โหลดเซลล์คืออะไรและโมดูล HX711 ทำงานอย่างไร: คู่มือฉบับสมบูรณ์

โลกของเครื่องมือวัด หุ่นยนต์ และระบบชั่งน้ำหนักได้พัฒนาไปอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องมาจากการผสานรวมของเซ็นเซอร์และโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ที่อำนวยความสะดวกในการโต้ตอบระหว่างโลกกายภาพและไมโครคอนโทรลเลอร์ หนึ่งในส่วนประกอบสำคัญในการปฏิวัติทางเทคโนโลยีนี้คือเซลล์โหลดและโมดูลขยายสัญญาณ HX711 ซึ่งเป็นคู่หูของมัน ทั้งสองอย่างได้กลายมาเป็นองค์ประกอบที่แทบจะขาดไม่ได้สำหรับผู้ที่ต้องการสร้างเครื่องชั่งดิจิทัลที่แม่นยำ ระบบควบคุมน้ำหนักอัตโนมัติ และโครงการประเภทต่างๆ ที่การวัดแรงและน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ

หากคุณเคยสงสัย เป็นไปได้อย่างไรที่จะแปลแรงที่กระทำต่อวัตถุให้เป็นค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถตีความได้โดย Arduino, ESP8266 หรือไมโครคอนโทรลเลอร์อื่นๆในบทความนี้ คุณจะพบกับคำอธิบายที่ครอบคลุม เรียบง่าย และตรงไปตรงมามากที่สุด คุณจะได้เรียนรู้โดยละเอียดว่าโหลดเซลล์คืออะไร ทำงานอย่างไร มีประเภทใดบ้าง วิธีเชื่อมต่อกับโมดูล HX711 และคุณจะยกระดับโครงการชั่งน้ำหนักของคุณให้สูงขึ้นได้อย่างไรด้วยการรวมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เข้าด้วยกันอย่างมืออาชีพอย่างแท้จริง

โหลดเซลล์คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญในการวัดน้ำหนักแบบอิเล็กทรอนิกส์

Una โหลดเซลล์ โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นเครื่องแปลงสัญญาณที่แปลงแรงหรือแรงดันที่กระทำต่อให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า หลักการทำงานอยู่ที่ปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้าเมื่อเซลล์ถูกเปลี่ยนรูปภายใต้การกระทำของโหลด. นั่นคือเหตุผลว่าทำไมพวกเขาจึงถูกเรียกว่า ตัวแปลงแรง.

คุณคงคุ้นเคยกับคำว่าทรานสดิวเซอร์เป็นอย่างดี เนื่องจากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทรานสดิวเซอร์เป็นส่วนประกอบที่สามารถแปลงปริมาณทางกายภาพ (เช่น แรงดัน เสียง หรือแสง) ให้เป็นสัญญาณที่ประมวลผลได้ ในกรณีนี้ เซลล์โหลดจะตรวจจับแรง เมื่อคุณใช้แรงกดลงไป เซลล์จะเกิดการเสียรูปเล็กน้อย ซึ่งแทบจะมองไม่เห็นในตอนแรก แต่เพียงพอที่จะเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของเกจวัดความเครียดที่อยู่ภายใน

ลา เกจวัดความเครียด พวกมันคือหัวใจของเซลล์โหลด พวกมันเป็นแผ่นหรือเส้นด้ายที่ทำจากวัสดุตัวนำที่บางมากซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทานขึ้นอยู่กับการยืดออกหรือการบีบอัดที่วัสดุที่ติดอยู่ การเปลี่ยนแปลงนี้แม้จะเล็กน้อยแต่ก็สามารถตรวจจับและขยายได้จนกระทั่งกลายเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่เมื่อแปลงเป็นดิจิทัลแล้วจะแจ้งให้เราทราบด้วย ความถูกต้อง ตามแรงที่กระทำ

เพื่อแปลงการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยนี้ให้กลายเป็นสัญญาณที่มีประโยชน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เกจวัดจะถูกวางไว้ในรูปแบบที่เรียกว่า สะพานวีตสโตนวงจรนี้เป็นวงจรคลาสสิกในการวัดความต้านทาน โดยสามารถขยายความแตกต่างของความต้านทานเพียงเล็กน้อยและรับสัญญาณที่แตกต่างกันได้ ดังนั้น การยืดวัสดุเพียงเล็กน้อยจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดึง ซึ่งสามารถวัดและเชื่อมโยงได้อย่างแม่นยำกับน้ำหนักที่ใช้

