Подключение тензодатчика к Arduino Uno: Схема и пример кода

23.11.2023Вольтик.руПодключение модулей Arduino, Программирование в Arduino IDE2

Тензодатчики – это устройства, способные преобразовывать механическое напряжение в электрический сигнал. Их уникальные свойства позволяют измерять даже самые малые изменения веса или давления. В сфере DIY-электроники тензодатчики нашли широкое применение, от создания весов и датчиков нагрузки до разработки систем автоматизации и контроля. В этой статье мы узнаем, как подключить тензодатчик к Arduino и использовать его для получения точных данных и измерений.

Тензодатчики состоят из тонких проводников или деформируемых материалов, которые изменяют свои электрические характеристики при деформации. Когда на тензодатчик действует давление или вес, его сопротивление меняется, что приводит к изменению выходного сигнала. Этот принцип преобразования механической энергии в электрический сигнал позволяет тензодатчикам быть востребованными в измерительных системах для взвешивания, контроля напряжения, автоматизации и других приложениях в сфере электроники и автоматизации.

Тензодатчик, как и большинство датчиков, выдаёт аналоговый сигнал, который затем нужно преобразовать в цифровой для дальнейшей обработки или передачи. Для этого на Arduino можно использовать встроенный 10-битный АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Он позволяет преобразовать аналоговый сигнал в цифровой формат, который затем можно использовать в программе Arduino.

Однако, при подключении датчика к аналоговым пинам Arduino, точность измерений может быть невысокой. Это связано с ограниченной разрядностью встроенного АЦП, которая составляет всего 10 бит. Это означает, что максимальное количество уникальных значений, которые можно получить от АЦП, равно 2^10, или 1024.

Для получения более точных измерений можно использовать внешний АЦП, например, HX711. Этот АЦП имеет разрядность 24 бита, что значительно увеличивает количество уникальных значений, которые можно получить, и, следовательно, увеличивает точность измерений. С 24-битным АЦП, максимальное количество уникальных значений составляет 2^24, или около 16 миллионов, что дает точность измерений примерно 0.000015%, что гораздо выше, чем у 10-битного АЦП.

Компоненты

Для сборки устройства на понадобятся следующие компоненты:

Микроконтроллер Arduino Uno
Тензодатчик
Модуль 24-битного АЦП HX711
Макетные провода «Папа — Мама»

Схема подключения

HX71	Arduino Uno
GND	GND
VCC	5V
DT	2
SCK	3

Тензодатчик	HX71
Красный	E+
Белый	A-
Черный	E-
Зелёный	A+

Калибровка

Перед тек, как начать пользоваться датчиком, его необходимо откалибровать. Для этого загрузите скетч, представленный ниже, на Arduino, откройте монитор порта и следуйте инструкциям.

// Подключаем библиотеку HX711
#include "HX711.h"

// Определяем пины для подключения датчика
const uint8_t DATA_PIN = 2;
const uint8_t CLOCK_PIN = 2;

// Создаем объект my_scale для работы с датчиком
HX711 my_scale;                      

void setup() 
{
    // Инициализируем последовательное соединение на скорости 9600 бод
    Serial.begin(9600);

    // Инициализируем датчик, указывая пины для подключения
    my_scale.begin(DATA_PIN, CLOCK_PIN);
    my_scale.tare(20);

    Serial.println("Калибровка датчика HX711...");
    Serial.println("Убедитесь, что на весах ничего не лежит и нажпите Enter");

    // Ждем подтверждения
    while (Serial.available()) Serial.read();
    while (Serial.available() == 0);

    Serial.println("Определение смещения...");

    // Получаем смещение датчика
    uint32_t offset = my_scale.get_offset();

    Serial.print("Смещение: ");
    Serial.println(offset);
    Serial.println();

    Serial.print("Положите эталонный образец на весы и введите его вес в граммах (округлите вес до целого числа): ");
    while (Serial.available()) Serial.read();

    // Инициализируем переменную для хранения веса
    size_t weight = 0;

    // Читаем вес из ввода пользователя
    while (Serial.peek() != '\n')
    {
        if (Serial.available())
        {
            char user_input = Serial.read();

            //  Переводим введенный вес в число
            if (isdigit(user_input))
            {
                weight *= 10;
                weight = weight + (user_input - '0');
            }
        }
    }

    Serial.print("Вес эталона: ");
    Serial.println(weight);

    // Калибруем датчик
    my_scale.calibrate_scale(weight, 20);

    // Получаем коэффициент масштабирования
    float scale = my_scale.get_scale();

    Serial.print("Коэффициент масштабирования:  ");
    Serial.println(scale, 6);

    Serial.print("\nИспользуйте scale.set_offset(");
    Serial.print(offset);
    Serial.print("); и scale.set_scale(");
    Serial.print(scale, 6);
    Serial.print("); ");
    Serial.print("в настройках вышего проекта.");
}

void loop() 
{
    // В этом примере loop() пуст, так как калибровка выполняется только один раз при инициализации
}

