Πώς να φτιάξετε ζυγαριά Arduino: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Στο Restart Project στο Λονδίνο πραγματοποιούμε εκδηλώσεις επισκευής όπου το κοινό καλείται να φέρει όλα τα είδη ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών ειδών προς επισκευή, ώστε να τα σώσει από την υγειονομική ταφή. Πριν από μερικούς μήνες (σε μια εκδήλωση στην οποία δεν ήμουν στην πραγματικότητα) κάποιος έφερε κάποια ελαττωματική ζυγαριά κουζίνας την οποία κανείς δεν μπορούσε να διορθώσει.

Ποτέ μην έβλεπα ψηφιακές ζυγαριές και δεν ήξερα πώς λειτουργούν, το πήρα ως πρόκληση να τις ερευνήσω, στην πορεία, δημιουργώντας δύο δικές μου εκδόσεις.

Εάν επιθυμείτε να φτιάξετε τη δική σας ζυγαριά ή να ενσωματώσετε μια λειτουργία ζύγισης σε ένα ευρύτερο έργο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το Instructable ως βάση, ανεξάρτητα από τις απαιτήσεις σας, από ζυγίζοντας κλάσματα ενός γραμμαρίου έως πολλά κιλά.

Ως εκ τούτου, θα επικεντρωθώ στα ηλεκτρονικά, το λογισμικό και τις βασικές αρχές. Το πώς θα συνειδητοποιήσετε το δικό σας έργο εξαρτάται από εσάς.

Θα σας δείξω επίσης πώς να τις βαθμονομήσετε, ακόμα κι αν δεν έχετε τυπικά βάρη.

Έχοντας πραγματοποιήσει την έρευνά μου και έχοντας επικυρώσει τη δημιουργία της δικής μου ζυγαριάς, έγραψα τις αρχές της ζυγαριάς, συμπεριλαμβανομένων όσων θα μπορούσα να συμπεράνω σχετικά με την ανίχνευση βλαβών, στο Wiki του προγράμματος επανεκκίνησης. Πηγαίνετε και ρίξτε μια ματιά!

Βήμα 1: Επιλέγοντας τα κύτταρα φορτίου σας

Όλες οι ψηφιακές ζυγαριές ζυγίσματος είναι χτισμένες είτε γύρω από μια τελική κυψέλη φορτίου 4 είτε από τέσσερις τερματικές κυψέλες φορτίου. Το τι θα πάρετε εξαρτάται από το είδος των ζυγών που θέλετε να φτιάξετε. Είναι όλα ηλεκτρικά συμβατά και αρκετά φθηνά, ώστε να μπορείτε να αλλάξετε γνώμη αργότερα ή να πάρετε περισσότερους από έναν τύπους για να πειραματιστείτε.

Για ζυγαριές κουζίνας ή ταχυδρομείου με μέγιστο φορτίο στην περιοχή 100g έως 10kg, μπορείτε να πάρετε 4 τελικές κυψέλες φορτίου που αποτελούνται από μια ράβδο αλουμινίου. Τοποθετείται οριζόντια, στηρίζεται στο ένα άκρο και στηρίζει την πλατφόρμα ζύγισης στο άλλο. Διαθέτει 4 μετρητές καταπόνησης. Εξηγώ πλήρως πώς λειτουργεί στο άρθρο μου στο wiki, οπότε δεν θα το επαναλάβω εδώ.

Αυτά είναι λιγότερο κατάλληλα για βαρύτερα φορτία, όπως ζυγαριές μπάνιου, όπου το πλήρες βάρος ενός ατόμου, όχι απαραίτητα κεντραρισμένο στην πλατφόρμα, υποστηρίζεται καλύτερα από 4 κύτταρα φορτίου που υποστηρίζουν τις 4 γωνίες της πλατφόρμας.

Αυτό είναι όπου τέσσερα 3 τερματικά κύτταρα φορτίου είναι πιο κατάλληλα. Διατίθενται ευρέως αυτά που έχουν βαθμολογία 50 κιλά το καθένα, τα οποία μαζί θα ζυγίζουν έως και 200 κιλά.

Άλλα με ακόμη υψηλότερη βαθμολογία έχουν σχεδιαστεί για να αναστέλλουν το βάρος που θα μετρηθεί μετά τη μόδα των ζυγών αποσκευών

Βήμα 2: Τι άλλο χρειάζεστε

Εκτός από το κελί φόρτωσης ή τα κελιά φορτίου, θα χρειαστείτε:

• Ένα Arduino. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σχεδόν οποιονδήποτε τύπο που σας αρέσει, αλλά εγώ χρησιμοποίησα το Nano καθώς έχει ενσωματωμένη τη διεπαφή USB και εξακολουθεί να κοστίζει μόνο μερικά κιλά.
• Μια μονάδα HX711. Αυτό μπορεί να συνοδεύεται από την κυψέλη φόρτωσης, αλλά διατίθεται πολύ φθηνά ως ξεχωριστό στοιχείο από πολλές πηγές.
• Για τη δημιουργία πρωτοτύπων, ένα breadboard 400 σημείων, καλώδια για βραχυκυκλωτήρες, λωρίδες καρφίτσας και πρίζας.