เซลล์โหลดไม่ได้ถูกสร้างมาเท่าเทียมกันทั้งหมด มีหลายประเภท:

• เซลล์ไฮดรอลิก: อาศัยการบีบอัดของไหลโดยใช้ลูกสูบและกระบอกสูบ
• เซลล์นิวเมติก: พวกเขาใช้แรงดันอากาศบนไดอะแฟรมเพื่อวัดการเสียรูปที่เกิดขึ้น
• เซลล์เกจวัดความเครียด: พบมากที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และหุ่นยนต์ เนื่องจากสามารถบูรณาการได้ง่ายและมีความแม่นยำ

แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น เพียโซอิเล็กทริก คาปาซิทีฟ ฯลฯ ก็ตาม เกจวัดความเครียด เครื่องชั่งประเภทนี้นิยมใช้ในเครื่องชั่งในครัวเรือนและระบบชั่งน้ำหนักทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีต้นทุนสูง เชื่อถือได้ และปรับเทียบได้ง่าย

การทำงานภายใน: สะพานวีตสโตนและความท้าทายของสัญญาณที่อ่อนแอ

องค์ประกอบพื้นฐานในการใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงขั้นต่ำในความต้านทานที่เกิดจากเกจวัดคือ สะพานวีตสโตนวงจรนี้ประดิษฐ์ขึ้นในศตวรรษที่ 19 โดยใช้ตัวต้านทาน 4 ตัวที่เรียงกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนเป็นฐาน เมื่อตัวต้านทาน 1 ตัวหรือมากกว่าเปลี่ยนแปลงไป (เช่น ตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งเปลี่ยนรูปร่างเมื่อตัวนั้นเสียรูป) สะพานจะไม่สมดุลและจะก่อให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าตามการเปลี่ยนแปลงนั้น

ในทางปฏิบัติ เซลล์โหลดทั่วไปจะมีเกจวัดความเครียดสี่ตัวที่จัดเรียงอยู่บนขาของสะพานวีตสโตนเมื่อคุณใช้แรงกับเซลล์ เกจวัดสองอันจะยืดออก (เพิ่มความต้านทาน) และอีกอันจะบีบอัด (ลดความต้านทาน) ดังนั้น สะพานจึงเพิ่มความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่ได้ให้สูงสุดและปรับปรุงความไว

แม้จะมีการจัดการที่ชาญฉลาดนี้ แต่ความต้านทานยังคงเปลี่ยนแปลงไป เล็กมากตัวอย่างเช่น ในเกจวัด 120 โอห์ม แรงกดดันที่มากสามารถเปลี่ยนความต้านทานได้เพียง 0.12 โอห์มเท่านั้น ปริมาณเล็กน้อยนี้ก่อให้เกิดความท้าทาย XNUMX ประการ: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูง เพื่อแยกแยะการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ และยิ่งไปกว่านั้น สัญญาณจะต้องถูกขยายก่อนที่จะถูกแปลงเป็นดิจิทัลและประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งแทบจะไม่สามารถตรวจจับสัญญาณที่อ่อนดังกล่าวได้โดยตรง

นี่คือที่ เครื่องขยายเสียง HX711.

โมดูล HX711: สะพานเชื่อมระหว่างเซลล์โหลดและไมโครคอนโทรลเลอร์

El โมดูล HX711 เป็นวงจรรวมขนาดเล็กที่ทำหน้าที่พื้นฐานในระบบชั่งน้ำหนักดิจิตอล: ขยาย ปรับสภาพ และแปลงสัญญาณที่ได้จากเซลล์โหลดเป็นดิจิตอล. ทางนี้, สามารถรับการวัดน้ำหนักและแรงที่แม่นยำซึ่งจะถูกตีความโดย Arduino, ESP8266, PIC หรือไมโครคอนโทรลเลอร์อื่นๆ.

คุณสมบัติหลักบางประการ ได้แก่ :

