Wie richte und kalibriere ich Lastzellen mit dem HX711?

Das HX711 -Modul erscheint als Grundlage in modernen Waagesystemen und dient als gefährliche Grenze zwischen Mikrocontrollern und Lastzellen - Sensoren grundlegend in Gewicht und Kraftmessung.In diesem Artikel werden die Details des HX711 untersucht, wobei der Doppelkanalbetrieb hervorgehoben wird, der entweder ein oder zwei Lastzellen richtet und Flexibilität in der Konfiguration bietet.Es beeinflusst einen 24-Bit-Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) und einen programmierbaren Verstärkungsverstärker (PGA) an Bord, um eine hochauflösende, rauschinimierte digitale Ausgänge aus minimalen analogen Signalen sicherzustellen.Die Einbeziehung präziser Kalibrierungsmethoden, einschließlich Anpassungen von Null und vollem Maßstab, wird hervorgehoben, um die Genauigkeit in verschiedenen Anwendungen von industriellen Maßstäben bis hin zu intelligenten Küchensystemen sicherzustellen.Der Artikel untersucht die Auswirkungen von Umgebungsfaktoren wie Temperatur auf die Leistung von Lastzellen und detaillierte Kompensationstechniken, die die Zuverlässigkeit verbessern.Die Verbindungseinstellungen, typische Probleme, die auftreten, und die Fehlerbehebungsmethoden liefern praktische Einblicke in die Optimierung der Funktionalität und Haltbarkeit von HX711-basierten Systemen.

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Was ist HX711?

Abbildung 1: HX711

Der HX711 ist ein elektronisches Modul, das üblicherweise zur Schnittstelle mit Lastzellen verwendet wird, bei denen es sich um Sensoren handelt, die Gewicht oder Kraft messen.Es verfügt über einen 24-Bit-ADC und einen integrierten Verstärker, um analoge Signale aus Lastzellen in hochauflösende digitale Ausgabe umzuwandeln und genaue Gewichtsmessungen zu gewährleisten.Der HX711 unterstützt zwei Kanäle, die die Verbindung zu ein oder zwei Lastzellen ermöglichen und Flexibilität für verschiedene Waagesystemkonfigurationen bieten.Das Modul optimiert für niedrige Rauschen und sorgt für genaue Gewichtsmessungen durch Minimierung der Interferenzen.Es kommuniziert mit Mikrocontrollern wie Arduino über eine einfache serielle Schnittstelle, die nur wenige Stifte für die Datenübertragung erfordert.Der HX711 arbeitet mit geringer Leistung und ist damit für batteriebetriebene Systeme geeignet.Sein Bordverstärker hat eine einstellbare Verstärkung, die eine Anpassung basierend auf der Empfindlichkeit der angeschlossenen Lastzelle ermöglicht.

Das winzige Analogsignal aus der Lastzelle wird durch den integrierten programmierbaren Verstärkerverstärker des HX711 (PGA) amplifiziert, der typischerweise auf eine Verstärkung von 128 oder 64 eingestellt ist, abhängig von der Ausgangssignalstärke des Sensors.Dieses amplifizierte Signal wird dann in einen 24-Bit-A/D-Wandler eingespeist, wodurch es in ein digitales Signal mit hoher Präzision umgewandelt wird.Während dieses Vorgangs sind eine ordnungsgemäße Abschirmung und Erdung der Signallinie erforderlich, um externe Störungen zu verhindern.Nach der Konvertierung wird das digitale Signal über die serielle Schnittstelle des HX711 an den Mikrocontroller gesendet.Digitale Filtertechniken wie die gleitende Durchschnittsfilterung oder die Kalman -Filterung können angewendet werden, um die Messgenauigkeit zu verbessern.Die Kalibrierung beinhaltet eine Kalibrierung von Null, um den Sensorausgang ohne Gewicht und Kalibrierung auf Null zu setzen, um den Ausgang so einzustellen, dass er dem tatsächlichen Gewicht eines bekannten Standardobjekts entspricht.

