Cómo construir básculas de pesaje Arduino: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

En el Restart Project en Londres llevamos a cabo eventos de reparación donde se invita al público a traer todo tipo de artículos eléctricos y electrónicos para su reparación, a fin de salvarlos del vertedero. Hace unos meses (en un evento al que en realidad no asistí) alguien trajo una balanza de cocina defectuosa que nadie pudo arreglar.

Nunca habiendo visto dentro de ninguna balanza de pesaje digital y sin saber cómo funcionan, tomé como un desafío investigarlas, en el proceso, construyendo dos versiones de la mía.

Si desea construir sus propias balanzas o incorporar una función de pesaje en un proyecto más amplio, puede utilizar este Instructable como base, sean cuales sean sus necesidades, desde pesar fracciones de gramo hasta muchos kilogramos.

Por lo tanto, me concentraré en la electrónica, el software y los principios subyacentes. Cómo te das cuenta de tu propio proyecto depende completamente de ti.

También le mostraré cómo calibrarlos, incluso si no tiene pesos estándar.

Después de haber hecho mi investigación y haberla validado construyendo mis propias básculas, escribí los principios de las básculas de pesaje, incluido todo lo que pude deducir sobre la detección de fallas, en el Reinicio del Proyecto Wiki. ¡Ve y echa un vistazo!

Paso 1: elegir sus celdas de carga

Todas las básculas de pesaje digitales están construidas alrededor de una celda de carga de 4 terminales o cuatro celdas de carga de 3 terminales. Cuál obtener depende del tipo de escalas que desee hacer. Todos son compatibles eléctricamente y bastante baratos, por lo que puede cambiar de opinión más tarde u obtener más de un tipo para experimentar.

Para básculas de cocina o postales con una carga máxima en el rango de 100 ga 10 kg, puede obtener celdas de carga de 4 terminales que consisten en una barra de aluminio. Este se monta horizontalmente, se apoya en un extremo y sostiene la plataforma de pesaje en el otro. Tiene 4 galgas extensiométricas adjuntas. Explico completamente cómo funciona en mi artículo de wiki, así que no lo repetiré aquí.

Estos son menos adecuados para cargas más pesadas, como básculas de baño, donde el peso total de una persona, no necesariamente centrado en la plataforma, está mejor soportado por 4 celdas de carga que sostienen las 4 esquinas de la plataforma.

Aquí es donde cuatro celdas de carga de 3 terminales son más adecuadas. Los que pesan 50 kg cada uno están ampliamente disponibles, y juntos pesarán hasta 200 kg.

Otros con calificaciones aún más altas están diseñados para suspender el peso que se medirá al estilo de las básculas de equipaje.

Paso 2: ¿Qué más necesitas?

Además de su celda de carga o celdas de carga, necesitará:

• Un Arduino. Puede usar prácticamente cualquier tipo que desee, pero yo usé el Nano ya que tiene la interfaz USB incorporada y solo cuesta unas pocas libras.
• Un módulo HX711. Esto puede venir incluido con su celda de carga, pero está disponible a muy bajo costo como un artículo separado de muchas fuentes.
• Para la creación de prototipos, una placa de prueba de 400 puntos, cables de puente, tiras de clavijas y enchufes.

También necesitará madera, plástico, tornillos, pegamento o lo que necesite para su versión particular del proyecto.

Paso 3: preparación de las piezas

Para usar el módulo HX711 en la placa de prueba, suelde una tira de alfileres de 4 anchos a los pines de la interfaz (GND, DT, SCK, VCC) del HX711.

Para una fácil conexión y desconexión de la celda de carga (especialmente si está experimentando con más de un tipo) suelde una regleta de conectores de 6 pines de ancho a los pines analógicos. (Solo necesita los pines E +, E-, A- y A +, pero de todos modos instalé una tira de 6 de ancho en caso de que quisiera experimentar con los otros dos).