• ความละเอียดสูงสุดถึง 24 บิต: ช่วยให้คุณได้รับ ความแม่นยำสูงมาก ในการอ่านค่าน้ำหนัก
• การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC): แปลงสัญญาณแอนะล็อกที่ขยายให้เป็นค่าดิจิตอลที่พร้อมสำหรับการประมวลผล
• ค่าเกนที่ตั้งโปรแกรมได้: สามารถปรับได้ระหว่าง 128x และ 64x ช่วยให้ปรับให้เข้ากับการใช้งานที่แตกต่างกันได้
• การใช้พลังงานต่ำมาก: เหมาะสำหรับการใช้งานพกพาหรือระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
• ความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อ: สื่อสารผ่านพินดิจิทัล 2 พิน (Clock/SCK และ Data/DT) คล้ายกับโปรโตคอล IXNUMXC หรือ SPI
• ช่วงแหล่งจ่ายไฟตั้งแต่ 2.6V ถึง 5.5V: เข้ากันได้กับแพลตฟอร์มอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ HX711 จึงกลายเป็น มาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับการอ่านโหลดเซลล์ในโครงการ DIY และในภาคอุตสาหกรรมเนื่องจากทำให้ชีวิตของนักพัฒนาสะดวกมากขึ้น เนื่องจากพวกเขาไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรขยายสัญญาณที่ซับซ้อน และสามารถมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาซอฟต์แวร์และตรรกะของระบบชั่งน้ำหนักได้

โดยทั่วไปโมดูล HX711 จะมีขั้วต่อหลักสองตัว ได้แก่ หนึ่งตัวสำหรับเซลล์โหลดและอีกหนึ่งตัวสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ การเชื่อมต่อจะอิงตามสายหลักสี่สาย:

• สีแดง (E+, VCC): แรงดันกระตุ้นบวก
• สีดำ (E-, GND): แรงดันกระตุ้นเชิงลบ
• สีขาว (A-): สัญญาณอินพุตเชิงลบ (Output -)
• สีเขียว (A+): สัญญาณอินพุตบวก (Output +)

รุ่นบางรุ่นจะมีสายเส้นที่ 5 (สีเหลือง YLW) เพิ่มเข้ามา ซึ่งปกติแล้วจะทำหน้าที่เป็นสายอ้างอิงกราวด์ หรือมักจะไม่ได้ใช้ในโครงร่างมาตรฐาน

ประเภทและรุ่นเซลล์โหลด: วิธีเลือกเซลล์โหลดที่เหมาะสม

การเลือกเซลล์โหลดที่เหมาะสม โหลดเซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอ่านค่าที่แม่นยำในโครงการชั่งน้ำหนักของคุณ โหลดเซลล์จะแตกต่างกันไปตามความจุสูงสุด ปัจจัยด้านรูปร่าง และความไว:

• Capacidad maxima: มีโหลดเซลล์ให้เลือกตั้งแต่ 1 กก., 5 กก., 20 กก., 50 กก. และสูงกว่านั้น สำหรับ ความแม่นยำที่เหมาะสมที่สุดควรเลือกเซลล์ที่มีช่วงน้ำหนักสูงสุดที่ใกล้เคียงกับน้ำหนักสูงสุดของแอปพลิเคชันของคุณมากที่สุด ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการชั่งได้สูงสุด 4 กก. เซลล์ขนาด 5 กก. จะเหมาะสมที่สุด การใช้เซลล์ขนาด 20 กก. ในช่วงดังกล่าวจะทำให้ได้ค่าความแม่นยำที่ต่ำลง
• การกำหนดค่าทางกล: แบบที่พบเห็นได้ทั่วไปมากที่สุดคือแท่งสี่เหลี่ยมสำหรับติดตั้งบนเครื่องชั่งในครัว แต่คุณยังสามารถพบแบบรูปตัว S แบบจาน แบบคานคู่ เป็นต้น ได้อีกด้วย โดยแต่ละแบบจะตอบสนองต่อสถานการณ์การชั่งน้ำหนักที่แตกต่างกันได้ดีกว่า
• คุณภาพและความละเอียดอ่อน: ความแม่นยำจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของมาตรวัดและโครงสร้างภายในด้วย เซลล์คุณภาพสูงมักให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าและมีค่าดริฟท์ต่ำกว่า
• ประเภทสะพาน: HX711 สามารถทำงานได้กับเซลล์ทั้งแบบฟูลบริดจ์และฮาล์ฟบริดจ์ และยังรองรับการเชื่อมต่อเซลล์ได้สูงสุด XNUMX เซลล์ในคอนฟิกูเรชันแบบดูอัลบริดจ์อีกด้วย

การติดตั้งเซลล์ก็มีความสำคัญเช่นกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเว้นพื้นที่ตรงกลาง (ส่วนที่บอบบางของแท่ง) ไว้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง เพื่อให้เซลล์เสียรูปได้อย่างเหมาะสมภายใต้แรงกด และปฏิบัติตามลูกศรเพื่อติดตั้งเซลล์ในทิศทางของแรงที่คุณต้องการวัด

