Nabídka obsahu
● Porozumění senzorům síly
>> Typy senzorů síly
>> Klíčové úvahy při výběru senzoru síly
● Použití napínacích buněk s Arduinem
>> Požadované komponenty
>> Zapojení zatížení do zesilovače HX711
>> Připojení zesilovače HX711 s Arduinem
>> Kód Arduino pro čtení zatížení
>> Kalibrace zatížení
>> Odstraňování problémů s běžnými problémy
● Praktické aplikace
>> Digitální měřítko
>> Robotická paže
>> Testování materiálů
● Výhody používání Arduino
● Závěr
● FAQ
>> 1. Co je to rezistor citlivý na sílu (FSR) a jak funguje s Arduinem?
>> 2. Jaké jsou výhody a nevýhody použití zatížení buňky pro měření síly ve srovnání s FSR?
>> 3. Jak mohu kalibrovat zatížení připojenou k arduino?
>> 4. Jaká je role zesilovače HX711 při použití zatížení buňky s arduino?
>> 5. Mohu použít více senzorů síly s jediným arduinem?
● Citace:
Měření síly je základním požadavkem v mnoha inženýrských a fandových projektech. Ať už stavíte digitální měřítko, robotickou rameno nebo soupravu pro testování materiálů, je zásadní přesně snímací síla. Jedno všestranné a nákladově efektivní řešení zahrnuje použití zařízení napětí senzoru s mikrokontrolérem Arduino. Tento článek vás provede procesem používání a Napínací buňka zatížení s arduino pro měření síly, pokrytí nastavení hardwaru, programování, kalibraci a praktické aplikace.
Porozumění senzorům síly
Než se ponoříte do specifik používání napětí senzoru s arduinem, je nezbytné porozumět typům dostupných typů silových senzorů a jejich principům provozu. Senzory síly, také známé jako síly převodníky, přeměňují mechanickou sílu na elektrický signál, který lze měřit a interpretovat mikrokontrolérem jako Arduino.
Typy senzorů síly
1. Force citlivé rezistory (FSRS):
- FSR jsou variabilní rezistory, jejichž odpor se mění s aplikovanou silou [1]. Jsou jednoduché na použití, ale obecně méně přesné a náchylnější k driftu než jiné typy senzorů sil [2].
- Aplikace: Měření kvalitativní síly, jako je detekce tisku nebo dotyku [1].
- Výhody: nízké náklady, snadné použití [1].
- Nevýhody: nelineární reakce, citlivost na distribuci síly, méně přesné [2].
2. Zatížení buněk:
- Zatížení buněk měří sílu detekcí deformace mechanické struktury při zatížení [7]. Obvykle používají deformace měřiče uspořádané v konfiguraci můstku pšeničného kamene k měření této deformace [7].
- Aplikace: Přesná měření hmotnosti a síly, digitální měřítka, testování materiálů [9].
- Výhody: Vysoká přesnost, lineární odezva, robustní [9].
- Nevýhody: Složitější obvody, vyšší náklady [7].
3. Měřiče deformace:
- Měřiče deformace jsou malé rezistory, které mění odpor, když jsou podrobeny mechanickému napětí [7]. Často jsou spojeny se strukturou pro měření její deformace při zatížení [5] [7].
- Aplikace: Měření napětí a napětí ve strukturách, měření síly v kontrolních tyčích [5].
- Výhody: Vysokou citlivost, lze aplikovat na různé povrchy [7].
- Nevýhody: Vyžadují stabilní zesilovače napájení a přístroje, citlivé na změny teploty [5].
Klíčové úvahy při výběru senzoru síly
- Přesnost: Určete požadovanou přesnost pro vaši aplikaci. Zatížení buněk a deformace obecně nabízejí vyšší přesnost než FSRS [9].
- Rozsah síly: Vyberte senzor s rozsahem síly, který odpovídá očekávaným silám ve vaší aplikaci [9].
