Arduino Waagen bauen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Beim Restart Project in London veranstalten wir Reparaturveranstaltungen, bei denen die Öffentlichkeit eingeladen ist, alle Arten von elektrischen und elektronischen Geräten zur Reparatur mitzubringen, um sie vor der Deponierung zu bewahren. Vor einigen Monaten (bei einer Veranstaltung, an der ich nicht teilgenommen habe) brachte jemand eine defekte Küchenwaage, die niemand reparieren konnte.

Da ich noch nie eine digitale Waage ins Innere gesehen hatte und nicht wusste, wie sie funktioniert, nahm ich es als Herausforderung, sie zu erforschen und dabei zwei eigene Versionen zu bauen.

Wenn Sie Ihre eigenen Waagen bauen oder eine Wiegefunktion in ein größeres Projekt integrieren möchten, können Sie dieses Instructable als Grundlage verwenden, ganz nach Ihren Anforderungen, vom Wiegen von Bruchteilen eines Gramms bis hin zu vielen Kilogramm.

Daher konzentriere ich mich auf die Elektronik, die Software und die zugrunde liegenden Prinzipien. Wie Sie Ihr eigenes Projekt realisieren, liegt ganz bei Ihnen.

Ich zeige Ihnen auch, wie Sie sie kalibrieren, auch wenn Sie keine Standardgewichte haben.

Nachdem ich meine Recherchen durchgeführt und sie durch den Bau meiner eigenen Waagen validiert hatte, schrieb ich die Prinzipien von Waagen, einschließlich allem, was ich über die Fehlersuche ableiten konnte, im Restart Project Wiki auf. Geh und schau es dir an!

Schritt 1: Auswahl Ihrer Wägezellen

Alle digitalen Waagen sind entweder um eine 4-polige Wägezelle oder vier 3-polige Wägezellen herum aufgebaut. Welche Sie erhalten, hängt davon ab, welche Art von Skalen Sie herstellen möchten. Sie sind alle elektrisch kompatibel und relativ günstig, sodass Sie Ihre Meinung später ändern oder mit mehr als einem Typ experimentieren können.

Für Küchen- oder Postwaagen mit einer maximalen Belastung im Bereich von 100g bis 10kg erhalten Sie 4-polige Wägezellen bestehend aus einem Aluminiumstab. Dieser ist waagerecht montiert, an einem Ende abgestützt und am anderen die Wägeplattform abstützend. An ihm sind 4 Dehnungsmessstreifen angebracht. Ich erkläre in meinem Wiki-Artikel ausführlich, wie es funktioniert, also werde ich es hier nicht wiederholen.

Diese sind weniger geeignet für schwerere Lasten wie beispielsweise Personenwaagen, bei denen das volle Gewicht einer Person, die nicht unbedingt auf der Plattform zentriert ist, besser durch 4 Wägezellen unterstützt wird, die die 4 Ecken der Plattform stützen.

Hier sind vier 3-polige Wägezellen besser geeignet. Weit verbreitet sind Modelle mit einem Gewicht von jeweils 50 kg, die zusammen bis zu 200 kg wiegen.

Andere mit noch höheren Werten sind dafür ausgelegt, das zu messende Gewicht nach Art von Gepäckwaagen aufzuhängen

Schritt 2: Was Sie sonst noch brauchen

Zusätzlich zu Ihrer Wägezelle oder Wägezellen benötigen Sie:

• Ein Arduino. Sie können praktisch jeden Typ verwenden, den Sie mögen, aber ich habe den Nano verwendet, da er die USB-Schnittstelle eingebaut hat und immer noch nur ein paar Pfund kostet.
• Ein HX711-Modul. Dies kann mit Ihrer Wägezelle gebündelt sein, ist jedoch sehr günstig als separater Artikel von vielen Quellen erhältlich.
• Für das Prototyping, ein 400-Punkt-Steckbrett, Steckbrücken, Stift- und Buchsenleisten.

Sie benötigen auch Holz, Kunststoff, Schrauben, Kleber oder was auch immer Sie für Ihre spezielle Version des Projekts benötigen.

Schritt 3: Vorbereiten der Teile

Um das HX711-Modul auf dem Steckbrett zu verwenden, löten Sie einen 4 breiten Pinstrip auf die Schnittstellenpins (GND, DT, SCK, VCC) des HX711.

Zum einfachen An- und Abklemmen der Wägezelle (insbesondere beim Experimentieren mit mehr als einer Sorte) löten Sie eine 6-breite Stiftleiste an die analogen Pins. (Sie brauchen nur die Stifte E+, E-, A- und A+, aber ich habe trotzdem einen 6-breiten Streifen angebracht, falls ich mit den anderen beiden experimentieren wollte.)

