Ansichten: 222 Autor: Leah Veröffentlichung Zeit: 2025-02-12 Herkunft: Website
Inhaltsmenü
>> Wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines Kraftsensors
● Verwenden von Spannungslastzellen mit Arduino
>> Verkabelung der Lastzelle mit dem HX711 -Verstärker
>> Verbinden des HX711 -Verstärkers an den Arduino
>> Arduino -Code zum Lesen der Lastzelle
>> Fehlerbehebung häufiges Problem
>> Roboterarm
● Vorteile der Verwendung von Arduino
● FAQ
>> 1. Was ist ein Kraft -empfindlicher Widerstand (FSR) und wie funktioniert es mit Arduino?
>> 3. Wie kalibriere ich eine Lastzelle, die an einen Arduino angeschlossen ist?
>> V.
>> 5. Kann ich mehrere Kraftsensoren mit einem einzigen Arduino verwenden?
● Zitate:
Messkraft ist eine grundlegende Anforderung in vielen Ingenieur- und Hobby -Projekten. Egal, ob Sie eine digitale Skala, einen Roboterarm oder ein Material -Test -Rig erstellen, es ist entscheidend, eine genaue Erfassungskraft zu erfassen. Eine vielseitige und kostengünstige Lösung besteht darin, ein Sensorspannungsgerät mit einem Arduino-Mikrocontroller zu verwenden. Dieser Artikel führt Sie durch den Prozess der Verwendung a Spannungslastzelle mit einem Arduino zur Kraftmessung, Abdeckung von Hardware -Setup, Programmierung, Kalibrierung und praktischen Anwendungen.
Bevor Sie in die Besonderheiten der Verwendung eines Sensorspannungsgeräts mit einem Arduino eintauchen, ist es wichtig, die Arten der verfügbaren Kraftsensoren und deren Betriebsprinzipien zu verstehen. Kraftsensoren, auch als Kraftwandler bekannt, wandeln mechanische Kraft in ein elektrisches Signal um, das von einem Mikrocontroller wie dem Arduino gemessen und interpretiert werden kann.
1. Kraftempfindlicher Widerstände (FSRs):
- FSRs sind variable Widerstände, deren Widerstand mit der angelegten Kraft ändert [1]. Sie sind einfach zu verwenden, aber im Allgemeinen weniger genau und anfälliger für Drift als andere Arten von Kraftsensoren [2].
- Anwendungen: Messung der qualitativen Kraft, wie z. B. Erkennung einer Presse oder Berührung [1].
- Vorteile: Niedrige Kosten, Benutzerfreundlichkeit [1].
- Nachteile: Nichtlineare Reaktion, Empfindlichkeit gegenüber Kraftverteilung, weniger genau [2].
2. Lastzellen:
- Lastzellen messen die Kraft, indem die Verformung einer mechanischen Struktur unter Last nachgewiesen wird [7]. Sie verwenden typischerweise Dehnungsmessgeräte, die in einer Weizensteinbrückenkonfiguration angeordnet sind, um diese Verformung zu messen [7].
- Anwendungen: Präzise Gewichts- und Kraftmessungen, digitale Skalen, Materialtests [9].
- Vorteile: hohe Genauigkeit, lineare Reaktion, robust [9].
- Nachteile: komplexere Schaltung, höhere Kosten [7].
3.. Dehnungsmessgeräte:
- Dehnungsmessgeräte sind kleine Widerstände, die den Widerstand ändern, wenn sie einer mechanischen Dehnung unterzogen werden [7]. Sie werden oft an eine Struktur gebunden, um ihre Verformung unter Last zu messen [5] [7].
- Anwendungen: Messung von Spannung und Dehnung in Strukturen, Kraftmessung in Kontrollstöcken [5].
- Vorteile: Eine hohe Empfindlichkeit kann auf verschiedene Oberflächen angewendet werden [7].
- Nachteile: Erfordert stabile Stromversorgungs- und Instrumentierungsverstärker, empfindlich gegenüber Temperaturänderungen [5].
- Genauigkeit: Bestimmen Sie die erforderliche Genauigkeit für Ihre Bewerbung. Lastzellen und Dehnungsmessgeräte bieten im Allgemeinen eine höhere Genauigkeit als FSRs [9].
