer töjningsmätningsmaterial med inneboende temperaturkompensationsegenskaper.Att utforma en effektiv brokrets, bestående av fyra töjningsmätare, arrangerade symmetriskt och lägga till temperaturkompensationsmotstånd minimerar ytterligare temperatureffekter.Att upprätthålla en konstant temperaturmiljö är fokal för laboratoriebalanser med hög precision, och att använda lim med hög termisk stabilitet säkerställer företagets svetsningspunkter i bryggkretsanslutningarna för att undvika problem som kallsvetsning.

Projektexempel med HX711 och lastcell

För den smarta köksskalan inkluderar de nödvändiga materialen en HX711-modul, en enkelpunktsbelastningscell, en Arduino-mikrokontroller och en skärm.Konstruktionsprocessen involverar att säkra lastcellen vid skalans bas, ansluta den till HX711 och gränssnitt HX711 med Arduino.Arduino är programmerad för att hantera HX711: s verksamhet, läste kontinuerligt viktdata och visa denna information på skärmen.En valfri förbättring är att integrera en Bluetooth -modul för att överföra viktdata till en mobilapp.

Bild 4: Ladda cell med Arduino Microcontroller

För den smarta skräpet är de nödvändiga komponenterna en HX711-modul, en enkelpunktsbelastningscell, en Arduino-mikrokontroller och en anmälningsmekanism såsom en summer eller LED-ljus.Inställningen innebär att du installerar lastcellen längst ner i papperskorgen och ansluter den till HX711 och Arduino.Arduinos programvara är skräddarsydd för att övervaka papperskorgen och utfärda varningar via summern eller LED när papperskorgen når en fördefinierad vikt.Att lägga till en trådlös modul för fjärrövervakning och konfigurera systemet för att skicka varningar och viktdata till en mobilapplikation är ett annat gynnsamt alternativ.

Bild 5: Arduino mikrokontroller med LED -lampor

Vanliga problem och felsökning

När du använder HX711 -modulen och vägningssensorer kan du stöta på flera problem som signalbrus, nolldrift, signalinstabilitet och allmänna underhållsutmaningar.För att adressera signalbrus kan installation av filterkondensatorer nära HX711: s kraftstift mildra brus från kraftfluktuationer.Att använda skärmade kablar hjälper till att isolera elektromagnetisk störning, vilket krävs särskilt vid långdistansöverföringar.Att använda ett oscilloskop kan hjälpa till att identifiera bruskällor i kraft- och signallinjer, och ordentligt jordningsskyddade kablar minskar ytterligare störningar.Noll driftproblem kan minimeras genom regelbunden kalibrering och upprätthålla en konstant temperaturmiljö eller genom att använda temperaturkompensationsanordningar.Det är också tillrådligt att kontinuerligt övervaka och justera för temperaturförändringar för att säkerställa stabilitet.

För signalinstabilitet, inspektera lödpunkterna på både sensorn och HX711 -modulen för att säkerställa att de är fast.Kontrollera alla ledningar för integritet och god kontakt och använd en multimeter för att mäta motstånd vid varje kontaktpunkt för att bekräfta anslutningsintegritet.Regelbundet underhåll och kalibrering krävs.Detta inkluderar att kontrollera strömförsörjningsspänningen, garantera säkra signallinjanslutningar och utvärdera sensorns mekaniska tillstånd.Kalibrering med en standardvikt är fokal för att bibehålla noggrannheten för sensorutgången.

Slutsats

HX711 -modulen är involverad i att omvandla grundläggande viktmätningssystem till pålitliga och anpassningsbara tekniska lösningar.Genom en fullständig analys av dess design, tillämpning och potentiella problem illustrerar denna artikel inte bara modulens roll för att höja precisionen och stabiliteten hos lastceller utan ger också en plan för effektiv felsökning och underhåll.Oavsett om det är genom att höja digital signalbehandling eller kvalificera de negativa effekterna av temperaturvariationer, är strategierna som diskuteras här nödvändiga för ingenjörer och teknologer som syftar till att ansluta den fulla potentialen för HX711 i viktkänsliga applikationer.Framtida framsteg inom materialvetenskap och digital elektronik har löfte om att ytterligare höja kapaciteten hos moduler som HX711, golv för mer effektiva och exakta vägningssystem.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Vad är känsligheten för HX711 -belastningscellen?

Dess känslighet, som indikerar hur liten viktförändring den kan upptäcka, bestäms främst av lastcellen ansluten till den.Belastningsceller ger en känslighet som sträcker sig från 1 mV/V till 3 mV/V, vilket innebär att utgångsspänningen förändras med denna mängd per volt excitation vid full belastning.

2. Hur ökar du känsligheten hos en lastcell?

För att öka känsligheten hos en lastcell kan flera steg vidtas.Överväg först att använda en lastcell som erbjuder högre känslighet, indikerad av en högre MV/V -utgång.Därefter kan signalens kvalitet förbättras genom att använda bättre ledningsmetoder och använda skärmningstekniker för att minska brusinterferensen.Att använda en högre upplösning analog-till-digital omvandlare (ADC) eller en med överlägsen brusprestanda, såsom HX711, kan vara användbart.HX711 kan också arrangeras för att arbeta vid en högre förstärkningsinställning, vilket ytterligare ökar känsligheten för lastcellen.

3. Vad är den maximala provtagningshastigheten för HX711?

HX711 -modulen kan mata ut datahastigheter vanligtvis upp till 80 prover per sekund i sitt standardläge.Genom att justera hastighetsvalstiftet (hastighetsstiftet) kan du växla dess läge för att öka hastigheten till 10 Hz för högre upplösningsmätningar och offra viss hastighet för mer precision.

4. Kan du överbelasta en lastcell?

Ja, du kan överbelasta en lastcell, vilket kan leda till permanent skada eller nedbrytning av dess noggrannhet.Belastningsceller är vanligtvis klassade med en maximal kapacitet och en överbelastningsmarginal, vanligtvis cirka 150% av deras nominella kapacitet.Överskridande av denna gräns riskerar mekanisk deformation och misslyckande av stammätarna inuti cellen.

5. Hur balanserar du lastceller?

Att balansera flera belastningsceller i ett vägningssystem är fokal för att uppnå exakta mätningar.För att effektivt balansera lastceller är det stort att först se till att alla belastningsceller har samma kapacitet och typ.De bör installeras lika, och plattformen eller strukturen måste vara styv för att jämnt stödja varje cell.En korsningsbox kan användas för att elektriskt kombinera och balansera signalerna från varje lastcell.Om du är tillgänglig, justera utgången via potentiometrar för att säkerställa en jämn fördelning av belastning bland alla celler.Efter installationen krävs det att kalibrera hela systemet för att redogöra för eventuella modifieringar i utgångarna från enskilda celler.