Si está utilizando una celda de carga de 4 cables, deberá soldar los 4 cables de la celda de carga a una tira de clavijas de 4 de ancho. Los dos primeros pines serán E + y E- y los otros dos A- y A +. Pegué las uniones soldadas con cinta de PVC para protegerlas. Una marca en un extremo y una marca correspondiente en el conector del pin significa que sé en qué dirección conectarlo, aunque no creo que importe.

Las diferentes celdas de carga codifican con colores los cables de manera diferente, pero es fácil saber cuál es cuál. Con un medidor de prueba en un rango de resistencia, mida la resistencia entre cada par de cables. Hay 6 pares posibles de 4 cables, pero solo obtendrá 2 lecturas diferentes. Habrá 2 pares que leerán un 33% más que los otros 4, digamos 1, 000Ω en lugar de 750Ω. Uno de esos pares es E + y E- y el otro es A + y A- (pero no importa cuál).

Una vez que tenga todo funcionando, si la báscula lee un peso negativo cuando le pone algo, cambie E + y E-. (O A + y A- si es más fácil. ¡Pero no ambos!)

Paso 4: Cómo usar celdas de carga de 3 cables

Si está utilizando cuatro celdas de carga de 3 cables, tendrá que cablearlas con un trozo de placa y tomar las conexiones E +, E-, A + y A- de la combinación.

Dado que los colores de los cables suyos pueden ser diferentes a los míos, llamemos A, B y C a los 3 colores de los cables de cada celda de carga.

Con un medidor de prueba en un rango de resistencia, mida la resistencia entre cada par de cables. Hay 3 pares posibles, pero solo medirá 2 lecturas diferentes. Identifique el par que lee dos veces cualquiera de los otros dos. Llame a este par A y C. El que dejó fuera es B. (La resistencia entre B y A o C es la mitad de la resistencia entre A y C.)

En pocas palabras, debe cablear las 4 celdas de carga en un cuadrado, con el cable A de cada uno conectado al cable A de su vecino y el cable C al cable C de su vecino del otro lado. Los cables B de dos celdas de carga en lados opuestos del cuadrado son E + y E-, y los cables B del otro par son A + y A-

Paso 5: cableado de la placa de pruebas

El cableado de la placa de pruebas es muy sencillo y solo necesita 4 puentes. La biblioteca de Fritzing solo me ofreció una versión ligeramente diferente del módulo HX711 del mío, pero el cableado es el mismo. Puede seguir el diagrama, o si está usando un Arduino diferente, conéctelo como en la tabla a continuación:

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

Paso 6: Montaje de las celdas de carga

El tipo de celda de carga de barra de aluminio tiene dos orificios roscados en cada extremo. Puede usar un par para montarlo en una base adecuada con un espaciador en el medio. El otro par se puede utilizar de la misma forma para montar una plataforma de pesaje, nuevamente, con un espaciador. Solo con fines experimentales, puede usar cualquier trozo de madera o plástico de desecho que tenga a mano, pero para un producto final pulido, querrá tener más cuidado.

La forma más sencilla de montar las cuatro celdas de carga de 3 cables es entre dos piezas de aglomerado. Usé un enrutador para hacer 4 hendiduras poco profundas en la base para ubicar positivamente las cuatro celdas. En mi caso, las hendiduras necesitaban un pozo central un poco más profundo para que dos remaches en la parte inferior no descansaran sobre la base.

Utilicé una pistola de pegamento termofusible para mantener las celdas de carga en su lugar en la base y también para fijar la placa en la base en el medio. Luego presioné la plataforma de pesaje con fuerza sobre ellos para que las espinillas en la parte superior de las celdas de carga hicieran pequeñas hendiduras. Los profundicé con el enrutador y verifiqué que aún estaban bien alineados con las celdas de carga. Luego puse pegamento termofusible sobre y alrededor de cada hendidura y presioné rápidamente la plataforma de pesaje sobre las celdas de carga antes de que el pegamento se endureciera.

