Hari ini, pengukuran berat dan kekuatan yang tepat Ini adalah kunci dalam aplikasi industri dan proyek domestik dan penelitian. Jika Anda pernah bertanya-tanya Apa itu sensor pengukur regangan? dan bagaimana hal itu melengkapi Modul HX711 Jika Anda mencari cara untuk membuat timbangan digital dengan presisi tinggi, Anda telah datang ke tempat yang tepat. Di sini, kami akan menguraikan setiap aspek, dari teori hingga praktik, sehingga Anda memahami setiap detail dan mempelajari cara menerapkan sistem penimbangan Anda sendiri.
Dalam beberapa waktu terakhir penggunaan telah menjadi populer pengukur regangan bersama dengan modul seperti HX711 dalam pembuatan timbangan buatan sendiri, produk otomasi rumah, dan bahkan eksperimen sekolah. Yang terbaik dari semuanya, komponen-komponen ini terjangkau, kompatibel dengan platform seperti Arduino, dan memungkinkan pengukuran yang dapat diandalkan pada tingkat profesional Jika dikalibrasi dengan benar. Mari kita lihat semuanya langkah demi langkah, dari operasi dasar hingga integrasi dan pemrograman.
Apa itu pengukur regangan dan bagaimana cara kerjanya?
La pengukur regangan adalah sensor piezoresistif yang mengubah deformasi (baik karena tekanan, tarikan, atau kompresi) menjadi variasi resistansi listrik, yang memungkinkan kita mengukur gaya atau berat yang diterapkan ke permukaan secara tidak langsung. Properti ini penting untuk penginderaan beban pada sel beban modern..
Dalam desain paling dasarnya, pengukur feeler terdiri dari filamen logam yang sangat halus ditempatkan di dalam lapisan perekat. Ketika struktur yang direkatkan berubah bentuk, filamen akan meregang atau terkompresi, sehingga mengubah daya tahannya. Perubahan ini, meskipun kecil, sebanding dengan gaya yang diberikan. dan dapat dianalisis secara elektrik.
Efek piezoresistif Resistansi pengukur meningkat saat diregangkan, dan menurun saat dikompresi. Hal ini memungkinkan tenaga fisik diubah menjadi sinyal listrik yang dapat diukur secara tepat.
Pengukur ini biasanya memiliki nilai resistansi standar seperti 120Ω, 350Ω atau 1000Ω, dan perubahan yang disebabkan oleh deformasi sangat minimal: misalnya, variasi hanya 0.12 Ω pada 120 Ω untuk beban yang signifikan. Namun, tanpa sistem amplifikasi dan pengukuran yang sesuai, variasi kecil ini akan sulit dideteksi.
Sel beban: aplikasi pengukur regangan
sebuah sel beban Ini adalah transduser yang menggunakan pengukur regangan untuk mengubah gaya mekanik menjadi sinyal listrikPrinsip pengoperasiannya sederhana: satu atau lebih pengukur dipasang pada struktur logam yang dirancang untuk berubah bentuk secara wajar di bawah beban. Saat beban diterapkan, struktur berubah bentuk, begitu pula pengukurnya, dan sinyal listrik yang sebanding dengan tekanan dihasilkan.
Ada berbagai jenis sel beban (hidrolik, pneumatik, strain gauge, dll.), meskipun dalam sistem elektronik dan embedded yang paling umum adalah strain gauge. Desainnya yang konsisten memungkinkan presisi dan stabilitas tinggi.
Sel bervariasi dalam ukuran, bentuk, kapasitas, dan susunan mekanis, dari yang kecil dengan berat gram hingga versi industri dengan berat ton.
Secara internal, sebagian besar sel beban memasang 1, 2 atau 4 pengukur regangan yang membentuk jembatan Wheatstone., rangkaian listrik yang peka terhadap variasi kecil dalam resistansi.
Jembatan Wheatstone: Rahasia Kepekaan
El Jembatan Wheatstone adalah rangkaian empat resistor yang disusun dalam bentuk persegi, yang mana satu atau lebih mungkin merupakan pengukur regangan. Bila tidak ada beban, rangkaian berada dalam kesetimbangan dan tidak ada perbedaan potensial antara keluarannya. Bila pengukur mengalami deformasi, kesetimbangan ini terputus. dan perbedaan tegangan yang terdeteksi muncul yang mencerminkan beban yang diterapkan.