// Подключаем библиотеку HX711

#include "HX711.h"

// Определяем пины для подключения датчика

const uint8_t DATA_PIN = 2;

const uint8_t CLOCK_PIN = 2;

// Создаем объект my_scale для работы с датчиком

HX711 my_scale;

void setup()

{

// Инициализируем последовательное соединение на скорости 9600 бод

Serial.begin(9600);

// Инициализируем датчик, указывая пины для подключения

my_scale.begin(DATA_PIN, CLOCK_PIN);

my_scale.tare(20);

Serial.println("Калибровка датчика HX711...");

Serial.println("Убедитесь, что на весах ничего не лежит и нажпите Enter");

// Ждем подтверждения

while (Serial.available()) Serial.read();

while (Serial.available() == 0);

Serial.println("Определение смещения...");

// Получаем смещение датчика

uint32_t offset = my_scale.get_offset();

Serial.print("Смещение: ");

Serial.println(offset);

Serial.println();

Serial.print("Положите эталонный образец на весы и введите его вес в граммах (округлите вес до целого числа): ");

while (Serial.available()) Serial.read();

// Инициализируем переменную для хранения веса

size_t weight = 0;

// Читаем вес из ввода пользователя

while (Serial.peek() != '\n')

{

if (Serial.available())

{

char user_input = Serial.read();

// Переводим введенный вес в число

if (isdigit(user_input))

{

weight *= 10;

weight = weight + (user_input - '0');

}

Serial.print("Вес эталона: ");

Serial.println(weight);

// Калибруем датчик

my_scale.calibrate_scale(weight, 20);

// Получаем коэффициент масштабирования

float scale = my_scale.get_scale();

Serial.print("Коэффициент масштабирования: ");

Serial.println(scale, 6);

Serial.print("\nИспользуйте scale.set_offset(");

Serial.print(offset);

Serial.print("); и scale.set_scale(");

Serial.print(scale, 6);

Serial.print("); ");

Serial.print("в настройках вышего проекта.");

}

void loop()

{

// В этом примере loop() пуст, так как калибровка выполняется только один раз при инициализации

}

Пример кода

Рассмотрим, как получать измерения веса с откалиброванного датчика:

// Подключаем библиотеку HX711
#include "HX711.h"

// Создаем объект my_scale для работы с датчиком
HX711 my_scale;

// Определяем пины для подключения датчика
const uint8_t DATA_PIN = 2;
const uint8_t CLOCK_PIN = 2;

// Данные, полученные при калибровке
uint32_t calibrated_scale = 1;
float calibrated_offset= 1.1;

void setup()
{
    // Инициализируем последовательное соединение на скорости 115200 бод
    Serial.begin(115200);

    // Инициализируем датчик, указывая пины для подключения
    my_scale.begin(DATA_PIN, CLOCK_PIN);

    // Устанавливаем полученные значения масштабирования и смещения
    my_scale.set_scale(calibrated_scale); 
    my_scale.set_offset(calibrated_offset);

    // Сбрасываем датчик до нуля
    my_scale.tare();
}

void loop()
{
    // Получаем измерение веса от датчика
    float measurement = my_scale.get_units(10);

    // Выводим измеренный вес
    Serial.print("Вес: ");
    Serial.println(measurement);

    // Пауза перед следующим измерением
    delay(100);
}

// Подключаем библиотеку HX711

#include "HX711.h"

// Создаем объект my_scale для работы с датчиком

HX711 my_scale;

// Определяем пины для подключения датчика

const uint8_t DATA_PIN = 2;

const uint8_t CLOCK_PIN = 2;

// Данные, полученные при калибровке

uint32_t calibrated_scale = 1;

float calibrated_offset= 1.1;

void setup()

{

// Инициализируем последовательное соединение на скорости 115200 бод

Serial.begin(115200);

// Инициализируем датчик, указывая пины для подключения

my_scale.begin(DATA_PIN, CLOCK_PIN);

// Устанавливаем полученные значения масштабирования и смещения

my_scale.set_scale(calibrated_scale);

my_scale.set_offset(calibrated_offset);

// Сбрасываем датчик до нуля

my_scale.tare();

}

void loop()

{

// Получаем измерение веса от датчика

float measurement = my_scale.get_units(10);

// Выводим измеренный вес

Serial.print("Вес: ");

Serial.println(measurement);

// Пауза перед следующим измерением

delay(100);

}

Подключение тензодатчика к Arduino Uno является важным этапом в создании любого проекта, связанного с измерением силы. С помощью правильной подготовки и понимания процесса подключения, можно успешно использовать тензодатчики в своих проектах.

Вольтик.ру

Вольтик - это слаженная команда амбициозных и заядлых инженеров. Мы создали этот проект с целью вовлечения вас, талантливых и начинающих профессионалов, в увлекательный мир мейкерской микроэлектроники!