การออกแบบเชิงกลและการเชื่อมต่อ: วิธีการประกอบเครื่องชั่งดิจิตอลของคุณด้วย HX711

ก้าวต่อไปในการปฏิบัติ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจ วิธีการเชื่อมต่อและประกอบเซลล์โหลดและโมดูล HX711 ทางกายภาพ- เหล่านี้เป็นขั้นตอนทั่วไป:

• การติดตั้งทางกล: ใช้สเปเซอร์เพื่อยึดเซลล์รับน้ำหนักระหว่างฐานและภาชนะหรือแพลตฟอร์มที่จะรองรับน้ำหนัก ศูนย์กลางของเซลล์ควรยังคงอิสระและเป็นส่วนเดียวที่ยืดหยุ่นภายใต้แรงกด
• ทิศทางของแรง: สังเกตลูกศรที่แกะสลักไว้บนเซลล์ ซึ่งระบุทิศทางที่ควรใช้น้ำหนัก
• การเชื่อมต่อไฟฟ้า: เชื่อมต่อสายเซลล์แต่ละสายเข้ากับพินที่สอดคล้องกันบน HX711 ตามรหัสสี (สีแดงเป็น E+/VCC, สีดำเป็น E-/GND, สีเขียวเป็น A+/Output+, สีขาวเป็น A-/Output-) สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่ คู่มือโหลดเซลล์.
• การเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์: จากแถวพินอื่นบน HX711 ให้เชื่อมต่อ GND และ VCC เข้ากับแหล่งจ่ายไฟ และเชื่อมต่อพิน DT (ข้อมูล) และ SCK (นาฬิกา) เข้ากับพินดิจิทัลสองพินบน Arduino หรือบอร์ดใดก็ตามที่คุณกำลังใช้งาน

ในเครื่องชั่งห้องน้ำหรือโครงการที่ซับซ้อนมากขึ้น มักใช้ เซลล์โหลดแบบง่ายสี่เซลล์ จัดเรียงไว้ในมุมซึ่งจะต้องรวมสายเข้าด้วยกันโดยใช้ โมดูลรวม หรือทำตามแผนผังการเชื่อมต่อแบบแมนนวล (งานที่ต้องแม่นยำซึ่งคุณจะต้องศึกษาแผ่นข้อมูลอย่างละเอียดและวัดค่าความต้านทานเพื่อระบุสายแต่ละเส้น)

สำหรับผู้ที่ต้องการความแม่นยำสูงสุด มีโมดูลรวมสัญญาณจากแบรนด์ต่างๆ เช่น SparkFun ที่ทำให้การเดินสายง่ายขึ้น และช่วยให้คุณรวมสัญญาณจากเซ็นเซอร์ทั้งสี่ตัวเป็นอินพุตเดียวที่เข้ากันได้กับ HX711 ได้อย่างง่ายดาย

สะพานวีตสโตนในทางปฏิบัติ: ข้อดีและข้อควรพิจารณา

การใช้งานของ สะพานวีตสโตน นี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เพราะช่วยให้ขยายการเปลี่ยนแปลงความต้านทานในเกจวัดความเครียดได้อย่างแม่นยำ ช่วยแก้ไขความแตกต่างที่เล็กน้อยมาก และให้ความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยมในการวัด

ในระบบที่ใช้เซลล์โหลดสี่สายเพียงตัวเดียว บริดจ์ได้รับการกำหนดค่าไว้แล้วและไม่จำเป็นต้องทำให้สิ่งต่างๆ ซับซ้อน หากคุณต้องการสร้างสมดุลที่แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยการรวมเซลล์หลายเซลล์เข้าด้วยกัน คุณจะต้องเชื่อมต่อเซลล์เหล่านั้นเพื่อสร้างบริดจ์วีตสโตนตัวเดียว โดยปฏิบัติตามโทโพโลยีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน หรือใช้โมดูลตัวรวม การกลับทิศของสัญญาณเอาท์พุต สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้ หากเมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น ค่าที่อ่านได้ลดลงหรือทำงานในทางตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ในกรณีนี้ เพียงแค่สลับการเชื่อมต่อสาย A+ และ A-

คุณสมบัติทางเทคนิคขั้นสูงของ HX711

โมดูลนี้นำเสนอ ประโยชน์มากมาย ซึ่งทำให้ได้รับความนิยมอย่างมาก:

