W artykule została przedstawiona prosta waga elektroniczna zrealizowana na platformie Arduino. Jako czujnik nacisku wykorzystano belkę tensometryczną, z której sygnał wzmocniono i spróbkowano za pomocą układu HX711. Odczyt wagi wyświetlany jest na ekranie LCD.
Do realizacji projektu wykorzystano następujące komponenty:
- Belka tensometryczna o maksymalnym obciążeniu do 1 kg
- Wzmacniacz/konwerter sygnału tensometru z układem HX711
- KAmduino UNO – płytka rozwojowa z mikrokontrolerem ATmega328P
- DFRobot LCD Keypad Shield for Arduino
- Przewody żeńsko-żeńskie
Rys. 1. Belka tensometryczna
Belka tensometryczna to czujnik służący do pomiaru naprężenia. Wraz ze zmianą wymiarów belki zmienia się jej rezystancja. Pozwala to zamieniać odkształcenie mechaniczne na sygnał elektryczny. Dzięki połączeniu w układzie mostka Wheatsone’a (rysunek 2), po doprowadzeniu zasilania można mierzyć zmianę napięcia wraz ze wzrostem obciążenia belki. W przykładzie została wykorzystana belka o maksymalnym obciążeniu 1 kg, ale w ofercie sklepu KAMAMI.pl znajdują się także belki o obciążalności 2 kg, 3 kg, 5 kg, 20 kg i 100 kg.
Rys. 2. Schemat mostka Wheatstone’a
Oznaczenie kolorów przewodów jest w tej belce standardowe:
- czerwony: „+” zasilania pobudzającego DC
- czarny: „-” zasilania pobudzającego DC
- biały: „+” sygnału wyjściowego
- zielony: „-” sygnału wyjściowego
Rys.3. Moduł z układem wzmacniacza/konwertera HX711
Moduł z układem HX711 pozwala na dołączenie tensometru i przetworzenie sygnału analogowego na jego reprezentację cyfrową, dostępną na liniach wyjściowych modułu. Układ przetwarza sygnał z rozdzielczością 24bit i może być zasilany napięciem 2,7V – 5,5V.
Rys. 4. Nakładka DFRobot LCD Keypad Shield
DFRobot LCD Keypad Shield to nakładka na Arduino zawierająca monochromatyczny wyświetlacz LCD 16 x 2 oraz 5 przycisków. W przykładzie wykorzystano tylko wyświetlacz. Zastosowano go jako urządzenie, na którym pokazywane są odczyty wagi.
Przed przystąpieniem do połączenia elementów elektrycznych projektu, należy zastanowić się nad konstrukcją mechaniczną wagi. Aby belka tensometryczna mogła reagować na zmiany obciążenia, musi mieć możliwość swobodnego wyginania się. Leżąc na biurku, czujnik nie wskaże prawidłowych wartości. Najbardziej klasyczną konstrukcją dla tego kształtu sensora jest konstrukcja typu „Z”, w której belka jest z dwóch stron przymocowana do płyt np. drewnianych. Podkładki między płytami a belką pozwalają na swobodna zmianę wymiarów tej ostatniej. W demonstracji działania przykładu przymocowano jednak belkę tylko do jednej deski, gdyż projekt będzie mierzył przedmioty o masie poniżej 1 kg. Testów będę dokonywał na przedmiotach o małych wymiarach, które swobodnie zmieszczą się na belce.
Rys. 5. Przykładowy sposób zmontowania wagi