- Kraftbereich: Wählen Sie einen Sensor mit einem Kraftbereich aus, der den erwarteten Kräften in Ihrer Anwendung entspricht [9].
- Empfindlichkeit: Betrachten Sie die Empfindlichkeit des Sensors, der die Änderung des Ausgangssignals für eine gegebene Kraftänderung bestimmt [9].
- Umgebungsbedingungen: Stellen Sie sicher, dass der Sensor in den erwarteten Temperaturen, Feuchtigkeit und anderen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten kann [5].
- Kosten: Sagen Sie die Leistungsanforderungen mit den Budgetbeschränkungen Ihres Projekts aus.
Spannungslastzellen sind speziell so konzipiert, dass die Zugkräfte die Zugkräfte messen. Diese sind ideal für Anwendungen, bei denen Sie messen müssen, wie viel etwas gezogen wird. Hier erfahren Sie, wie Sie sie effektiv mit einem Arduino verwenden können.
- Spannungslastzelle: Wählen Sie eine Lastzelle mit einem geeigneten Kraftbereich und Montageoptionen für Ihr Projekt aus [9].
- HX711 -Verstärker: Der HX711 ist ein spezieller Verstärker für Lastzellen. Es verstärkt die kleinen Spannungsänderungen aus der Lastzelle und liefert einen digitalen Ausgang, der leicht vom Arduino gelesen werden kann [7].
- Arduino Board: Ein Arduino Uno oder Nano ist für die meisten Anträge für Kraftmessungen geeignet [1].
- Drähte anschließen: Zum Anschließen der Lastzelle, des Verstärkers und der Arduino [1].
- Stromversorgung: Ein stabiles 5 -V -Netzteil für HX711 und Arduino [5].
1. Anregungsspannung (E+ und E-): Verbinden Sie die Drähte E+ (Anregung positiv) und E- (Anregung negativ) von der Lastzelle an die entsprechenden E+ und E-Pins am HX711 [7]. Diese Stifte liefern die Kraft der Weizensteinbrücke in der Lastzelle.
2. Signaldrähte (A+ und A-): Schließen Sie die A+ (Verstärker positiv) und A- (Verstärker negativ) von der Lastzelle an die A+ und A-Pins des HX711 an [7]. Diese Stifte tragen das kleine Differentialspannungssignal aus der Weizensteinbrücke.
1. Data Pin (DT): Schließen Sie den DT (Daten) Pin am HX711 an einen digitalen Pin auf dem Arduino an. Schließen Sie es beispielsweise an den digitalen Pin A1 an [9].
2. Uhrenstift (SCK): Schließen Sie den SCK (Uhr) -Pin am HX711 an einen anderen digitalen Stift am Arduino an. Schließen Sie es beispielsweise an den digitalen Pin A0 an [9].
3. Power (VCC und GND): Schließen Sie den VCC -Stift am HX711 an den 5 -V -Stift am Arduino an und verbinden Sie den GND -Pin am HX711 mit dem GND -Stift am Arduino [5].
Um die Kraftmessungen aus der Lastzelle zu lesen, müssen Sie die HX711 -Bibliothek für Arduino verwenden. Diese Bibliothek vereinfacht den Prozess des Lesens der digitalen Ausgabe aus dem HX711 -Verstärker.
1. Installieren Sie die HX711 -Bibliothek:
- Öffnen Sie die Arduino -Ideen.
- Gehen Sie zu Sketch> Bibliothek einschließen> Bibliotheken verwalten.
- Suchen Sie nach 'hx711' und installieren Sie die Bibliothek von Bogdan Necula [5].
2. Grundlegende Codestruktur:
#include 'hx711.h '
#define dt_pin a1
#define sck_pin a0
HX711 -Skala;
void 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 ');
Verzögerung (1000);
}
Fügen Sie die Bibliothek ein:
#include 'hx711.h '
Enthält die erforderliche Bibliothek für die Verwendung des HX711 -Verstärkers [9].
Stifte definieren:
#define dt_pin a1
Und
#define sck_pin a0
Definieren Sie die Arduino -Stifte, die mit den DT- und SCK -Stiften des HX711 verbunden sind [9].
Erstellen Sie das HX711 -Objekt:
HX711 -Skala;
erstellt ein Objekt der HX711 -Klasse [9].