• มีมติ: สูงถึง 24 บิต ช่วยให้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักขั้นต่ำได้
• ค่าเกนที่ตั้งโปรแกรมได้: คุณสามารถเลือกได้ระหว่าง 128x หรือ 64x ขึ้นอยู่กับความไวที่คุณต้องการ
• อัตราการสุ่มตัวอย่างปรับได้: ระหว่าง 10 Hz และ 80 Hz ช่วยให้คุณปรับความเร็วในการวัดให้เหมาะสมกับความเสถียรของการใช้งานได้
• ความเข้ากันได้: รองรับเซลล์โหลดแบบฟูลบริดจ์หรือฮาล์ฟบริดจ์ โดยสามารถอ่านเซลล์ได้สูงสุด 2 เซลล์ในการกำหนดค่าแบบคู่
• การใช้พลังงานต่ำมาก: ในขณะใช้งานอยู่ น้อยกว่า 1.5 mA เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่
• อุณหภูมิในการทำงาน: ช่วงกว้างมากตั้งแต่ -40ºC ถึง +85ºC
• รูปแบบกะทัดรัด: ด้วยขนาดที่ทำให้สามารถผสานเข้ากับบอร์ดและต้นแบบได้ง่าย โดยมีพินที่พร้อมสำหรับการบัดกรีหรือติดตั้งบนแผงทดลอง

เอกสารประกอบมีมากมายและมีชุมชนนักพัฒนาขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้มีพร้อมใช้งาน ตัวอย่างโค้ด ไลบรารี และคำแนะนำออนไลน์ เพื่อทำให้โครงการของคุณเสร็จสิ้นอย่างรวดเร็ว

วิธีการตั้งโปรแกรมและปรับเทียบเครื่องชั่งดิจิตอลโดยใช้ HX711 และ Arduino

การติดตั้งฮาร์ดแวร์เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของงานเท่านั้น เพื่อให้ได้การวัดน้ำหนัก ที่แน่นอนคุณต้องตั้งโปรแกรมและที่สำคัญที่สุดคือปรับเทียบระบบให้ถูกต้อง มาดูกัน วิธีทำทีละขั้นตอน:

การติดตั้งไลบรารี HX711

ขั้นตอนแรกคือการติดตั้งไลบรารีที่ช่วยให้สื่อสารกับ HX711 ได้ง่ายขึ้น ตัวเลือกที่ได้รับความนิยมและเชื่อถือได้มากที่สุดคือไลบรารีที่สร้างโดย Bogde ซึ่งมีให้ใช้งานบน GitHub คุณสามารถดาวน์โหลดด้วยตนเองหรือติดตั้งโดยตรงจาก ผู้จัดการร้านหนังสือ จาก Arduino IDE ค้นหา “HX711”

ฟังก์ชันหลักของไลบรารี HX711

• เริ่มต้น(PinData, PinClock): เริ่มต้นการใช้งาน HX711 โดยระบุพินข้อมูลและนาฬิกาที่ใช้บนไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณ
• set_scale(สเกลลอยตัว): กำหนดค่ามาตราส่วนหรือปัจจัยการแปลง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้การอ่านค่าสอดคล้องกับน้ำหนักจริง
• งาน: ดำเนินการรีเซ็ตค่า นั่นคือ ตั้งค่าการวัดเป็นศูนย์ด้วยน้ำหนักปัจจุบัน n ระบุจำนวนตัวอย่างที่นำมากำหนดค่า tare
• อ่าน(): ทำการอ่านสัญญาณครั้งเดียวจาก ADC ภายในของ HX711
• ค่าเฉลี่ยการอ่าน(n): ส่งกลับค่าเฉลี่ยของการอ่านค่า n ครั้ง เพิ่ม เสถียรภาพ y ความถูกต้อง ของการวัด
• รับค่า(n): ส่งคืนค่าการอ่านลบด้วยน้ำหนักเปล่า หากคุณส่งค่า n ระบบจะหาค่าเฉลี่ยของจำนวนการอ่านดังกล่าว
• รับหน่วย(n): คำนวณน้ำหนักโดยลบค่าน้ำหนักเปล่าและหารผลลัพธ์ด้วยค่ามาตราส่วน

ฟังก์ชันเหล่านี้ครอบคลุมรอบการทำงานทั้งหมดของการเริ่มต้นระบบ การสอบเทียบ การรีเซ็ตค่า และการอ่านค่ามาตราส่วน

การสอบเทียบ: ขั้นตอนสำคัญสำหรับการวัดที่แม่นยำ

La การสอบเทียบ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปรับปัจจัยมาตราส่วนเพื่อให้การอ่านค่าแบบดิจิทัลของ HX711 สอดคล้องกับค่าน้ำหนักจริงในหน่วยที่ต้องการ (โดยทั่วไปคือกิโลกรัมหรือกรัม) เทคนิคทั่วไปมีดังนี้:

