Comment configurer et calibrer des cellules de charge avec le HX711?

Le module HX711 apparaît comme une base dans les systèmes de pesage modernes, servant de bordure dangereuse entre les microcontrôleurs et les cellules de charge - les capteurs de base de poids et de mesure de force.Cet article explore les détails du HX711, mettant en évidence son fonctionnement à double canal qui s'adresse à une ou deux cellules de charge, offrant une flexibilité dans la configuration.Il influence un convertisseur analogique-numérique 24 bits (ADC) et un amplificateur de gain programmable à bord (PGA) pour assurer les sorties numériques à haute résolution et minimisées à partir de signaux analogiques minimaux.L'implication de méthodes d'étalonnage précises, y compris les ajustements zéro et à grande échelle, est mis en évidence pour garantir la précision dans diverses applications, des échelles industrielles aux systèmes de cuisine intelligente.L'article explore l'impact de facteurs environnementaux tels que la température sur les performances des cellules de charge, détaillant les techniques de compensation qui améliorent la fiabilité.Les configurations de connexion, les problèmes typiques rencontrés et les méthodes de dépannage fournissent des informations pratiques sur l'optimisation de la fonctionnalité et de la durabilité des systèmes basés sur HX711.

Catalogue

Qu'est-ce que HX711?

Figure 1: HX711

Le HX711 est un module électronique couramment utilisé pour interfacer avec des cellules de charge, qui sont des capteurs qui mesurent le poids ou la force.Il dispose d'un ADC 24 bits et d'un amplificateur intégré pour convertir les signaux analogiques des cellules de charge en sortie numérique haute résolution, garantissant des mesures de poids précises.Le HX711 prend en charge deux canaux, permettant la connexion à une ou deux cellules de charge et offrant une flexibilité pour différentes configurations de système de pesée.Optimisée pour un faible bruit, le module assure des mesures de poids précises en minimisant l'interférence.Il communique avec les microcontrôleurs, tels que Arduino, via une interface série simple, ne nécessitant que quelques broches pour la transmission des données.Le HX711 fonctionne à faible puissance, ce qui le rend adapté aux systèmes alimentés par batterie.Son amplificateur embarqué a un gain réglable, permettant la personnalisation en fonction de la sensibilité de la cellule de charge attachée.

Le minuscule signal analogique de la cellule de charge est amplifié par l'amplificateur de gain programmable intégré du HX711 (PGA), généralement réglé sur un gain de 128 ou 64, en fonction de la résistance du signal de sortie du capteur.Ce signal amplifié est ensuite introduit dans un convertisseur A / D 24 bits, le transformant en un signal numérique de haute précision.Le blindage et la mise à la terre appropriés de la ligne de signal sont nécessaires au cours de ce processus pour éviter les interférences externes.Une fois converti, le signal numérique est envoyé au microcontrôleur via l'interface série du HX711.Les techniques de filtrage numérique telles que le filtrage moyenne mobile ou le filtrage de Kalman peuvent être appliquées pour améliorer la précision de la mesure.L'étalonnage implique un étalonnage nul pour définir la sortie du capteur à zéro sans poids et étalonnage à grande échelle pour ajuster la sortie pour correspondre au poids réel d'un objet standard connu.

Connexion de HX711 dans la cellule de chargement

Figure 2: HX711 dans la cellule de chargement

Le HX711 est conçu principalement pour l'interfaçage avec une cellule de charge dans les systèmes de pesage.Dans une configuration typique, une cellule de charge, qui est généralement livrée avec quatre fils - rouge (excitation + ou VCC), noir (excitation - ou GND), blanc (signal +) et vert (signal -) - est directement connecté à laHX711.Les fils rouges et noirs sont connectés aux épingles E + et E- sur le HX711 respectivement, fournissant la tension d'excitation requise.Les fils blancs et verts sont attachés aux A + et A-broches du HX711, qui gèrent les sorties de signal de la cellule de charge.

Pour l'alimentation, le HX711 nécessite une tension d'alimentation généralement entre 2,6 V et 5,5 V. Le module dispose d'épingles d'horloge (SCK) et de données (DT) qui se connectent aux broches numériques correspondantes sur un microcontrôleur, facilitant la communication numérique.Une fois toutes les connexions physiques, le système doit être calibré avec des poids connus pour assurer la précision, en ajustant le logiciel du microcontrôleur pour corréler la sortie analogique de la cellule de charge à des valeurs de poids spécifiques.Une mise à la terre appropriée du HX711 au sol du microcontrôleur, et si possible, à un terrain terrestre, est nécessaire pour minimiser le bruit et élever la précision de mesure.