Wenn Sie eine 4-Draht-Wägezelle verwenden, müssen Sie die 4 Leitungen von der Wägezelle auf eine 4 breite Stiftleiste löten. Die ersten beiden Pins sind E+ und E- und die anderen beiden A- und A+. Ich habe die Lötstellen mit PVC-Band überklebt, um sie zu schützen. Eine Markierung an einem Ende und eine entsprechende Markierung an der Stiftbuchse bedeuten, dass ich weiß, in welche Richtung ich sie anschließen muss, obwohl ich denke, dass dies keine Rolle spielt.

Verschiedene Wägezellen kodieren die Drähte unterschiedlich, aber es ist leicht zu erkennen, welche welche sind. Messen Sie mit einem Messgerät für einen Widerstandsbereich den Widerstand zwischen den einzelnen Adernpaaren. Es gibt 6 mögliche Paare von 4 Drähten, aber Sie erhalten nur 2 verschiedene Messwerte. Es wird 2 Paare geben, die 33% mehr lesen als die anderen 4, sagen wir 1.000Ω statt 750Ω. Eines dieser Paare ist E+ und E- und das andere ist A+ und A- (aber es spielt keine Rolle, welches).

Wenn alles funktioniert und die Waage ein negatives Gewicht anzeigt, wenn Sie etwas darauf legen, tauschen Sie E+ und E- aus. (Oder A+ und A- wenn es einfacher ist. Aber nicht beides!)

Schritt 4: Verwendung von 3-Draht-Wägezellen

Wenn Sie vier 3-Leiter-Wägezellen verwenden, müssen Sie diese mit einem Stück Stripboard zusammen verdrahten und die Anschlüsse E+, E-, A+ und A- aus der Kombination entnehmen.

Da sich Ihre Kabelfarben von meinen unterscheiden können, nennen wir die 3 Kabelfarben jeder Wägezelle A, B und C.

Messen Sie mit einem Messgerät für einen Widerstandsbereich den Widerstand zwischen den einzelnen Adernpaaren. Es gibt 3 mögliche Paare, aber Sie werden nur 2 verschiedene Messwerte messen. Identifizieren Sie das Paar, das zweimal eines der anderen beiden liest. Nennen Sie dieses Paar A und C. Dasjenige, das Sie weggelassen haben, ist B. (Der Widerstand zwischen B und entweder A oder C ist die Hälfte des Widerstands zwischen A und C.)

Einfach gesagt, Sie müssen die 4 Wägezellen in einem Quadrat verdrahten, wobei das A-Kabel jedes mit dem A-Kabel seines Nachbarn und das C-Kabel mit dem C-Kabel seines Nachbarn auf der anderen Seite verbunden sind. Die B-Drähte von zwei Wägezellen auf gegenüberliegenden Seiten des Quadrats sind E+ und E-, und die B-Drähte des anderen Paares sind A+ und A-

Schritt 5: Verdrahten des Steckbretts

Die Verdrahtung des Steckbretts ist sehr einfach und erfordert nur 4 Jumper. Die Fritzing-Bibliothek bot mir nur eine etwas andere Version des HX711-Moduls als meine, aber die Verkabelung ist die gleiche. Sie können dem Diagramm folgen oder, wenn Sie ein anderes Arduino verwenden, es wie in der folgenden Tabelle verdrahten:

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

Schritt 6: Montage der Wägezellen

Die Wägezelle des Typs Aluminiumstange hat zwei Gewindebohrungen an jedem Ende. Sie können es mit einem Paar auf einer geeigneten Basis mit einem Abstandshalter dazwischen montieren. Das andere Paar können Sie auf die gleiche Weise verwenden, um eine Wägeplattform wieder mit einem Distanzstück zu montieren. Nur für Versuchszwecke können Sie alle Stücke von Altholz oder Kunststoff verwenden, die Sie zur Hand haben, aber für ein poliertes Endprodukt sollten Sie mehr Sorgfalt aufwenden.

Die Montage der vier 3-Draht-Wägezellen erfolgt am einfachsten zwischen zwei Spanplatten. Ich benutzte einen Router, um 4 flache Vertiefungen in der Basis zu machen, um die vier Zellen positiv zu lokalisieren. In meinem Fall brauchten die Vertiefungen eine etwas tiefere zentrale Vertiefung, damit zwei Nieten auf der Unterseite nicht auf der Basis aufliegen.

Ich benutzte eine Heißklebepistole, um die Wägezellen auf der Basis zu halten und auch das Stripboard in der Mitte auf der Basis zu befestigen. Dann drückte ich die Wägeplattform fest darauf, so dass die Noppen auf den Oberseiten der Wägezellen leichte Eindrücke machten. Ich habe diese mit dem Router vertieft und überprüft, dass sie noch gut mit den Wägezellen ausgerichtet sind. Dann habe ich jede Vertiefung mit Schmelzkleber versehen und die Wägeplattform schnell auf die Wägezellen gedrückt, bevor der Kleber ausgehärtet ist.