1. โดยไม่มีวัตถุใด ๆ บนมาตราส่วน, เรียกใช้โปรแกรมการสอบเทียบที่ดำเนินการหักค่าน้ำหนัก (ตั้งค่ามาตราส่วนเป็นศูนย์)
2. วางวัตถุที่มีน้ำหนักที่ทราบ (โดยหลักการแล้ว ควรใกล้เคียงกับน้ำหนักสูงสุดที่คุณจะวัดได้) บนเครื่องชั่ง
3. บันทึกค่าการอ่านที่ไม่ได้ปรับขนาด ที่จอภาพแบบอนุกรมแสดงให้คุณเห็น เป็นเรื่องปกติที่จะมีค่าเฉลี่ยค่าที่อ่านได้หลายครั้ง
4. คำนวณปัจจัยมาตราส่วน โดยใช้สูตร: ค่าอ่าน / น้ำหนักจริง = ปัจจัยการชั่งโดยคำนึงถึงหน่วยที่คุณต้องการ (เช่น ถ้าคุณใช้หน่วยน้ำหนัก 4 กิโลกรัม และค่าที่อ่านได้คือ 1.730.000 ปัจจัยมาตราส่วนจะเท่ากับ 432500)
5. ปรับเปลี่ยนโปรแกรมเพื่อให้คุณป้อนค่าที่คำนวณได้ในฟังก์ชัน set_scale.
6. อ่านค่าซ้ำ เพิ่มหรือลบน้ำหนักเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการวัด

การสอบเทียบจะมีความละเอียดอ่อนต่อตำแหน่งเซลล์ ความแข็งของตัวรองรับ คุณภาพการสัมผัสทางไฟฟ้า และปัจจัยอื่นๆ หากคุณเปลี่ยนเซลล์ วิธีการติดตั้ง หรือรุ่น คุณจะต้องสอบเทียบใหม่

ตัวอย่างรหัสการสอบเทียบและการชั่งน้ำหนัก

แบบร่าง Arduino ทั่วไปประกอบด้วยสองส่วน: การปรับเทียบและการวัด แบบร่างการปรับเทียบช่วยให้คุณปรับค่าปัจจัยแบบโต้ตอบได้โดยใช้มอนิเตอร์แบบอนุกรม (+ หรือ – เพื่อปรับค่ามาตราส่วนให้ละเอียดขึ้น) แบบร่างการชั่งน้ำหนักจะแสดงน้ำหนักที่อ่านได้บนหน้าจอโดยใช้ค่าปัจจัยที่ได้

โครงสร้างโค้ดขั้นพื้นฐานจะเป็นดังต่อไปนี้ (ดัดแปลงและสรุปไว้ เพื่อที่จะไม่ทำซ้ำเนื้อหาของตัวอย่าง):

• รวมถึงไลบรารี HX711
• กำหนดพิน DATA และ CLOCK
• เริ่มต้นระบบ HX711 และดำเนินการ tare
• ในลูปหลัก ให้ใช้ get_units() เพื่อแสดงน้ำหนักที่อ่านทุกครึ่งวินาที
• ช่วยให้คุณปรับเปลี่ยนปัจจัยการสอบเทียบจากจอภาพแบบอนุกรมหากคุณต้องการปรับแต่งความแม่นยำ

วิธีนี้ได้รับความนิยมจาก SparkFun และนักพัฒนาอื่นๆ ซึ่งรับประกันการปรับเทียบที่สมบูรณ์แบบ แม้ว่าเซลล์จะไม่เหมือนกันทุกประการกับเซลล์อื่นๆ ที่มีรุ่นเดียวกันก็ตาม

การบูรณาการขั้นสูง: เครื่องชั่งน้ำหนักในห้องน้ำ IoT และระบบอุตสาหกรรม

ในโครงการภายในบ้าน เซลล์โหลดมักจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่จากเครื่องชั่งในห้องน้ำเชิงพาณิชย์ (โดยปกติจะมาพร้อมกับเซ็นเซอร์เดี่ยวสี่ตัว) หากต้องการรวมเซลล์โหลดและเชื่อมต่อกับ HX711 คุณสามารถใช้โมดูลรวมหรือปฏิบัติตามแผนผังการเชื่อมต่อเฉพาะที่ช่วยให้คุณสร้างสะพาน Wheatstone ได้ด้วยเซ็นเซอร์ทั้งสี่ตัว หากคุณไม่มีโมดูลรวม คุณจะต้องระบุสายไฟ (โดยปกติแล้วจะมีสามเส้นต่อเซ็นเซอร์หนึ่งตัว) และรวมเข้าด้วยกันโดยใช้การอ้างอิงความต้านทานภายในระหว่างคู่