- Citlivost: Zvažte citlivost senzoru, která určuje změnu výstupního signálu pro danou změnu v síle [9].
- Podmínky prostředí: Zajistěte, aby senzor mohl spolehlivě fungovat v očekávané teplotě, vlhkosti a dalších podmínkách prostředí [5].
- Náklady: Zůstaňte požadavky na výkon s rozpočtovým omezením vašeho projektu.
Použití napínacích buněk s Arduinem
Napínací zatížení buňky jsou speciálně navrženy pro měření tahových sil. Jsou ideální pro aplikace, kde musíte měřit, kolik je něco taženo. Zde je návod, jak je efektivně používat s Arduinem.
Požadované komponenty
- Napínací zatížení buňky: Vyberte zatížení s vhodným rozsahem síly a možnosti montáže pro váš projekt [9].
- zesilovač HX711: HX711 je specializovaný zesilovač navržený pro zatížení. Zesiluje změny malého napětí z zatížení a poskytuje digitální výstup, který může Arduino snadno číst [7].
- Rada Arduino: Arduino UNO nebo Nano je vhodný pro většinu aplikací pro měření síly [1].
- Připojení vodičů: Pro připojení zatížení, zesilovače a Arduino [1].
- Napájení: Stabilní napájení 5V pro HX711 a Arduino [5].
Zapojení zatížení do zesilovače HX711
1. Excitační napětí (E+ a E-): Připojte dráty E+ (pozitivní excitace) a E- (excitační negativní) z zatížení buňky k odpovídajícím E+ a e-kolíkům na HX711 [7]. Tyto kolíky poskytují napájení můstku Wheatstone uvnitř zatížení.
2. Signální vodiče (A+ a A-): Připojte a+ (pozitivní zesilovač) a a- (negativní zesilovač) z zatížení buňky do A+ a A-piny na HX711 [7]. Tyto kolíky nesou malý diferenciální napěťový signál z můstku Wheatstone.
Připojení zesilovače HX711 s Arduinem
1. Datový pin (DT): Připojte dt (data) pin na HX711 k digitálnímu kolíku na Arduino. Například jej připojte k digitálnímu pin a1 [9].
2. Hodinový pin (SCK): Připojte kolík SCK (hodiny) na HX711 k jinému digitálnímu kolíku na Arduino. Například jej připojte k digitálnímu kolíku A0 [9].
3. Power (VCC a GND): Připojte kolík VCC na HX711 k pin 5V na Arduino a připojte GND pin na HX711 k pin GND na Arduino [5].
Kód Arduino pro čtení zatížení
Chcete -li si přečíst měření síly z zatížení buňky, musíte pro Arduino použít knihovnu HX711. Tato knihovna zjednodušuje proces čtení digitálního výstupu ze zesilovače HX711.
1. Nainstalujte knihovnu HX711:
- Otevřete Arduino IDE.
- Přejděte na Sketch> Zahrnout knihovnu> Správa knihoven.
- Vyhledejte 'hx711 ' a nainstalujte knihovnu od Bogdan Necula [5].
2. Základní struktura kódu:
#include 'hx711.h '
#define dt_pin a1
#define SCK_PIN A0
Měřítko HX711;
Naid Setup () {
Serial.begin (9600);
Scale.begin (dt_pin, SCK_PIN);
Scale.set_Scale ();
Scale.tare ();
}
void loop () {
Serial.print ( 'Reading: ');
Serial.print (scale.get_units (), 1);
Serial.println ( 'kg ');
zpoždění (1000);
}
Zahrnout knihovnu:
#include 'hx711.h '
Zahrnuje nezbytnou knihovnu pro použití zesilovače HX711 [9].
Definujte kolíky:
#define dt_pin a1
a
#define SCK_PIN A0
Definujte kolíky Arduino spojené s kolíky DT a SCK HX711 [9].
Vytvořit objekt HX711:
Měřítko HX711;
vytváří objekt třídy HX711 [9].