Schritt 7: Programmierung des Arduino

Ich gehe davon aus, dass Sie die Arduino IDE auf Ihrem Computer installiert haben und wissen, wie man sie verwendet. Wenn nicht, schauen Sie sich eines der vielen Arduino-Tutorials an - das ist hier nicht mein Ziel.

Wählen Sie in den Dropdown-Menüs der IDE die Option Skizze – Bibliothek einschließen – Bibliotheken verwalten…

Geben Sie hx711 in das Suchfeld ein. Es sollte HX711-master finden. Klicken Sie auf Installieren.

Laden Sie die angehängte Datei HX711.ino Beispielskizze herunter. Öffnen Sie im Dropdown-Menü IDE-Datei die Datei, die Sie gerade heruntergeladen haben. Die IDE sagt, dass es sich in einem Ordner befinden muss - erlauben Sie es, es in einem Ordner abzulegen.

Kompilieren und laden Sie die Skizze hoch und klicken Sie dann auf den seriellen Monitor in der IDE.

Unten sehen Sie einige Beispielausgaben. In der Initialisierungsphase zeigt es durchschnittlich 20 Rohwerte vom HX711 an und setzt dann die Tara (d.h. den Nullpunkt). Danach gibt es einen einzigen Rohwert, durchschnittlich 20 und durchschnittlich 5 weniger Tara. Schließlich ein Durchschnitt von 5 weniger Tara und geteilt durch den Skalierungsfaktor, um einen kalibrierten Messwert in Gramm zu erhalten.

Für jeden Messwert gibt es den kalibrierten Durchschnitt von 20 und die Standardabweichung. Die Standardabweichung ist der Wertebereich, innerhalb dessen voraussichtlich 68 % aller Messwerte liegen. 95 % liegen innerhalb des doppelten Bereichs und 99,7 % innerhalb des dreifachen Bereichs. Er ist daher als Maß für den Bereich zufälliger Fehler im Ergebnis nützlich.

In diesem Beispiel habe ich nach dem ersten Lesen eine neue Pfundmünze auf die Plattform gelegt, die 8,75g wiegen sollte.

HX711 DemoInitialisieren der Waage Raw ave(20): 1400260 Nach dem Einrichten der Waage: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tara: 27.00 Calibrated ave(5): 0.0 Messwerte: Mean, Std Dev of 20 Messwerte: -0,001 0,027 Zeitaufwand: 1,850 Sek. Mittelwert, Std Dev von 20 Messwerten: 5,794 7,862 Zeitaufwand: 1,848 Sek. Mittelwert, Std Dev von 20 Messwerten: 8,766 0,022 Zeitaufwand: 1,848 Sek. Mittelwert, Std Dev von 20 Messwerten: 8,751 0,034 Zeitaufwand: 1,849 Sek. Mittelwert, Std Dev von 20 Messwerten: 8,746 0,026 Zeitaufwand: 1,848 Sek.

Schritt 8: Kalibrierung

Die Arduino-Skizze im vorherigen Schritt enthält zwei Kalibrierungswerte (oder Skalierungsfaktoren) in Bezug auf meine 1 kg und meinen Satz von vier 50 kg 3-Draht-Wägezellen. Diese befinden sich in den Zeilen 19 und 20. Sie müssen Ihre eigene Kalibrierung durchführen, beginnend mit einem beliebigen Kalibrierungswert wie 1 (in Zeile 21).

Ich hatte keine Standardgewichte, also habe ich für die 1-kg-Wägezelle eine neue 1-Pfund-Münze verwendet, die 8,75 g wiegt. Idealerweise verwenden Sie etwas, das mindestens ein Zehntel des Maximalgewichts der Waage wiegt.

Finden Sie etwas – alles – von ungefähr passendem Gewicht. Bringen Sie es zu Ihrem örtlichen Postamt, tun Sie so, als müssten Sie es aufgeben, legen Sie es dort auf die Waage und notieren Sie sich das Gewicht. Oder Sie könnten es zu einem Händler wie einem freundlichen lokalen Gemüsehändler bringen. Jeder seriöse Händler sollte seine Waagen regelmäßig kalibrieren lassen, um den Handelsstandards zu entsprechen.

Sie haben jetzt ein Objekt mit bekanntem Gewicht. Legen Sie es auf Ihre Waage und notieren Sie den Messwert. Multiplizieren Sie Ihren aktuellen Skalierungsfaktor mit dem erhaltenen Messwert und dividieren Sie das Ergebnis durch das, was der Messwert hätte sein sollen, sei es in Gramm, Kilogramm, Pfund, Mikroelefanten oder anderen Einheiten, die Sie wählen. Das Ergebnis ist Ihr neuer Skalierungsfaktor. Versuchen Sie Ihr bekanntes Gewicht erneut und wiederholen Sie ggf. den Vorgang.