Θα χρειαστείτε επίσης ξύλο, πλαστικό, βίδες, κόλλα ή οτιδήποτε χρειάζεστε για τη συγκεκριμένη έκδοση του έργου σας.

Βήμα 3: Προετοιμασία των εξαρτημάτων

Για να χρησιμοποιήσετε τη μονάδα HX711 στο breadboard, συγκολλήστε ένα pinstrip 4 πλάτους στις ακίδες διεπαφής (GND, DT, SCK, VCC) του HX711.

Για εύκολη σύνδεση και αποσύνδεση της κυψέλης φορτίου (ειδικά εάν πειραματίζεστε με περισσότερους από έναν τύπους) συγκολλήστε μια λωρίδα υποδοχής πείρου 6 πλάτους στις αναλογικές ακίδες. (Χρειάζεστε μόνο τις καρφίτσες E+, E-, A- και A+ αλλά τοποθέτησα μια λωρίδα 6 πλάτων ούτως ή άλλως σε περίπτωση που ήθελα να πειραματιστώ με τις άλλες δύο.)

Εάν χρησιμοποιείτε κυψέλη φορτίου 4 καλωδίων, θα πρέπει στη συνέχεια να κολλήσετε τα 4 καλώδια από την κυψέλη φορτίου σε μια λωρίδα ακίδων 4 πλάτους. Οι δύο πρώτες ακίδες θα είναι Ε+ και Ε- και οι άλλες δύο Α- και Α+. Κολλήσα τις κολλήσεις με ταινία PVC για να τις προστατέψω. Ένα σημάδι στο ένα άκρο και ένα αντίστοιχο σημάδι στην υποδοχή του πείρου σημαίνει ότι ξέρω με ποιον τρόπο θα το συνδέσω, αν και δεν νομίζω ότι έχει σημασία.

Τα διαφορετικά κελιά φορτίου χρωματίζουν διαφορετικά τα καλώδια, αλλά είναι εύκολο να ξεχωρίσουμε ποιο είναι ποιο. Με έναν μετρητή δοκιμής σε ένα εύρος αντίστασης, μετρήστε την αντίσταση μεταξύ κάθε ζεύγους καλωδίων. Υπάρχουν 6 πιθανά ζεύγη 4 καλωδίων, αλλά θα λάβετε μόνο 2 διαφορετικές ενδείξεις. Θα υπάρχουν 2 ζεύγη που διαβάζουν 33% περισσότερο από τα άλλα 4, ας πούμε, 1, 000Ω αντί για 750Ω. Ένα από αυτά τα ζεύγη είναι E+ και E- και το άλλο είναι A+ και A- (αλλά δεν έχει σημασία ποιο).

Μόλις λειτουργήσουν όλα, εάν η κλίμακα διαβάσει αρνητικό βάρος όταν βάζετε κάτι σε αυτήν, αλλάξτε E+ και E-. (A A+ και A- αν είναι πιο εύκολο. Αλλά όχι και τα δύο!)

Βήμα 4: Πώς να χρησιμοποιήσετε κυψέλες φορτίου 3 συρμάτων

Εάν χρησιμοποιείτε τέσσερις κυψέλες φορτίου 3 συρμάτων, θα πρέπει να μας τις συνδέσετε μαζί με ένα κομμάτι λωρίδας και να πάρετε τις συνδέσεις E+, E-, A+ και A- από το συνδυασμό.

Δεδομένου ότι τα χρώματα των καλωδίων σας μπορεί να είναι διαφορετικά από τα δικά μου, ας ονομάσουμε τα 3 χρώματα σύρματος κάθε κυψέλης φορτίου Α, Β και Γ.

Με ένα μετρητή δοκιμής σε ένα εύρος αντίστασης, μετρήστε την αντίσταση μεταξύ κάθε ζεύγους καλωδίων. Υπάρχουν 3 πιθανά ζεύγη, αλλά θα μετρήσετε μόνο 2 διαφορετικές ενδείξεις. Προσδιορίστε το ζεύγος που διαβάζει δύο φορές οποιοδήποτε από τα άλλα δύο. Καλέστε αυτό το ζεύγος Α και Γ. Αυτό που αφήσατε έξω είναι το Β. (Η αντίσταση μεταξύ Β και Α ή Γ είναι η μισή αντίσταση μεταξύ Α και Γ.)