การรวม HX711 เข้าด้วยกันนั้นไม่มีขอบเขตจำกัด ซึ่งถือเป็นเรื่องปกติในโครงการ IoT (Internet of Things) ที่น้ำหนักที่ตรวจสอบโดยเครื่องชั่งดิจิทัลจะถูกส่งไปยังคลาวด์โดยใช้ ESP8266, NodeMCU หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน ช่วยให้คุณสามารถชั่งน้ำหนักอัตโนมัติ ควบคุมสินค้าคงคลังจากระยะไกล ตรวจสอบถังแก๊ส ถัง และระบบอื่นๆ ที่น้ำหนักเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ

ในภาคอุตสาหกรรม ความทนทานและความแม่นยำของ HX711 ทำให้สามารถนำไปใช้ในระบบการแบ่งปริมาณอัตโนมัติ ระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติ เครื่องจักรบรรจุภัณฑ์ และการใช้งานทางการแพทย์ เนื่องจากมีความละเอียดเพียงพอที่จะวัดได้ตั้งแต่กรัมถึงหลายสิบกิโลกรัมด้วยความแม่นยำสูง

คำแนะนำและการแก้ไขปัญหาทั่วไป

เมื่อสร้างระบบชั่งน้ำหนักของคุณเอง โปรดคำนึงถึงเคล็ดลับเหล่านี้:

• หลีกเลี่ยงแรงกระแทกหรือการสั่นสะเทือนที่มากเกินไปบนเซลล์โหลดเพราะอาจทำให้เกจวัดเสียหายหรือส่งผลต่อการสอบเทียบได้
• รับประกันการยึดเชิงกลที่ถูกต้อง เพื่อหลีกเลี่ยงการอ่านค่าที่ไม่แน่นอนหรือไม่เสถียร โซนตรงกลางต้องเป็นอิสระและแรงต้องอยู่ในแนวเดียวกับทิศทางที่ระบุอย่างสมบูรณ์แบบ
• ตรวจสอบการเชื่อมต่อไฟฟ้าการสัมผัสที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดความผันผวนหรือสัญญาณรบกวนซึ่งทำให้การปรับเทียบทำได้ยาก
• หากการอ่านค่าไม่เสถียรหรือเปลี่ยนแปลงภายใต้สุญญากาศดำเนินการรีเซ็ตค่าใหม่และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟมีเสถียรภาพ
• หากผลการอ่านเปลี่ยนแปลงไปในทางกลับ (ลดลงตามน้ำหนัก), สลับการเชื่อมต่อ A+ และ A-

นอกจากนี้ หากโครงการของคุณต้องการการวัดช่วงน้ำหนักที่แตกต่างกันในเวลาที่แตกต่างกัน อย่าลืมปรับปัจจัยการสอบเทียบให้เหมาะสม บันทึกค่าการสอบเทียบที่ได้รับสำหรับแต่ละเซลล์และการกำหนดค่าเสมอ

คุณสมบัติของโมดูล HX711 และตัวเลือกการซื้อขาย

ตลาดมีโมดูล HX711 ที่ใช้งานร่วมกันได้หลากหลายประเภท ทั้งในร้านเฉพาะทางและบนแพลตฟอร์มเอนกประสงค์ โดยทั่วไปโมดูลเหล่านี้จะมีเซลล์โหลดในช่วงต่างๆ (1 กก., 5 กก., 20 กก., 50 กก.) และมีพินหรือเฮดเดอร์สำหรับการรวมเข้ากันที่ง่ายดาย คุณสมบัติที่น่าสนใจของโมดูลเหล่านี้ ได้แก่:

• โวลตาเจ เดอ ฟุนซิโอนาเมียนโต: ระหว่าง 2.6V และ 5.5V ทำให้สามารถใช้งานร่วมกับบอร์ดทั้ง 3.3V และ 5V ได้
• การใช้พลังงานต่ำมาก: น้อยกว่า 1.5 mA.
• รูปแบบกะทัดรัด: เหมาะสำหรับการบูรณาการในโครงการ DIY และต้นแบบ
• เอกสารและการสนับสนุน: ชุมชนและผู้ผลิตมักจัดเตรียมบทช่วยสอน แผ่นข้อมูล และตัวอย่างการใช้งานสำหรับทั้ง Arduino และแพลตฟอร์มอื่นๆ