Serienkommunikation initialisieren:
Serial.begin (9600);
Initialisiert die serielle Kommunikation zum Anzeigen der Messwerte auf dem Serienmonitor [9].
Beginnskala:
scale.begin (dt_pin, sck_pin);
Initialisiert den HX711 mit den angegebenen Stiften [9].
Setzen Sie Skala:
scale.set_scale ();
Legt den Skalierungsfaktor fest. Dies wird später kalibriert [9].
Tara:
scale.tare ();
Legt die aktuelle Messung als Null fest [9].
Werte lesen und drucken: in der
Schleife()
Funktion,
scale.get_units ()
liest die Kraftmessung und
Serial.print ()
Zeigt den Wert auf dem seriellen Monitor an [9].
Die Kalibrierung ist entscheidend, um genaue Kraftmessungen zu erhalten. Die folgenden Schritte überrissen den Kalibrierungsprozess:
1. Bestimmen Sie bekannte Gewichte: Sammeln Sie eine Reihe von bekannten Gewichten, die den Kräftebereich abdecken, den Sie messen [9].
2. Platzieren Sie bekannte Gewichte in die Lastzelle: Stellen Sie jedes bekannte Gewicht in die Lastzelle und zeichnen Sie die entsprechenden Messwerte aus dem seriellen Monitor auf [9].
3. Berechnen Sie den Kalibrierungsfaktor: Verwenden Sie die folgende Formel, um den Kalibrierungsfaktor zu berechnen:
Kalibrierungsfaktor = (bekanntes Gewicht) / (Lesen)
Durchschnitt die von jedem Gewicht erhaltenen Kalibrierungsfaktoren, um einen genaueren Wert zu erhalten [9].
4. Aktualisieren Sie den Code: Ändern Sie die
scale.set_scale ()
Funktionieren Sie in Ihrem Code mit dem berechneten Kalibrierungsfaktor. Zum Beispiel:
scale.set_scale (122.0); // Ersetzen Sie 122.0 durch Ihren Kalibrierungsfaktor
- Inkonsistente Messwerte: Stellen Sie sicher, dass die Lastzelle sicher montiert ist und nicht externen Schwingungen ausgesetzt ist [4].
- Drift -Werte: Verwenden Sie eine stabile Stromversorgung und lassen Sie die Lastzelle und HX711 vor der Kalibrierung erwärmen [5].
- Falsche Werte: Überprüfen Sie den Verkabelungs- und Kalibrierungsfaktor [4].
Eine digitale Skala ist eine häufige Anwendung für Spannungslastzellen und Arduino. Durch die Montage einer Plattform über der Lastzelle können Sie das Gewicht der auf der Plattform platzierten Objekte messen [9]. Der Arduino kann das Gewicht auf einem LCD -Bildschirm anzeigen oder die Daten zur weiteren Analyse an einen Computer senden [7].
In der Robotik können Spannungslastzellen verwendet werden, um die durch einen Roboterarm ausgeübten Kräfte zu messen [9]. Auf diese Weise kann der Roboter Aufgaben ausführen, die eine präzise Kraftsteuerung erfordern, z. B. empfindliche Montageoperationen oder mit fragilen Objekten umgehen [5].
Spannungslastzellen sind bei den Materialversuche für die Messung der Zugfestigkeit von Materialien wesentlich [9]. Durch die Anwendung einer kontrollierten Kraft auf eine Probe und Messung der resultierenden Verformung können die Ingenieure die Eigenschaften des Materials bestimmen [7].
- Kosteneffizienz: Arduino-Boards und Kraftsensoren sind im Vergleich zu Messgeräten für spezielle Kraftmessungen relativ günstig [1].
- Benutzerfreundlichkeit: Die Arduino -IDE und die Bibliotheken vereinfachen den Programmierungsprozess und machen es Anfängern zugänglich [1].
- Vielseitigkeit: Arduino kann leicht in andere Sensoren und Geräte integriert werden, was eine Vielzahl von Anwendungen ermöglicht [1].
- Anpassung: Die Open-Source-Natur von Arduino ermöglicht eine umfassende Anpassung und Änderung des Codes [1].