Inicializace sériové komunikace:
Serial.begin (9600);
Inicializuje sériovou komunikaci pro zobrazení odečtů na sériovém monitoru [9].
Začněte měřítko:
Scale.begin (dt_pin, SCK_PIN);
inicializuje HX711 zadanými kolíky [9].
Nastavit měřítko:
Scale.set_Scale ();
Nastavuje faktor škálování. Toto bude kalibrováno později [9].
Tára:
Scale.tare ();
Nastavuje aktuální čtení jako nulu [9].
Čtení a tisk hodnot: v
smyčka()
funkce,
Scale.get_units ()
čte měření síly a
Serial.print ()
Zobrazuje hodnotu na sériovém monitoru [9].
Kalibrace zatížení
Kalibrace je zásadní pro získání přesných měření síly. Následující kroky nastíní proces kalibrace:
1. Určete známé hmotnosti: Shromážděte sadu známých hmotností, které pokrývají rozsah sil, které očekáváte, měří [9].
2. Umístěte známé hmotnosti na zatížení buňky: položte každou známou hmotnost na zatížení buňky a zaznamenejte odpovídající hodnoty ze sériového monitoru [9].
3. Vypočítejte kalibrační faktor: K výpočtu kalibračního faktoru použijte následující vzorec:
Kalibrační faktor = (známá hmotnost) / (čtení)
Průměrné kalibrační faktory získané z každé hmotnosti pro získání přesnější hodnoty [9].
4. Aktualizace kódu: upravte
Scale.set_Scale ()
funkce v kódu s vypočítaným kalibračním faktorem. Například:
Scale.set_Scale (122.0); // Nahraďte 122.0 kalibračním faktorem
Odstraňování problémů s běžnými problémy
- Nekonzistentní odečty: Ujistěte se, že zatížení je bezpečně namontována a není vystavena externím vibracím [4].
- Hodnoty unášení: Použijte stabilní napájecí zdroj a před kalibrací nechte zahřát se zatížení a HX711 [5].
- Nesprávné hodnoty: Zkontrolujte faktor zapojení a kalibrace [4].
Praktické aplikace
Digitální měřítko
Digitální stupnice je běžnou aplikací pro napětí zatížení a Arduino. Namontováním platformy na horní části zatížení můžete měřit hmotnost objektů umístěných na platformě [9]. Arduino může zobrazit hmotnost na LCD obrazovce nebo odeslat data do počítače pro další analýzu [7].
Robotická paže
V robotice lze k měření sil vyvíjených robotickým ramenem použít napínací buňky [9]. To umožňuje robota provádět úkoly, které vyžadují přesné řízení síly, jako jsou delikátní operace sestavy nebo manipulace s křehkými objekty [5].
Testování materiálů
Napínací buňky jsou nezbytné při testování materiálů pro měření pevnosti materiálů v tahu [9]. Nanesením kontrolované síly na vzorek a měřením výsledné deformace mohou inženýři určit vlastnosti materiálu [7].
Výhody používání Arduino
- Nákladová efektivita: Senzory Arduino a síly jsou relativně levné ve srovnání se specializovanými zařízeními pro měření síly [1].
- Snadné použití: Arduino IDE a knihovny zjednodušují proces programování, což zpřístupňuje pro začátečníky [1].
- Všestrannost: Arduino lze snadno integrovat s jinými senzory a zařízeními, což umožňuje širokou škálu aplikací [1].
- Přizpůsobení: Open-source povaha Arduino umožňuje rozsáhlé přizpůsobení a úpravu kódu [1].
Závěr
Použití zařízení napětí senzoru s arduinem je všestranné a nákladově efektivní řešení pro měření síly v různých aplikacích. Pochopením principů provozu, správným nastavením hardwaru a pečlivým kalibrací senzoru můžete dosáhnout přesných a spolehlivých měření síly. Ať už stavíte digitální měřítko, robotickou rameno nebo soupravu pro testování materiálů, kombinace napětí senzoru a Arduino poskytuje výkonnou platformu pro vaše projekty.