Verbindung von HX711 in Lastzelle

Abbildung 2: HX711 in Lastzelle

Der HX711 wurde hauptsächlich zur Schnittstelle mit einer Lastzelle in Waagesystemen entwickelt.In einem typischen Setup ist eine Lastzelle, die normalerweise mit vier Drähten ausgestattet ist - rot (Anregung + oder VCC), schwarz (Anregung - oder GND), Weiß (Signal +) und grün (Signal -) - direkt mit dem verbunden mit demHX711.Die roten und schwarzen Drähte sind mit den E+ und den E-Pins des HX711 verbunden, was die erforderliche Anregungsspannung liefert.Die weißen und grünen Drähte sind an den A+ und A-Pins des HX711 befestigt, die die Signalausgänge der Lastzelle verarbeiten.

Für die Stromversorgung benötigt der HX711 eine Versorgungsspannung zwischen 2,6 V und 5,5 V. Das Modul verfügt über Takt (SCK) und Daten (DT), die mit den entsprechenden digitalen Stiften eines Mikrocontrollers eine Verbindung zu den entsprechenden digitalen Stiften herstellen und die digitale Kommunikation erleichtern.Nachdem alle physikalischen Verbindungen hergestellt wurden, muss das System mit bekannten Gewichten kalibriert werden, um die Genauigkeit zu gewährleisten und die Software des Mikrocontrollers anzupassen, um den analogen Ausgang der Lastzelle an bestimmte Gewichtswerte zu korrelieren.Die ordnungsgemäße Erde des HX711 zum Boden des Mikrocontrollers und nach Möglichkeit zu einer Erdboden ist erforderlich, um die Rauschen zu minimieren und die Messungspräzision zu erhöhen.

Vergleich verschiedener Arten von Lastzellen

Besonderheit	Kompressionstyp	Spannungsart	Einzelpunkttyp	Biegerstrahltyp
Prinzip	Misst die Last vertikal angewendet	Misst die Last vertikal angewendet	Misst die Belastung in einem Bereich angelegt	Misst die Belastung durch Biegerkraft
Lastorientierung	Druckkraft	Zugkraft	Jede Richtung innerhalb einer Ebene	Biegen oder Bieger
Genauigkeit	Hoch	Hoch	Moderat bis hoch	Mäßig
Kosten	Mäßig	Moderat bis hoch	Niedrig bis moderat	Niedrig
Wartung	Niedrig	Niedrig	Niedrig	Niedrig
Ausgabe	Elektrisches Signal	Elektrisches Signal	Elektrisches Signal	Elektrisches Signal
Gemeinsame Anwendungen	Industriewaagen, Tank wiegt	Kranwaagen, Materialtests	Einzelhandelskalen, Plattformskalen	Tankwaage, Industriesysteme
Vorteile	Hohe Kapazität, robust	Geeignet für dynamische Lasten	Bequem für asymmetrische Lasten	Kostengünstig für bestimmte Bereiche
Nachteile		Begrenzt auf Druckbelastungen	Begrenzt auf Zuglasten	Nicht für das Laden außerhalb der Center geeignet

Auswirkungen der Temperatur auf die Lastzelle

Abbildung 3: Temperatur in der Lastzelle

Die Temperaturänderungen beeinflussen die Genauigkeit von Lastzellen signifikant, was zu einer Null -Drift- und Empfindlichkeitsänderung aufgrund der thermischen Ausdehnung und des Widerstandstemperaturkoeffizienten von Dehnungsmessermaterialien führt.Um diese Effekte zu mildern, können mehrere Temperaturkompensationsmethoden angewendet werden.Eine Methode ist die Verwendung von Thermoelementen oder Thermistoren, um die Betriebstemperatur des Sensors in Echtzeit zu überwachen, die von Softwaresystemen verarbeitet wurden, um Messfehler zu korrigieren.Ein anderer Ansatz besteht darin, dass die Auswahl von Dehnungsmessermaterialien mit inhärenten Temperaturkompensationseigenschaften ausgewählt wird.Das Entwerfen eines effektiven Brückenschaltungskreises, bestehend aus vier Dehnungsmessgeräten, symmetrisch angeordnet und zusätzliches Hinzufügen von Temperaturkompensationswiderständen minimiert die Temperatureffekte weiter.Die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturumgebung ist der Schwerpunkt auf hochpräzisen Laborbilanzen, und die Verwendung von Klebstoffen mit hoher thermischer Stabilität sorgt dafür, dass feste Schweißpunkte in den Brückenkreisverbindungen Probleme wie Kaltschweißen vermeiden.