Die Verwendung eines Sensorspannungsgeräts mit einem Arduino ist eine vielseitige und kostengünstige Lösung für die Kraftmessung in verschiedenen Anwendungen. Durch das Verständnis der Betriebsprinzipien, das ordnungsgemäße Einrichten der Hardware und das sorgfältige Kalibrieren des Sensors können Sie genaue und zuverlässige Kraftmessungen durchführen. Egal, ob Sie eine digitale Skala, einen Roboterarm oder ein Materialtest -Rig erstellen, die Kombination aus Sensorspannungen und Arduino bietet eine leistungsstarke Plattform für Ihre Projekte.
Ein FSR ist eine Art von Sensor, dessen Widerstand sich basierend auf der auf die Oberfläche angewendeten Druckmenge ändert [1]. Wenn es mit einem Arduino verwendet wird, ist es normalerweise in einer Spannungsteilerkonfiguration verbunden [1]. Mit zunehmendem Druck nimmt der Widerstand des FSR ab, was wiederum die Spannung verändert, die der Arduino liest [1]. Diese Spannungsänderung kann vom Arduino interpretiert werden, um die angewendete Kraftmenge zu bestimmen [1].
Lastzellen bieten im Allgemeinen eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu FSRs [7]. Sie verwenden Dehnungsmessgeräte, um die Kraft zu messen und eine linearere und stabilere Ausgabe zu liefern [7]. Lastzellen sind jedoch typischerweise teurer und erfordern komplexere Schaltungen wie ein HX711 -Verstärker [7]. FSRs hingegen sind billiger und leichter zu bedienen, sind jedoch weniger genau und können von Faktoren wie Temperatur und Kraftverteilung auf ihre Oberfläche beeinflusst werden [1].
Um eine Lastzelle zu kalibrieren, die an einen Arduino angeschlossen ist, benötigen Sie bekannte Gewichte [9]. Nehmen Sie zunächst die rohen Messwerte aus der Lastzelle ohne Gewicht (TARE) auf [9]. Stellen Sie dann bekannte Gewichte in die Lastzelle und zeichnen Sie die entsprechenden Messwerte auf [9]. Verwenden Sie diese Datenpunkte, um einen Kalibrierungsfaktor (das Verhältnis von Gewicht zum Lesen) zu berechnen [9]. Wenden Sie diesen Kalibrierungsfaktor in Ihren Arduino -Code an, um die Rohwerte in genaue Kraftmessungen umzuwandeln [9].
Der HX711 ist ein spezialisierter Verstärker für Lastzellen [7]. Lastzellen erzeugen sehr kleine Spannungsänderungen als Reaktion auf angelegte Kraft, häufig im Millivolt -Bereich [7]. Der HX711 verstärkt diese kleine Spannungsänderung und macht sie durch den Arduino [7] lesbar. Es bietet auch eine stabile und genaue digitale Ausgabe, die das Rauschen reduziert und die Gesamtgenauigkeit der Kraftmessung verbessert [7].
Ja, Sie können mehrere Kraftsensoren mit einem einzelnen Arduino verwenden, aber der Ansatz hängt von der Art der Sensoren ab [1]. Für FSRs können Sie mehrere analoge Stifte auf dem Arduino verwenden, die jeweils an eine separate FSR -Schaltung angeschlossen sind [1]. Für Lastzellen mit HX711 -Verstärkern benötigen Sie für jeden HX711 mehrere digitale Stifte [7]. Wenn Ihnen die Stifte ausgeht, können Sie Multiplexer verwenden, um die Anzahl der Sensoren zu erweitern, die Sie lesen können [1]. Beachten Sie, dass die Verwendung mehrerer Sensoren möglicherweise komplexeren Code benötigt, um die Daten von jedem Sensor zu verwalten und zu verarbeiten [1].
[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-chat/raw/main/vocab.txt
[4] https://www.youtube.com/watch?v=-jlctzvkvbu
[5] https://forum.arduino.cc/t/force-reasuring-kit/697681
[6] https://uegeek.com/search.xml
[7] https://www.instructables.com/force-measurement-with-uduino-anda-logger-gui/
[8] https://forum.arduino.cc/t/measuring-the-amount-of-force-applied-to-a-human/462844
[9] https://www.fibossensor.com/what-is-the-best-load-load-for-induino-projects.html