FAQ
1. Co je to rezistor citlivý na sílu (FSR) a jak funguje s Arduinem?
FSR je typ senzoru, jehož odpor se mění na základě množství tlaku aplikovaného na jeho povrch [1]. Při použití s arduinem je obvykle připojen v konfiguraci děliče napětí [1]. Jak se tlak zvyšuje, odolnost FSR se snižuje, což zase mění napětí, které Arduino čte [1]. Tato změna napětí může být interpretována Arduino, aby se určilo množství použité síly [1].
2. Jaké jsou výhody a nevýhody použití zatížení buňky pro měření síly ve srovnání s FSR?
Zatížené buňky obecně nabízejí vyšší přesnost a spolehlivost ve srovnání s FSRS [7]. K měření síly používají měřiče deformace a poskytují lineární a stabilnější výstup [7]. Zatížení jsou však obvykle dražší a vyžadují složitější obvody, jako je zesilovač HX711 [7]. Na druhé straně jsou FSRS levnější a snadnější použití, ale jsou méně přesné a mohou být ovlivněny faktory, jako je teplota a rozdělení síly na jejich povrchu [1].
3. Jak mohu kalibrovat zatížení připojenou k arduino?
K kalibraci zatížení buňky připojené k Arduino budete potřebovat známé hmotnosti [9]. Nejprve zaznamenejte surové hodnoty z zatížení buňky bez použití hmotnosti (tare) [9]. Poté položte známé hmotnosti na zatížení buňky a zaznamenejte odpovídající hodnoty [9]. Tyto datové body použijte k výpočtu kalibračního faktoru (poměr hmotnosti k čtení) [9]. Použijte tento kalibrační faktor ve vašem kódu Arduino k přeměně surových hodnot na přesná měření síly [9].
4. Jaká je role zesilovače HX711 při použití zatížení buňky s arduino?
HX711 je specializovaný zesilovač určený pro zatížení buňky [7]. Zátěžové buňky produkují velmi malé změny napětí v reakci na aplikovanou sílu, často v rozsahu Millivolt [7]. HX711 amplifikuje tuto změnu malého napětí, takže ji činí Arduino [7]. Poskytuje také stabilní a přesný digitální výstup, snižuje hluk a zlepšuje celkovou přesnost měření síly [7].
5. Mohu použít více senzorů síly s jediným arduinem?
Ano, můžete použít více senzorů síly s jediným arduinem, ale přístup závisí na typu senzorů [1]. Pro FSRS můžete použít více analogových kolíků na Arduino, z nichž každý je připojen k samostatnému obvodu FSR [1]. U zatížení buněk s Amplifikátory HX711 budete potřebovat více digitálních kolíků pro každý HX711 [7]. Pokud vám dojde kolíky, můžete použít multiplexery k rozšíření počtu senzorů, které si můžete přečíst [1]. Mějte na paměti, že použití více senzorů může vyžadovat složitější kód pro správu a zpracování dat z každého senzoru [1].
Citace:
[1] https://www.youtube.com/watch?v=R7OWTCE6QQC
[2] https://forum.arduino.cc/t/arduino-force-pressure-sensor/957733
[3] https://huggingface.co/openbmb/viscpm-chot/raw/main/vocab.txt
[4] https://www.youtube.com/watch?v=-jlctzvkvbu
[5] https://forum.arduino.cc/t/force-measuring-kit/697681
[6] https://uegeek.com/search.xml
[7] https://www.instructables.com/force-measurement-with-arduino-anda-logger-gui/
[8] https://forum.arduino.cc/t/measuring-the-amount-of-force-applied-to--human/462844
[9] https://www.fibossensor.com/what-is-the-best-tsion--Cell-for-arduino-projects.html
