Vistas: 222 Autor: Leah Publicar Tiempo: 2025-02-12 Origen: Sitio
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● Comprensión de los sensores de fuerza
>> Tipos de sensores de fuerza
>> Consideraciones clave Al elegir un sensor de fuerza
● Usando celdas de carga de tensión con Arduino
>> Cableado la celda de carga al amplificador HX711
>> Conectando el amplificador HX711 al Arduino
>> Código Arduino para leer la celda de carga
>> Solución de problemas de problemas comunes
>> 1. ¿Qué es una resistencia sensible a la fuerza (FSR), y cómo funciona con Arduino?
>> 3. ¿Cómo calibro una celda de carga conectada a un Arduino?
>> 4. ¿Cuál es el papel del amplificador HX711 cuando se usa una celda de carga con un Arduino?
>> 5. ¿Puedo usar múltiples sensores de fuerza con un solo arduino?
● Citas:
La fuerza de medición es un requisito fundamental en muchos proyectos de ingeniería y aficionados. Ya sea que esté construyendo una escala digital, un brazo robótico o una plataforma de prueba de materiales, la fuerza de detección con precisión es crucial. Una solución versátil y rentable implica el uso de un dispositivo de tensión del sensor con un microcontrolador Arduino. Este artículo lo guiará a través del proceso de uso de un Celda de carga de tensión con un Arduino para la medición de la fuerza, cubriendo la configuración de hardware, programación, calibración y aplicaciones prácticas.
Antes de sumergirse en los detalles del uso de un dispositivo de tensión del sensor con un Arduino, es esencial comprender los tipos de sensores de fuerza disponibles y sus principios de operación. Los sensores de fuerza, también conocidos como transductores de fuerza, convierten la fuerza mecánica en una señal eléctrica que puede medir e interpretar por un microcontrolador como el Arduino.
1. Fuerza resistencias sensibles (FSR):
- Los FSR son resistencias variables cuya resistencia cambia con la fuerza aplicada [1]. Son simples de usar pero generalmente menos precisos y más susceptibles a la deriva que otros tipos de sensores de fuerza [2].
- Aplicaciones: medición de la fuerza cualitativa, como detectar una prensa o tacto [1].
- Ventajas: bajo costo, facilidad de uso [1].
- Desventajas: respuesta no lineal, sensibilidad a la distribución de la fuerza, menos precisa [2].
2. Celillas de carga:
- Las células de carga miden la fuerza detectando la deformación de una estructura mecánica bajo carga [7]. Por lo general, usan medidores de tensión dispuestos en una configuración de puente de piedra de trigo para medir esta deformación [7].
- Aplicaciones: mediciones precisas de peso y fuerza, escalas digitales, pruebas de materiales [9].
- Ventajas: alta precisión, respuesta lineal, robusta [9].
- Desventajas: circuitos más complejos, mayor costo [7].
3. Guígues de tensión:
- Los medidores de tensión son resistencias pequeñas que cambian de resistencia cuando se someten a tensión mecánica [7]. A menudo se unen a una estructura para medir su deformación bajo carga [5] [7].
- Aplicaciones: medición de estrés y tensión en estructuras, medición de fuerza en palitos de control [5].
- Ventajas: alta sensibilidad, se puede aplicar a varias superficies [7].
- Desventajas: requiere amplificadores estables de fuente de alimentación y instrumentación, sensibles a los cambios de temperatura [5].
- Precisión: determine la precisión requerida para su aplicación. Las células de carga y los medidores de tensión generalmente ofrecen una mayor precisión que los FSR [9].
- Rango de fuerza: seleccione un sensor con un rango de fuerza que coincida con las fuerzas esperadas en su aplicación [9].
- Sensibilidad: considere la sensibilidad del sensor, que determina el cambio en la señal de salida para un cambio dado en la fuerza [9].
- Condiciones ambientales: asegúrese de que el sensor pueda operar de manera confiable en la temperatura esperada, la humedad y otras condiciones ambientales [5].
- Costo: equilibrar los requisitos de rendimiento con las limitaciones presupuestarias de su proyecto.
Las celdas de carga de tensión están diseñadas específicamente para medir las fuerzas de tracción. Estos son ideales para aplicaciones donde necesita medir cuánto se está tirando algo. Aquí le mostramos cómo usarlos de manera efectiva con un Arduino.
- Celda de carga de tensión: seleccione una celda de carga con un rango de fuerza apropiado y opciones de montaje para su proyecto [9].
- Amplificador HX711: el HX711 es un amplificador especializado diseñado para celdas de carga. Amplifica los pequeños cambios de voltaje de la celda de carga y proporciona una salida digital que puede leer fácilmente el Arduino [7].