Konfigurasi ini melipatgandakan sensitivitas terhadap perubahan resistansi dan memungkinkan mendeteksi variasi kecil, yang tidak mungkin ditangkap sebaliknya.
Pada timbangan rumahan atau laboratorium, biasanya digunakan empat pengukur yang membentuk jembatan Wheatstone lengkap, seperti halnya pada banyak timbangan kamar mandi dan platform penimbangan. Ini membantu mengurangi kesalahan suhu dan meningkatkan linearitas serta akurasi.
Mengapa kita membutuhkan modul HX711?
Meskipun jembatan Wheatstone memperkuat variasi tegangan, perubahannya sangat kecil (dalam skala mikrovolt). Mikrokontroler seperti Arduino hampir tidak dapat mendeteksinya, apalagi melakukan pengukuran yang tepat.
El Modul HX711 Ini adalah chip yang dirancang khusus untuk sistem penimbangan dengan sel beban pengukur regangan, sehingga menghasilkan pembacaan yang akurat.
El HX711 bekerja seperti penguat instrumentasi y Konverter analog ke digital (ADC) 24-bitFungsi utamanya adalah untuk:
- Menerima sinyal diferensial dari jembatan Wheatstone.
- Amplifikasi itu agar mudah dibaca.
- Ubah menjadi sinyal digital beresolusi tinggi sehingga mikrokontroler dapat memprosesnya.
Selain itu, HX711 dilengkapi antarmuka digital sederhana dengan hanya 2 pin (Jam dan Data), mirip dengan bus I2C, yang menyederhanakan koneksi dan komunikasi dengan perangkat lunak.
Fitur modul HX711
El HX711 Produk ini menonjol karena sensitivitasnya yang tinggi dan biayanya yang rendah. Beberapa fitur utamanya adalah:
- presisi 24-bit untuk mendeteksi perubahan berat minimal.
- Amplifikasi sinyal terintegrasi dan terprogram (biasanya x128 atau x64).
- Dua saluran masukan analog independen.
- Antarmuka digital dengan 2 pin (Data Serial dan Jam Serial).
- Pemberian makan 2,6V hingga 5,5V, kompatibel dengan Arduino dan mikrokontroler lainnya.
- Konsumsi energi rendah.
Modul biasanya dilengkapi dengan dua baris pin: satu untuk menghubungkan ke sel beban dan satu untuk mikrokontroler.
Pin ini biasanya diberi label sebagai: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKKabel sel beban yang umum adalah:
- Merah: Eksitasi positif (E+ / VCC)
- Hitam: Eksitasi negatif (E- / GND)
- Putih: Keluaran negatif (A-)
- Hijau: Output positif (A+)
Jenis koneksi dan varian sel beban
Kabel sel beban standar terdiri dari empat kabel, meskipun warnanya dapat bervariasi tergantung pada produsennya. Beberapa versi yang murah atau daur ulang memiliki tiga kabel, sementara versi yang lebih canggih memiliki kabel kuning atau biru kelima untuk pelindung atau pentanahan.
Dalam proyek rumah, sel beban yang paling umum adalah 5kg atau 20kg, meskipun ada versi hingga 50 kg atau lebih untuk aplikasi industri.
Untuk menghubungkan beberapa sel, seperti pada timbangan kamar mandi, modul penggabung atau koneksi manual, yang memerlukan pengetahuan kelistrikan. Penting untuk memperhatikan arah panah pada sel untuk pengukuran yang benar, memastikan bahwa bagian tengah tetap bebas dan deformasi optimal.
Merakit timbangan digital: bahan dan koneksi
Untuk membangun a timbangan digital Dengan pengukur regangan dan HX711, Anda akan memerlukan:
- Sebuah mikrokontroler (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266, dll.).
- Setidaknya satu sel beban (1kg, 5kg, 20kg… sesuai kebutuhan).
- Modul HX711.
- Permukaan kaku untuk platform.