Projektbeispiele mit HX711 und Lastzelle

Für die intelligente Küchenskala umfassen die erforderlichen Materialien ein HX711-Modul, eine einzelne Lastzelle, ein Arduino-Mikrocontroller und ein Anzeigebildschirm.Der Bauprozess umfasst die Sicherung der Lastzelle an der Basis der Skala, verbindet sie mit dem HX711 und die Vernichtung des HX711 mit dem Arduino.Der Arduino ist so programmiert, dass die Vorgänge des HX711 verwaltet, kontinuierlich Gewichtsdaten lesen und diese Informationen auf dem Bildschirm angezeigt werden.Eine optionale Verbesserung besteht darin, ein Bluetooth -Modul zur Übertragung von Gewichtsdaten in eine mobile App zu integrieren.

Abbildung 4: Zelle mit dem Arduino -Mikrocontroller laden

Für die Smart-Mülldose sind die erforderlichen Komponenten ein HX711-Modul, eine einzelne Lastzelle, ein Arduino-Mikrocontroller und ein Benachrichtigungsmechanismus wie ein Summer oder LED-Licht.Das Setup umfasst die Installation der Lastzelle am unteren Rand der Mülldose und die Verbindung mit HX711 und Arduino.Die Arduino -Software ist darauf zugeschnitten, das Müllgewicht zu überwachen und Warnungen über den Summer oder die LED auszugeben, wenn der Müll ein vordefiniertes Gewicht erreicht.Das Hinzufügen eines drahtlosen Moduls zur Fernüberwachung und Konfiguration des Systems zum Senden von Warnungen und Gewichtsdaten an eine mobile Anwendung ist eine weitere vorteilhafte Option.

Abbildung 5: Arduino -Mikrocontroller mit LED -Leuchten

Häufige Probleme und Fehlerbehebung

Bei Verwendung des HX711 -Moduls und der Waagesensoren können Sie auf mehrere Probleme wie Signalrauschen, Nulldrift, Signalinstabilität und allgemeine Wartungsprobleme stoßen.Um das Signalrauschen zu adressieren, kann die Installation von Filterkondensatoren in der Nähe des Netzteils des HX711 die Rauschen durch Leistungsschwankungen mildern.Die Verwendung abgeschirmter Kabel hilft dabei, elektromagnetische Störungen zu isolieren, was besonders bei Fernübertragungen erforderlich ist.Die Verwendung eines Oszilloskops kann dazu beitragen, Rauschquellen in Leistungs- und Signallinien zu identifizieren, und die ordnungsgemäß erdenkenden Abschirmkabel reduzieren die Interferenz weiter.Null -Drift -Probleme können durch regelmäßige Kalibrierung und die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturumgebung oder durch Verwendung von Temperaturkompensationsgeräten minimiert werden.Es ist auch ratsam, kontinuierlich die Temperaturänderungen zu überwachen und anzupassen, um die Stabilität zu gewährleisten.

Überprüfen Sie bei der Signalinstabilität die Lötpunkte sowohl im Sensor- als auch im HX711 -Modul, um sicherzustellen, dass sie fest sind.Überprüfen Sie alle Drähte auf Integrität und guten Kontakt und messen Sie einen Multimeter, um den Widerstand an jedem Kontaktpunkt zu messen, um die Verbindungsintegrität zu bestätigen.Regelmäßige Wartung und Kalibrierung sind erforderlich.Dies beinhaltet die Überprüfung der Stromversorgungsspannung, die Gewährleistung sicherer Signallinienverbindungen und die Beurteilung des mechanischen Zustands des Sensors.Das Kalibrieren mit einem Standardgewicht ist der Schwerpunkt, um die Genauigkeit der Sensorausgabe aufrechtzuerhalten.

