¿Cómo configurar y calibrar celdas de carga con el HX711?

El módulo HX711 aparece como una base en los sistemas de pesaje modernos, que sirve como un borde peligroso entre los microcontroladores y las células de carga, los sensores básicos en peso y medición de fuerza.Este artículo explora los detalles del HX711, destacando su operación de doble canal que atiende a una o dos celdas de carga, ofreciendo flexibilidad en la configuración.Influye en un convertidor analógico a digital de 24 bits (ADC) y un amplificador de ganancia programable a bordo (PGA) para garantizar salidas digitales de alta resolución y minimizadas por ruido de señales analógicas mínimas.La participación de métodos de calibración precisos, incluidos los ajustes cero y a gran escala, se destaca para garantizar la precisión en diversas aplicaciones, desde escalas industriales hasta sistemas de cocina inteligentes.El artículo explora el impacto de los factores ambientales como la temperatura en el rendimiento de la celda de carga, detallando las técnicas de compensación que mejoran la confiabilidad.Las configuraciones de conexión, los problemas típicos encontrados y los métodos de solución de problemas proporcionan información práctica para optimizar la funcionalidad y la durabilidad de los sistemas basados ​​en HX711.

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¿Qué es HX711?

Figura 1: HX711

El HX711 es un módulo electrónico comúnmente utilizado para interactuar con las celdas de carga, que son sensores que miden el peso o la fuerza.Cuenta con un ADC de 24 bits y un amplificador integrado para convertir señales analógicas de las celdas de carga en salida digital de alta resolución, garantizando mediciones de peso precisas.El HX711 admite dos canales, permitiendo la conexión a una o dos celdas de carga y proporcionando flexibilidad para diferentes configuraciones del sistema de pesaje.Optimizado para un ruido bajo, el módulo garantiza mediciones de peso precisas al minimizar la interferencia.Se comunica con microcontroladores, como Arduino, a través de una interfaz serie simple, que requiere solo unos pocos pines para la transmisión de datos.El HX711 funciona a baja potencia, lo que lo hace adecuado para sistemas con baterías.Su amplificador integrado tiene ganancia ajustable, lo que permite la personalización basada en la sensibilidad de la celda de carga unida.

La pequeña señal analógica de la celda de carga se amplifica por el amplificador de ganancia programable incorporado (PGA) del HX711, que generalmente se establece en una ganancia de 128 o 64, dependiendo de la intensidad de la señal de salida del sensor.Esta señal amplificada se alimenta a un convertidor A/D de 24 bits, transformándolo en una señal digital de alta precisión.Se requieren un blindaje y una conexión a tierra adecuada de la línea de señal durante este proceso para evitar interferencias externas.Una vez convertida, la señal digital se envía al microcontrolador a través de la interfaz serie del HX711.Las técnicas de filtrado digital como el filtrado de promedio móvil o el filtrado de Kalman se pueden aplicar para mejorar la precisión de la medición.La calibración implica la calibración cero para establecer la salida del sensor en cero sin peso y calibración a gran escala para ajustar la salida para que coincida con el peso real de un objeto estándar conocido.

Conexión de HX711 en la celda de carga

Figura 2: HX711 en la celda de carga

El HX711 está diseñado principalmente para la interfaz con una celda de carga en los sistemas de pesaje.En una configuración típica, una celda de carga, que generalmente viene con cuatro cables: rojo (excitación + o VCC), negro (excitación - o GND), blanco (señal +) y verde (señal -)) está directamente conectado alHX711.Los cables rojos y negros están conectados a la e+ y las pines E en el HX711 respectivamente, proporcionando el voltaje de excitación requerido.Los cables blancos y verdes están unidos al A+ y A-Pins del HX711, que manejan las salidas de señal de la celda de carga.

Para la potencia, el HX711 requiere un voltaje de suministro típicamente entre 2.6 V y 5.5 V. Los pines de reloj (SCK) y datos del módulo (DT) que se conectan a los pines digitales correspondientes en un microcontrolador, facilitando la comunicación digital.Después de que se realizan todas las conexiones físicas, el sistema debe calibrarse con pesos conocidos para garantizar la precisión, ajustando el software del microcontrolador para correlacionar la salida analógica de la celda de carga a valores de peso específicos.Se requiere una conexión a tierra adecuada del HX711 al suelo del microcontrolador, y si es posible, a un terreno de tierra, para minimizar el ruido y elevar la precisión de la medición.

Comparación de diferentes tipos de celdas de carga

Efectos de la temperatura en la celda de carga

Figura 3: Temperatura en la celda de carga

Los cambios de temperatura afectan significativamente la precisión de las células de carga, causando cambios de deriva cero y sensibilidad debido a la expansión térmica y el coeficiente de temperatura de resistencia de los materiales de calibre de deformación.Para mitigar estos efectos, se pueden emplear varios métodos de compensación de temperatura.Un método es utilizar termopares o termistores para monitorear la temperatura de funcionamiento del sensor en tiempo real, procesado por los sistemas de software para corregir los errores de medición.Otro enfoque implica la selección de materiales de medidor de tensión con propiedades de compensación de temperatura inherente.Diseño de un circuito de puente efectivo, compuesto por cuatro medidores de tensión, dispuestos simétricamente y agregando resistencias de compensación de temperatura minimiza aún más los efectos de la temperatura.Mantener un entorno de temperatura constante es focal para los saldos de laboratorio de alta precisión, y el uso de adhesivos con alta estabilidad térmica asegura puntos de soldadura firmes en las conexiones del circuito del puente para evitar problemas como la soldadura en frío.