- Kabel, konektor dan sekrup.
Secara opsional, Anda dapat menambahkan:
- Layar LCD atau tampilan untuk menampilkan berat.
- Tombol untuk tara dan mode.
- Penopang atau pelat untuk struktur.
- Komponen konektivitas seperti WiFi atau Bluetooth dengan ESP8266/ESP32.
Koneksinya sederhana:
- Hubungkan kabel sel ke pin HX711: Merah ke E+, Hitam ke E-, Putih ke A-, Hijau ke A+.
- VCC dan GND dari HX711 ke 5V dan GND dari mikrokontroler.
- DT dan SCK dari HX711 ke pin digital (contoh 3 dan 2).
- Pasang sel pada struktur, pastikan hanya area tengah yang tetap bebas untuk pengukuran yang benar.
Pemrograman dengan Arduino dan kalibrasi skala
Untuk membaca data, Toko buku Bogde HX711, tersedia di Arduino IDE Library Manager. Beberapa fitur utamanya meliputi:
- mulai(pinData, pinClock): mulai modul.
- tugas: menetapkan bobot nol dalam fungsi tara.
- set_skala(skala): mendefinisikan faktor yang mengubah pembacaan menjadi satuan berat.
- baca() / baca_rata-rata(n): dapatkan pembacaan mentah atau rata-rata.
- dapatkan_nilai(n): mengembalikan pembacaan tanpa berat tara.
- dapatkan_unit(n): menawarkan berat yang disesuaikan dengan timbangan dan tara.
Kalibrasi terdiri dari penempatan beban yang diketahui, pembacaan dilakukan, dan faktor skala dihitung: skala = bacaan / berat aktualKemudian dimasukkan ke dalam kode untuk disesuaikan dengan pembacaan selanjutnya.
Disarankan untuk melakukan beberapa pengukuran dan menyesuaikan faktor skala pada monitor serial untuk memperoleh hasil yang akurat dan stabil.
Contoh program untuk timbangan digital dengan HX711 dan Arduino
Contoh sederhana yang menampilkan berat pada monitor serial adalah:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Ganti dengan nilai Anda sendiri byte pinData = 3; byte pinClk = 2; HX711 balance; void setup() { Serial.begin(9600); balance.begin(pinData, pinClk); balance.set_scale(CALIBRATION); balance.tare(); } void loop() { Serial.print("Berat saat ini: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
Sistem dapat ditingkatkan dengan menambahkan layar LCD, tombol, atau menyimpan skala dalam EEPROM untuk kalibrasi yang cepat dan akurat, sehingga menghasilkan pengalaman yang lebih profesional.
Kemungkinan masalah dan saran praktis
1. Variasi warna kawat: Periksa koneksi menggunakan lembar data atau dengan mengukur resistansi. Umumnya, pasangan dengan resistansi tertinggi sesuai dengan eksitasi (+/-).
2. Bacaan yang tidak koheren: Tukar kabel keluaran A+ dan A- jika pengukuran tampak terbalik atau tidak menentu.
3. Stabilitas mekanis: Pastikan Anda mengamankan sel dengan benar dan hanya bagian tengah struktur yang menopang beban untuk menghindari kesalahan.
4. Kebisingan dan gangguan: Gunakan kabel pendek dan terlindung jika memungkinkan, dan jauhkan sistem dari sumber kebisingan listrik.
5. Variasi suhu: Pengukur sensitif terhadap perubahan termal; jika memungkinkan, lakukan kalibrasi dalam kondisi stabil atau gunakan sel dengan 4 pengukur.
Perluasan dan kemungkinan penerapan sistem
Dengan sistem operasi Anda, Anda dapat menambahkan fitur:
- Menampilkan berat pada layar LCD.
- Tetapkan peringatan untuk batas berat.
- Hubungkan ke cloud melalui ESP8266/ESP32 untuk pemantauan jarak jauh.
- Gunakan dalam eksperimen, pengukuran bahan, otomatisasi, otomatisasi rumah, dll.
Integrasi HX711 memfasilitasi proyek pendidikan, kontrol inventaris, timbangan komersial, kontrol tabung gas, dan banyak lagi ide kreatif.