Abschluss

Das HX711 -Modul ist an der Umwandlung von Basisgewichtsmesssystemen in zuverlässige und anpassbare technische Lösungen beteiligt.Durch eine vollständige Analyse seiner Konstruktion, Anwendung und potenziellen Probleme zeigt dieser Artikel nicht nur die Rolle des Moduls bei der Erhöhung der Präzision und Stabilität von Lastzellen, sondern bietet auch einen Entwurf für eine effektive Fehlerbehebung und Wartung.Unabhängig davon, ob es sich um die Erhöhung der digitalen Signalverarbeitung oder die Qualifizierung der nachteiligen Auswirkungen von Temperaturschwankungen handelt, sind die hier diskutierten Strategien für Ingenieure und Technologen erforderlich, die das volle Potenzial von HX711 in gewichtsempfindlichen Anwendungen verbinden möchten.Zukünftige Fortschritte in der Materialwissenschaft und der digitalen Elektronik versprechen, die Fähigkeiten von Modulen wie dem HX711 weiter zu erhöhen und den Weg für effizientere und genauere Waage -Systeme zu boden.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist die Empfindlichkeit der HX711 -Lastzelle?

Seine Empfindlichkeit, die angibt, wie klein eine Gewichtsänderung sie erkennen kann, wird hauptsächlich durch die mit ihm verbundene Lastzelle bestimmt.Lastzellen liefern eine Empfindlichkeit im Bereich von 1 mV/V bis 3 mV/V, was bedeutet, dass sich die Ausgangsspannung um diese Menge pro Volt der Anregung bei Volllast ändert.

2. Wie erhöhen Sie die Empfindlichkeit einer Lastzelle?

Um die Empfindlichkeit einer Lastzelle zu erhöhen, können mehrere Schritte unternommen werden.Erwägen Sie zunächst eine Lastzelle, die eine höhere Empfindlichkeit bietet, die durch einen höheren MV/V -Ausgang angezeigt wird.Als nächstes kann die Qualität des Signals durch die Einführung besserer Verdrahtungspraktiken und die Verwendung von Abschirmtechniken verbessert werden, um die Rauschinterferenz zu verringern.Die Verwendung eines Analog-zu-Digital-Wandlers (Analog-Digital-Wandlers mit höherer Auflösung) oder einer mit überlegener Rauschleistung, wie z. B. dem HX711, kann nützlich sein.Der HX711 kann auch so angeordnet werden, dass sie mit einer höheren Gewinneinstellung arbeiten und die Empfindlichkeit der Lastzelle weiter erhöhen.

3. Was ist die maximale Stichprobenrate für HX711?

Das HX711 -Modul kann die Datenraten in der Standardmodus typischerweise bis zu 80 Proben pro Sekunde ausgeben.Durch Einstellen des Ratenauswahlstift (Rate Pin) können Sie seinen Modus um die Geschwindigkeit um 10 Hz für höhere Messungen mit höherer Auflösung vergrößern und eine gewisse Geschwindigkeit für mehr Präzision opfern.

4. Können Sie eine Lastzelle überladen?

Ja, Sie können eine Lastzelle überlasten, die zu dauerhaften Schäden oder einer Verschlechterung ihrer Genauigkeit führen kann.Lastzellen werden im Allgemeinen mit einer maximalen Kapazität und einem Überlastmarge bewertet, typischerweise rund 150% ihrer Nennkapazität.Überschreiten dieser Grenze Risiken mechanische Verformungen und Versagen der Dehnungsmessgeräte in der Zelle.

5. Wie können Sie Lastzellen ausgleichen?

Das Ausgleich mehrerer Lastzellen in einem Waagesystem ist darauf aus, genaue Messungen zu erreichen.Um Belastungszellen effektiv auszugleichen, ist es wichtig, zunächst sicherzustellen, dass alle Lastzellen die gleiche Kapazität und den gleichen Typ haben.Sie sollten gleichermaßen installiert werden, und die Plattform oder Struktur muss starr sein, um jede Zelle gleichmäßig zu unterstützen.Ein Anschlussbox kann verwendet werden, um die Signale aus jeder Lastzelle elektrisch zu kombinieren und auszugleichen.Passen Sie den Ausgang nach verfügbarer Potentiometer an, um eine gleichmäßige Lastverteilung zwischen allen Zellen zu gewährleisten.Nach der Installation ist es erforderlich, das gesamte System zu kalibrieren, um Änderungen in den Ausgaben einzelner Zellen zu berücksichtigen.