Comparaison de différents types de cellules de charge

Fonctionnalité	Type de compression	Type de tension	Type à point	Type de faisceau de flexion
Principe	Mesure la charge appliquée verticalement	Mesure la charge appliquée verticalement	Mesure la charge appliquée dans une zone	Mesure le chargement via la force de flexion
Orientation de charge	Force de compression	Force de traction	Toute direction dans un avion	Flexion ou flexion
Précision	Haut	Haut	Modéré à élevé	Modéré
Coût	Modéré	Modéré à élevé	Faible à modéré	Faible
Entretien	Faible	Faible	Faible	Faible
Sortir	Signal électrique	Signal électrique	Signal électrique	Signal électrique
Applications communes	Écailles industrielles, pesée de réservoir	Échelles de grue, tests de matériaux	Échelles de vente au détail, échelles de plate-forme	Pesée de réservoir, systèmes industriels
Avantages	Haute capacité, robuste	Convient aux charges dynamiques	Pratique pour les charges asymétriques	Rentable pour certaines gammes
Désavantage		Limité aux charges de compression	Limité aux charges de traction	Pas adapté au chargement hors centre

Effets de la température sur la cellule de chargement

Figure 3: Température sur la cellule de chargement

Les changements de température ont un impact significatif sur la précision des cellules de charge, provoquant des changements de dérive et de sensibilité nuls en raison de la dilatation thermique et du coefficient de température de résistance des matériaux de jauge de déformation.Pour atténuer ces effets, plusieurs méthodes de compensation de température peuvent être utilisées.Une méthode consiste à utiliser des thermocouples ou des thermistances pour surveiller la température de fonctionnement du capteur en temps réel, traité par des systèmes logiciels pour corriger les erreurs de mesure.Une autre approche consiste à sélectionner des matériaux de jauge de contrainte avec des propriétés de compensation de température inhérente.La conception d'un circuit de pont effectif, composé de quatre jauges de contrainte, s'est disposée symétriquement et ajoutant des résistances de compensation de température minimise davantage les effets de température.Le maintien d'un environnement de température constant est un focal pour les soldes de laboratoire de haute précision, et l'utilisation d'adhésifs à grande stabilité thermique assure des points de soudage ferme dans les connexions du circuit de pont pour éviter des problèmes comme le soudage à froid.

Exemples de projet utilisant HX711 et la cellule de chargement

Pour l'échelle de cuisine intelligente, les matériaux requis comprennent un module HX711, une cellule de chargement à un point, un microcontrôleur Arduino et un écran d'affichage.Le processus de construction consiste à sécuriser la cellule de charge à la base de l'échelle, à le connecter au HX711 et à interfacer le HX711 avec l'Arduino.L'Arduino est programmé pour gérer les opérations du HX711, lire en continu des données de poids et afficher ces informations à l'écran.Une amélioration facultative consiste à intégrer un module Bluetooth pour transmettre des données de poids à une application mobile.

Figure 4: cellule de chargement avec microcontrôleur Arduino

Pour la poubelle intelligente, les composants requis sont un module HX711, une cellule de chargement à point, un microcontrôleur Arduino et un mécanisme de notification tel qu'un buzzer ou une lumière LED.La configuration consiste à installer la cellule de charge au bas de la poubelle et à la connecter au HX711 et à Arduino.Le logiciel d'Arduino est adapté pour surveiller le poids des déchets et émettre des alertes via le buzzer ou la LED lorsque la poubelle atteint un poids prédéfini.L'ajout d'un module sans fil pour la surveillance à distance et la configuration du système pour envoyer des alertes et des données de poids à une application mobile est une autre option bénéfique.

Figure 5: Microcontrôleur Arduino avec lumières LED

Problèmes communs et dépannage

Lorsque vous utilisez le module HX711 et les capteurs de pesage, vous pouvez rencontrer plusieurs problèmes tels que le bruit du signal, la dérive zéro, l'instabilité du signal et les défis de maintenance générale.Pour résoudre le bruit du signal, l'installation de condensateurs filtrants près de la broche d'alimentation du HX711 peut atténuer le bruit des fluctuations de puissance.L'utilisation de câbles blindés aide à isoler les interférences électromagnétiques, ce qui est particulièrement nécessaire dans les transmissions à longue distance.L'utilisation d'un oscilloscope peut aider à identifier les sources de bruit dans les lignes de puissance et de signal, et les câbles blindés correctement mis à la terre réduisent encore l'interférence.Les problèmes de dérive zéro peuvent être minimisés par l'étalonnage régulier et le maintien d'un environnement de température constant ou en utilisant des dispositifs de compensation de température.Il est également conseillé de surveiller et de régler en continu les changements de température pour assurer la stabilité.