Με απλά λόγια, πρέπει να συνδέσετε τις 4 κυψέλες φορτίου σε ένα τετράγωνο, με το σύρμα Α του καθενός συνδεδεμένο με το καλώδιο Α του γείτονά του και το σύρμα C με το καλώδιο C του γείτονα από την άλλη πλευρά. Τα σύρματα Β δύο κυψελών φορτίου στις αντίθετες πλευρές του τετραγώνου είναι Ε+ και Ε- και τα σύρματα Β του άλλου ζεύγους είναι Α+ και Α-

Βήμα 5: Καλωδίωση του Breadboard

Η καλωδίωση της σανίδας είναι πολύ απλή, χρειάζονται μόνο 4 άλτες. Η βιβλιοθήκη Fritzing μου προσέφερε μόνο μια ελαφρώς διαφορετική έκδοση της μονάδας HX711 από τη δική μου, αλλά η καλωδίωση είναι η ίδια. Μπορείτε να ακολουθήσετε το διάγραμμα ή εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό Arduino, συνδέστε το όπως στον παρακάτω πίνακα:

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

Βήμα 6: Τοποθέτηση κυψελών φορτίου

Ο τύπος ράβδου αλουμινίου της κυψέλης φορτίου έχει δύο οπές με σπείρωμα σε κάθε άκρο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα ζευγάρι για να το τοποθετήσετε σε κατάλληλη βάση με ενδιάμεσο αποστάτη. Το άλλο ζεύγος που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε με τον ίδιο τρόπο για να τοποθετήσετε μια πλατφόρμα ζύγισης, ξανά, με ένα διαχωριστικό. Για πειραματικούς σκοπούς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ό, τι κομμάτια παλιοσίδερα ή πλαστικό έχετε στο χέρι, αλλά για ένα γυαλισμένο τελικό προϊόν θα θέλετε να προσέχετε περισσότερο.

Ο ευκολότερος τρόπος τοποθέτησης των τεσσάρων κυψελών φορτίου 3 συρμάτων είναι μεταξύ δύο τεμαχίων μοριοσανίδων. Χρησιμοποίησα έναν δρομολογητή για να κάνω 4 ρηχές εσοχές στη βάση, ώστε να εντοπίσω θετικά τα τέσσερα κελιά. Στην περίπτωσή μου, οι εσοχές χρειάζονταν ένα ελαφρώς βαθύτερο κεντρικό πηγάδι, έτσι ώστε δύο πριτσίνια στο κάτω μέρος να μην ακουμπούν στη βάση.

Χρησιμοποίησα ένα πιστόλι κόλλας θερμής τήξης για να συγκρατήσω τις κυψέλες φόρτωσης στη βάση και επίσης να στερεώσω την πλάκα λωρίδας στη βάση στη μέση. Στη συνέχεια πίεσα την πλατφόρμα ζύγισης δυνατά πάνω τους, έτσι ώστε τα σπυράκια στις κορυφές των κυψελών φορτίου να κάνουν μικρές εσοχές. Τα εμβάθυνα με το δρομολογητή και έλεγξα ότι εξακολουθούν να ευθυγραμμίζονται όμορφα με τις κυψέλες φορτίου. Έβαλα έπειτα κόλλα θερμής τήξης πάνω και γύρω από κάθε εσοχή και πίεσα γρήγορα την πλατφόρμα ζύγισης πάνω στις κυψέλες φορτίου πριν σκληρύνει η κόλλα.

Βήμα 7: Προγραμματισμός του Arduino

Υποθέτω ότι έχετε το Arduino IDE εγκατεστημένο στον υπολογιστή σας και γνωρίζετε πώς να το χρησιμοποιήσετε. Εάν όχι, ελέγξτε ένα από τα πολλά μαθήματα Arduino - αυτός δεν είναι ο σκοπός μου εδώ.

Από τα αναπτυσσόμενα μενού IDE, επιλέξτε Sketch - Include Library - Manage Libraries…

Πληκτρολογήστε hx711 στο πλαίσιο αναζήτησης. Θα πρέπει να βρει το HX711-master. Κάντε κλικ στην επιλογή Εγκατάσταση.

Κατεβάστε το συνημμένο αρχείο HX711.ino παράδειγμα σκίτσο. Από το αναπτυσσόμενο μενού IDE File, ανοίξτε το αρχείο που μόλις κατεβάσατε. Το IDE θα πει ότι πρέπει να βρίσκεται σε ένα φάκελο - επιτρέψτε του να το τοποθετήσει σε ένα.

Συγκεντρώστε και ανεβάστε το σκίτσο και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στην σειριακή οθόνη στο IDE.

Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα εξόδου. Στη φάση της προετοιμασίας εμφανίζει κατά μέσο όρο 20 αναγνώσεις από το HX711 και στη συνέχεια ορίζει το απόβαρο (δηλαδή το σημείο μηδέν). Μετά από αυτό δίνει μια μόνο ακατέργαστη ανάγνωση, κατά μέσο όρο 20 και κατά μέσο όρο 5 λιγότερα το απόβαρο. Τέλος, κατά μέσο όρο 5 λιγότερο το απόβαρο και διαιρείται με τον συντελεστή κλίμακας για να δώσει μια βαθμονομημένη ένδειξη σε γραμμάρια.

Για κάθε ένδειξη δίνει τον βαθμονομημένο μέσο όρο 20 και την τυπική απόκλιση. Η τυπική απόκλιση είναι η μανία των τιμών μέσα στην οποία αναμένεται να βρίσκεται το 68% όλων των μετρήσεων. Το 95% θα είναι διπλάσιο από αυτό το εύρος και το 99,7% εντός του τριπλάσιου εύρους. Ως εκ τούτου, είναι χρήσιμο ως μέτρο του εύρους τυχαίων σφαλμάτων στο αποτέλεσμα.

Σε αυτό το παράδειγμα, μετά την πρώτη ανάγνωση τοποθέτησα ένα νέο νόμισμα λίρας στην πλατφόρμα, το οποίο θα πρέπει να ζυγίζει 8,75g.

HX711 Επίδειξη Αρχικοποίησης της κλίμακας Raw ave (20): 1400260 Μετά τη ρύθμιση της κλίμακας: Raw: 1400215 Raw ave (20): 1400230 Raw ave (5) - tare: 27.00 Calibrated ave (5): 0.0 Αναγνώσεις: Mean, Std Dev of 20 αναγνώσεις: -0,001 0,027 Χρόνος που απαιτείται: 1,850Secs Μέσος όρος, Std Dev 20 μετρήσεων: 5,794 7,862 Χρόνος που χρειάστηκε: 1,848Secs Μέσος όρος, Std Dev 20 αναγνώσεις: 8,766 0,022 Χρόνος λήψης: 1,848Secs Mean, Std Dev των 20 μετρήσεων: 8,751 0,034 Χρόνος που χρειάστηκε: 1.849 Μέσος όρος δευτερολέπτου, Std Dev από 20 αναγνώσεις: 8.746 0.026 Χρόνος που χρειάστηκε: 1.848 δευτερόλεπτα

Βήμα 8: Βαθμονόμηση

Το σκίτσο του Arduino στο προηγούμενο βήμα περιέχει δύο τιμές βαθμονόμησης (ή συντελεστές κλίμακας) που σχετίζονται με το 1 κιλό μου και το σύνολο των τεσσάρων κυψελίδων φορτίου 3-καλωδίων των 50 κιλών. Αυτές είναι στις γραμμές 19 και 20. Θα χρειαστεί να εκτελέσετε τη δική σας βαθμονόμηση, ξεκινώντας από οποιαδήποτε τιμή αυθαίρετης βαθμονόμησης, όπως 1 (στη γραμμή 21).

Δεν είχα τυπικά βάρη, οπότε για την κυψέλη φορτίου 1kg χρησιμοποίησα ένα νέο νόμισμα £ 1, το οποίο ζυγίζει 8,75g. Ιδανικά θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε κάτι που ζυγίζει τουλάχιστον το ένα δέκατο του μέγιστου της κλίμακας.

Βρείτε κάτι - οτιδήποτε - περίπου κατάλληλου βάρους. Πάρτε το στο ταχυδρομείο της περιοχής σας, προσποιηθείτε ότι πρέπει να το δημοσιεύσετε και βάλτε το στη ζυγαριά εκεί και σημειώστε προσεκτικά το βάρος. Or θα μπορούσατε να το πάρετε σε έναν έμπορο, όπως έναν φιλικό τοπικό μανάβη. Κάθε αξιόπιστος έμπορος θα πρέπει να βαθμονομείται τακτικά στις ζυγαριές του για να συμμορφώνεται με τα πρότυπα συναλλαγών.

Τώρα έχετε ένα αντικείμενο γνωστού βάρους. Τοποθετήστε το στη ζυγαριά σας και σημειώστε την ανάγνωση. Πολλαπλασιάστε τον τρέχοντα συντελεστή κλίμακας με την ανάγνωση που πήρατε και διαιρέστε το αποτέλεσμα με αυτό που θα έπρεπε να ήταν, είτε σε γραμμάρια, χιλιόγραμμα, λίβρες, μικρο-ελέφαντες ή όποιες μονάδες επιλέξετε. Το αποτέλεσμα είναι ο νέος συντελεστής κλίμακας. Δοκιμάστε ξανά το δικό σας βάρος και, εάν είναι απαραίτητο, επαναλάβετε τη διαδικασία.