- Junta de Arduino: un Arduino Uno o Nano es adecuado para la mayoría de las aplicaciones de medición de fuerza [1].
- Conectando cables: para conectar la celda de carga, el amplificador y el arduino [1].
- Fuente de alimentación: una fuente de alimentación estable de 5 V para el HX711 y Arduino [5].
1. Voltaje de excitación (E+ y E-): conecte los cables E+ (excitación positivos) y E- (excitación negativa) de la celda de carga a la correspondiente E+ y E-Pins en el HX711 [7]. Estos alfileres proporcionan la potencia al puente Wheatstone dentro de la celda de carga.
2. Alambres de señal (A+ y A-): conecte los cables A+ (Amplificador positivo) y A- (Amplificador negativo) desde la celda de carga al A+ y A-Pins en el HX711 [7]. Estos pines transportan la pequeña señal de voltaje diferencial desde el puente de piedra de trigo.
1. Pin de datos (DT): conecte el pin DT (datos) en el HX711 a un pin digital en el Arduino. Por ejemplo, conéctelo al PIN digital A1 [9].
2. Pin de reloj (SCK): conecte el pin SCK (reloj) en el HX711 a otro pin digital en el Arduino. Por ejemplo, conéctelo al PIN digital A0 [9].
3. Potencia (VCC y GND): conecte el pin VCC en el HX711 al pin 5V en el Arduino, y conecte el pin GND en el HX711 al pin GND en el Arduino [5].
Para leer las mediciones de fuerza de la celda de carga, deberá usar la biblioteca HX711 para Arduino. Esta biblioteca simplifica el proceso de leer la salida digital del amplificador HX711.
1. Instale la biblioteca HX711:
- Abra el IDE Arduino.
- Vaya a Sketch> Incluya Biblioteca> Administrar bibliotecas.
- Busque 'Hx711 ' e instale la biblioteca de Bogdan Necula [5].
2. Estructura de código básico:
#include 'hx711.h '
#define dt_pin a1
#define sck_pin a0
Escala HX711;
setup () void {
Serial.Begin (9600);
scale.begin (dt_pin, sck_pin);
scale.set_scale ();
escala.tare ();
}
bucle void () {
Serial.print ( 'Reading: ');
Serial.print (scale.get_units (), 1);
Serial.println ( 'kg ');
retraso (1000);
}
Incluir la biblioteca:
#include 'hx711.h '
Incluye la biblioteca necesaria para usar el amplificador HX711 [9].
Definir pines:
#define dt_pin a1
y
#define sck_pin a0
Defina los pines Arduino conectados a los pines DT y SCK del HX711 [9].
Crear objeto HX711:
Escala HX711;
Crea un objeto de la clase HX711 [9].
Inicializar la comunicación en serie:
Serial.Begin (9600);
Inicializa la comunicación en serie para mostrar las lecturas en el monitor en serie [9].
Comenzar la escala:
scale.begin (dt_pin, sck_pin);
Inicializa el HX711 con los pines especificados [9].
Escala establecida:
scale.set_scale ();
Establece el factor de escala. Esto se calibrará más tarde [9].
Tara:
escala.tare ();
Establece la lectura actual como cero [9].
Leer e imprimir valores: en el
bucle()
función,
escala.get_units ()
lee la medición de la fuerza y
Serial.print ()
Muestra el valor en el monitor en serie [9].
La calibración es crucial para obtener mediciones de fuerza precisas. Los siguientes pasos describen el proceso de calibración:
1. Determine los pesos conocidos: reúna un conjunto de pesos conocidos que cubran el rango de fuerzas que espera medir [9].
2. Coloque pesos conocidos en la celda de carga: coloque cada peso conocido en la celda de carga y registre las lecturas correspondientes del monitor en serie [9].
3. Calcule el factor de calibración: use la siguiente fórmula para calcular el factor de calibración:
Factor de calibración = (peso conocido) / (lectura)
Promedio de los factores de calibración obtenidos de cada peso para obtener un valor más preciso [9].
4. Actualice el código: modifique el
scale.set_scale ()
Funcionar en su código con el factor de calibración calculado. Por ejemplo:
scale.set_scale (122.0); // reemplazar 122.0 con su factor de calibración
- Lecturas inconsistentes: asegúrese de que la celda de carga esté montada de forma segura y no esté sujeta a vibraciones externas [4].
- Valores de deriva: use una fuente de alimentación estable y permita que la celda de carga y el HX711 se caliente antes de la calibración [5].
- Valores incorrectos: verifique el factor de cableado y calibración [4].