ตัวอย่างการใช้งานจริงและการประยุกต์ใช้งาน

ด้วยความคล่องตัวของเซลล์โหลดและ HX711 ทำให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลาย:

• เครื่องชั่งดิจิตอลในครัวเรือนและห้องครัว: เพื่อชั่งน้ำหนักส่วนผสมหรืออาหารได้อย่างแม่นยำสูงสุด
• ระบบตรวจสอบถังแก๊ส: พวกเขาอนุญาตให้ตรวจสอบสถานะการเติมจากระยะไกลเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการหมดอุปทาน
• การควบคุมสต๊อกสินค้าในคลังสินค้าและร้านค้า: ผ่านการชั่งน้ำหนักอย่างต่อเนื่อง สามารถตรวจสอบสต๊อกที่เหลือได้แบบเรียลไทม์
• เครื่องชั่งที่เชื่อมต่อผ่านคลาวด์: การใช้บอร์ดเช่น ESP8266 ข้อมูลที่รวบรวมมาสามารถมองเห็นได้หรือประมวลผลบนแพลตฟอร์มเว็บสำหรับการวิเคราะห์ขั้นสูง
• อุปกรณ์ทางการแพทย์ : เช่น เครื่องชั่งสำหรับเตียงในโรงพยาบาล ระบบการแบ่งปริมาณยา และการตรวจสอบน้ำหนักในห้องปฏิบัติการ
• ระบบหุ่นยนต์และระบบการจ่ายยาอัตโนมัติ: เพื่อจ่ายวัตถุดิบให้ได้ปริมาณที่เหมาะสมในแต่ละกระบวนการ

ในกรณีทั้งหมดนี้ โปรโตคอลการเชื่อมต่อและการเขียนโปรแกรมจะคล้ายกันมาก เมื่อปรับเทียบเซลล์แล้ว คุณจะได้การวัดที่เชื่อถือได้และแม่นยำ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการทำงานอัตโนมัติและการควบคุมระบบของคุณ

วิธีการเลือกระบบให้เหมาะกับโครงการของคุณ

การตัดสินใจเลือกเซลล์ขนาด 1 กก. 5 กก. 20 กก. หรือ 50 กก. ประเภทของการติดตั้ง และการสอบเทียบจะขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของคุณ วิธีเลือกเซลล์ที่เหมาะสมมีดังนี้: เกณฑ์บางประการในการตัดสินใจที่ดีที่สุด:

• ช่วงการชั่งน้ำหนัก : เลือกเซลล์โหลดที่มีความจุสูงสุดสูงกว่าน้ำหนักสูงสุดที่คุณจะวัดโดยปกติเล็กน้อย
• ความแม่นยำที่ต้องการ: หากคุณต้องการความแม่นยำในระดับกรัม ให้มองหาเซลล์โหลดที่มีความไวสูงและช่วงการวัดต่ำ หากแอปพลิเคชันของคุณยอมรับข้อผิดพลาดหลายกรัมหรือหลายสิบกรัม คุณสามารถเลือกใช้รุ่นที่มีช่วงการวัดสูงกว่าได้
• ความยากในการประกอบเชิงกล: รุ่นติดบาร์สำหรับเครื่องชั่งในครัวติดตั้งง่ายกว่า สำหรับเครื่องชั่งในห้องน้ำที่มีเซ็นเซอร์ 4 ตัว คุณจะต้องประกอบสายเคเบิลหรือซื้อโมดูลรวม
• รองรับไมโครคอนโทรลเลอร์: โมดูล HX711 สามารถใช้งานได้กับการ์ดแทบทุกประเภท แต่ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าและระดับลอจิกถูกต้อง

การทำงานแบบโมดูลาร์และราคาถูกของ HX711 และเซลล์โหลดได้ทำให้เทคโนโลยีการชั่งน้ำหนักแบบอิเล็กทรอนิกส์แพร่หลายมากขึ้น ทำให้ผู้ผลิต นักเรียน หรือผู้เชี่ยวชาญสามารถสร้างระบบการวัดของตนเองได้พร้อมรับประกันความสำเร็จ

การเลือก การสอบเทียบ และการประกอบเครื่องจักรที่เหมาะสมจะกำหนดความสำเร็จของโครงการของคุณ ด้วยการวัดที่เชื่อถือได้และมีเสถียรภาพ คุณสามารถผสานระบบควบคุม ระบบอัตโนมัติ และการตรวจสอบเข้ากับผลลัพธ์ระดับมืออาชีพได้ทั้งในบ้านและในโรงงาน