Pour l'instabilité du signal, inspectez les points de soudage sur le capteur et le module HX711 pour vous assurer qu'ils sont fermes.Vérifiez tous les fils pour l'intégrité et le bon contact, et utilisez un multimètre pour mesurer la résistance à chaque point de contact pour confirmer l'intégrité de la connexion.L'entretien et l'étalonnage réguliers sont nécessaires.Cela comprend la vérification de la tension d'alimentation, la garantie des connexions de ligne de signal sécurisées et l'évaluation de l'état mécanique du capteur.L'étalonnage avec un poids standard est focal pour maintenir la précision de la sortie du capteur.

Conclusion

Le module HX711 est impliqué dans la transformation des systèmes de mesure de poids de base en solutions techniques fiables et adaptables.Grâce à une analyse complète de sa conception, de son application et de ses problèmes potentiels, cet article illustre non seulement le rôle du module dans l'élévation de la précision et de la stabilité des cellules de charge, mais fournit également un plan pour un dépannage et une maintenance efficaces.Que ce soit en élevant le traitement du signal numérique ou en qualifiant les effets négatifs des variations de température, les stratégies discutées ici sont nécessaires pour les ingénieurs et les technologues visant à relier le plein potentiel de HX711 dans les applications sensibles au poids.Les progrès futurs de la science des matériaux et de l'électronique numérique tiennent la promesse d'élever davantage les capacités de modules comme le HX711, de faire la voie à des systèmes de pesage plus efficaces et précis.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Quelle est la sensibilité de la cellule de charge HX711?

Sa sensibilité, qui indique à quel point il peut changer de poids qu'il peut détecter, est principalement déterminé par la cellule de charge qui lui est connectée.Les cellules de chargement fournissent une sensibilité allant de 1 mV / V à 3 mV / V, ce qui signifie que la tension de sortie change de cette quantité par volt d'excitation à pleine charge.

2. Comment augmentez-vous la sensibilité d'une cellule de charge?

Pour augmenter la sensibilité d'une cellule de charge, plusieurs étapes peuvent être prises.Tout d'abord, envisagez d'utiliser une cellule de charge qui offre une sensibilité plus élevée, indiquée par une sortie MV / V plus élevée.Ensuite, la qualité du signal peut être améliorée en adoptant de meilleures pratiques de câblage et en utilisant des techniques de blindage pour réduire l'interférence du bruit.L'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) (ADC) à haute résolution ou d'une performance de bruit supérieure, comme le HX711, peut être utile.Le HX711 peut également être organisé pour fonctionner à un réglage de gain plus élevé, augmentant encore la sensibilité de la cellule de charge.

3. Quel est le taux d'échantillonnage maximal pour HX711?

Le module HX711 peut produire des débits de données jusqu'à 80 échantillons par seconde dans son mode par défaut.En ajustant la broche de sélection de taux (broche de vitesse), vous pouvez changer son mode pour augmenter la vitesse à 10 Hz pour des mesures de résolution plus élevées, sacrifiant une certaine vitesse pour plus de précision.

4. Pouvez-vous surcharger une cellule de chargement?

Oui, vous pouvez surcharger une cellule de charge, ce qui peut entraîner des dommages permanents ou une dégradation de sa précision.Les cellules de charge sont généralement évaluées avec une capacité maximale et une marge de surcharge, généralement environ 150% de leur capacité nominale.Dépassant cette limite risque la déformation mécanique et la défaillance des jauges de contrainte à l'intérieur de la cellule.

5. Comment équilibrez-vous les cellules de charge?

Équilibrer plusieurs cellules de charge dans un système de pesée est focal pour atteindre des mesures précises.Pour équilibrer efficacement les cellules de charge, il est majeur de garantir d'abord que toutes les cellules de charge sont de la même capacité et du même type.Ils doivent être installés de manière égale et la plate-forme ou la structure doit être rigide pour soutenir uniformément chaque cellule.Une boîte de jonction peut être utilisée pour combiner électriquement et équilibrer les signaux de chaque cellule de charge.Si disponible, ajustez la sortie par des potentiomètres pour assurer une distribution uniforme de la charge entre toutes les cellules.Après l'installation, il est nécessaire de calibrer l'ensemble du système pour tenir compte de toute modification des sorties de cellules individuelles.