Una escala digital es una aplicación común para las celdas de carga de tensión y Arduino. Al montar una plataforma en la parte superior de la celda de carga, puede medir el peso de los objetos colocados en la plataforma [9]. El Arduino puede mostrar el peso en una pantalla LCD o enviar los datos a una computadora para un análisis posterior [7].
En robótica, las células de carga de tensión se pueden usar para medir las fuerzas ejercidas por un brazo robótico [9]. Esto permite que el robot realice tareas que requieren un control de fuerza preciso, como operaciones de ensamblaje delicadas o manejando objetos frágiles [5].
Las células de carga de tensión son esenciales en las pruebas de materiales para medir la resistencia a la tracción de los materiales [9]. Al aplicar una fuerza controlada a una muestra y medir la deformación resultante, los ingenieros pueden determinar las propiedades del material [7].
- Rentabilidad: los tableros de Arduino y los sensores de fuerza son relativamente económicos en comparación con el equipo de medición de fuerza especializada [1].
- Facilidad de uso: el IDE y las bibliotecas Arduino simplifican el proceso de programación, por lo que es accesible para principiantes [1].
- Versatilidad: Arduino se puede integrar fácilmente con otros sensores y dispositivos, lo que permite una amplia gama de aplicaciones [1].
- Personalización: la naturaleza de código abierto de Arduino permite una amplia personalización y modificación del código [1].
El uso de un dispositivo de tensión del sensor con un Arduino es una solución versátil y rentable para la medición de la fuerza en diversas aplicaciones. Al comprender los principios de operación, configurar adecuadamente el hardware y calibrar cuidadosamente el sensor, puede lograr mediciones de fuerza precisas y confiables. Ya sea que esté construyendo una escala digital, un brazo robótico o una plataforma de prueba de materiales, la combinación de tensión del sensor y Arduino proporciona una plataforma poderosa para sus proyectos.
Un FSR es un tipo de sensor cuya resistencia cambia en función de la cantidad de presión aplicada a su superficie [1]. Cuando se usa con un Arduino, generalmente está conectado en una configuración de divisor de voltaje [1]. A medida que aumenta la presión, la resistencia de la FSR disminuye, lo que a su vez cambia el voltaje que el Arduino lee [1]. El cambio de voltaje puede ser interpretado por el Arduino para determinar la cantidad de fuerza aplicada [1].
Las células de carga generalmente ofrecen una mayor precisión y confiabilidad en comparación con los FSR [7]. Utilizan medidores de tensión para medir la fuerza, proporcionando una salida más lineal y estable [7]. Sin embargo, las celdas de carga suelen ser más caras y requieren circuitos más complejos, como un amplificador HX711 [7]. Los FSR, por otro lado, son más baratos y más fáciles de usar, pero son menos precisos y pueden verse afectados por factores como la temperatura y la distribución de la fuerza en su superficie [1].
Para calibrar una celda de carga conectada a un Arduino, necesitará pesos conocidos [9]. Primero, registre las lecturas sin procesar desde la celda de carga sin peso aplicado (TARE) [9]. Luego, coloque pesos conocidos en la celda de carga y registre las lecturas correspondientes [9]. Use estos puntos de datos para calcular un factor de calibración (la relación de peso para la lectura) [9]. Aplique este factor de calibración en su código Arduino para convertir las lecturas sin procesar en mediciones de fuerza precisas [9].
El HX711 es un amplificador especializado diseñado para celdas de carga [7]. Las células de carga producen cambios de voltaje muy pequeños en respuesta a la fuerza aplicada, a menudo en el rango de milivoltios [7]. El HX711 amplifica este pequeño cambio de voltaje, lo que lo hace legible por el Arduino [7]. También proporciona una salida digital estable y precisa, reduciendo el ruido y mejorando la precisión general de la medición de la fuerza [7].
Sí, puede usar múltiples sensores de fuerza con un solo arduino, pero el enfoque depende del tipo de sensores [1]. Para los FSR, puede usar múltiples pines analógicos en el Arduino, cada uno conectado a un circuito FSR separado [1]. Para las celdas de carga con amplificadores HX711, necesitará múltiples pines digitales para cada HX711 [7]. Si te quedas sin pines, puedes usar multiplexores para expandir la cantidad de sensores que puedes leer [1]. Tenga en cuenta que el uso de múltiples sensores puede requerir un código más complejo para administrar y procesar los datos de cada sensor [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-measing-kit/697681
[6] https://uegeek.com/search.xml
[7] https://www.instructables.com/force-measatement-with-arduino-and-data-logger-gui/
[8] https://forum.arduino.cc/t/measing-the-damount-of-force-applied-to-a-human/462844
[9] https://www.fibossensor.com/what-is-the-best-tension-load-cell-for-arduino-projects.html