Paso 7: Programando el Arduino

Supongo que tiene el IDE de Arduino instalado en su computadora y sabe cómo usarlo. Si no es así, consulte uno de los muchos tutoriales de Arduino, ese no es mi propósito aquí.

En los menús desplegables del IDE, seleccione Sketch - Incluir biblioteca - Administrar bibliotecas …

Escriba hx711 en el cuadro de búsqueda. Debería encontrar HX711-master. Haga clic en Instalar.

Descargue el boceto de ejemplo del archivo adjunto HX711.ino. En el menú desplegable Archivo IDE, abra el archivo que acaba de descargar. El IDE dirá que debe estar en una carpeta; permítale ponerlo en una.

Compile y cargue el boceto, luego haga clic en el Monitor serial en el IDE.

A continuación se muestra un resultado de ejemplo. En la fase de inicialización, muestra un promedio de 20 lecturas sin procesar del HX711, luego establece la tara (es decir, el punto cero). Después de esto, da una sola lectura bruta, una media de 20 y una media de 5 menos la tara. Finalmente, un promedio de 5 menos la tara y dividido por el factor de escala para dar una lectura calibrada en gramos.

Para cada lectura da el promedio calibrado de 20 y la desviación estándar. La desviación estándar es el rango de valores dentro de los cuales se espera que se encuentre el 68% de todas las mediciones. El 95% estará dentro del doble de este rango y el 99,7% dentro del triple del rango, por lo que es útil como medida del rango de errores aleatorios en el resultado.

En este ejemplo, después de la primera lectura, coloqué una nueva moneda de una libra en la plataforma, que debería pesar 8,75 g.

HX711 Demostración Inicializando la escala Raw ave (20): 1400260 Después de configurar la báscula: Raw: 1400215 Raw ave (20): 1400230 Raw ave (5) - tara: 27.00 Calibrated ave (5): 0.0 Lecturas: Media, Std Dev of 20 lecturas: -0.001 0.027 Tiempo tomado: 1.850 segundos Media, Desv. Estándar de 20 lecturas: 5.794 7.862 Tiempo tomado: 1.848 Seg. Promedio, Desv. Estándar de 20 lecturas: 8.766 0.022 Tiempo tomado: 1.848 Seg. Promedio, Desv. Estándar de 20 lecturas: 8.751 0.034 Tiempo tomado: 1.849 Segundos Media, Desv. Estándar de 20 lecturas: 8.746 0.026 Tiempo tomado: 1.848 Segundos

Paso 8: Calibración

El boceto de Arduino en el paso anterior contiene dos valores de calibración (o factores de escala) relacionados con mi 1 kg y mi conjunto de cuatro celdas de carga de 3 cables de 50 kg. Están en las líneas 19 y 20. Deberá realizar su propia calibración, comenzando con cualquier valor de calibración arbitrario como 1 (en la línea 21).

No tenía ningún peso estándar, por lo que para la celda de carga de 1 kg utilicé una nueva moneda de £ 1, que pesa 8,75 g. Idealmente, debería usar algo que pese al menos una décima parte del máximo de la báscula.

Encuentre algo, cualquier cosa, de un peso más o menos adecuado. Llévelo a la oficina de correos local, finja que necesita publicarlo, colóquelo en la balanza allí y anote cuidadosamente el peso. O puede llevarlo a un comerciante como un verdulero local amigable. Cualquier comerciante de renombre debe calibrar sus balanzas con regularidad para cumplir con los estándares comerciales.

Ahora tiene un objeto de peso conocido. Colóquelo en su balanza y anote la lectura. Multiplique su factor de escala actual por la lectura que obtuvo y divida el resultado por lo que debería haber sido la lectura, ya sea en gramos, kilogramos, libras, microelefantes o las unidades que elija. El resultado es su nuevo factor de escala. Vuelva a probar su peso conocido y, si es necesario, repita el proceso.