Ejemplos de proyectos utilizando HX711 y Cell Cell

Para la escala de cocina inteligente, los materiales requeridos incluyen un módulo HX711, una celda de carga de un solo punto, un microcontrolador Arduino y una pantalla.El proceso de construcción implica asegurar la celda de carga en la base de la escala, conectarla al HX711 e interactuar el HX711 con el Arduino.El Arduino está programado para administrar las operaciones del HX711, leer continuamente los datos de peso y mostrar esta información en la pantalla.Una mejora opcional es integrar un módulo Bluetooth para transmitir datos de peso a una aplicación móvil.

Figura 4: Cargue la celda con el microcontrolador Arduino

Para el lata de basura inteligente, los componentes requeridos son un módulo HX711, una celda de carga de un solo punto, un microcontrolador Arduino y un mecanismo de notificación como un timbre o luz LED.La configuración implica instalar la celda de carga en la parte inferior del bote de basura y conectarla al HX711 y Arduino.El software de Arduino se adapta para controlar el peso de la basura y emitir alertas a través del timbre o LED cuando la basura alcanza un peso predefinido.Agregar un módulo inalámbrico para el monitoreo remoto y la configuración del sistema para enviar alertas y datos de peso a una aplicación móvil es otra opción beneficiosa.

Figura 5: Microcontrolador Arduino con luces LED

Problemas comunes y solución de problemas

Al utilizar el módulo HX711 y los sensores de pesaje, puede encontrar varios problemas, como ruido de señal, deriva cero, inestabilidad de la señal y desafíos de mantenimiento general.Para abordar el ruido de la señal, la instalación de condensadores de filtro cerca del pasador de alimentación del HX711 puede mitigar el ruido de las fluctuaciones de alimentación.La utilización de cables blindados ayuda a aislar la interferencia electromagnética, lo que se requiere particularmente en las transmisiones de larga distancia.El uso de un osciloscopio puede ayudar a identificar fuentes de ruido en las líneas de potencia y señal, y los cables blindados con conexión a tierra se reducen aún más a la interferencia.Los problemas de deriva cero se pueden minimizar mediante la calibración regular y mantener un entorno de temperatura constante, o mediante el uso de dispositivos de compensación de temperatura.También es aconsejable monitorear y ajustar continuamente los cambios de temperatura para garantizar la estabilidad.

Para la inestabilidad de la señal, inspeccione los puntos de soldadura tanto en el sensor como en el módulo HX711 para asegurarse de que sean firmes.Verifique todos los cables para la integridad y el buen contacto, y use un multímetro para medir la resistencia en cada punto de contacto para confirmar la integridad de la conexión.Se requiere mantenimiento y calibración regulares.Esto incluye verificar el voltaje de la fuente de alimentación, garantizar conexiones de línea de señal segura y evaluar el estado mecánico del sensor.La calibración con un peso estándar es focal para mantener la precisión de la salida del sensor.

Conclusión

El módulo HX711 está involucrado en la transformación de sistemas de medición de peso básicos en soluciones técnicas confiables y adaptables.A través de un análisis completo de su diseño, aplicación y posibles problemas, este artículo no solo ilustra el papel del módulo en la elevación de la precisión y la estabilidad de las celdas de carga, sino que también proporciona un plan para la resolución y mantenimiento efectivos.Ya sea por elevar el procesamiento de señales digitales o calificar los efectos adversos de las variaciones de temperatura, las estrategias discutidas en este documento son requeridas para ingenieros y tecnólogos que tienen como objetivo conectar todo el potencial de HX711 en aplicaciones sensibles a peso.Los avances futuros en la ciencia de los materiales y la electrónica digital tienen la promesa de elevar aún más las capacidades de módulos como el HX711, pisando el camino para sistemas de pesaje más eficientes y precisos.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cuál es la sensibilidad de la celda de carga HX711?

Su sensibilidad, que indica cuán pequeño cambio de peso puede detectar, está determinada principalmente por la celda de carga conectada a ella.Las células de carga proporcionan una sensibilidad que varía de 1 mV/V a 3 mV/V, lo que significa que el voltaje de salida cambia en esta cantidad por voltio de excitación a plena carga.

2. ¿Cómo se aumenta la sensibilidad de una celda de carga?

Para aumentar la sensibilidad de una celda de carga, se pueden tomar varios pasos.Primero, considere usar una celda de carga que ofrece una mayor sensibilidad, indicada por una salida de MV/V más alta.A continuación, la calidad de la señal se puede mejorar mediante la adopción de mejores prácticas de cableado y utilizando técnicas de blindaje para reducir la interferencia de ruido.El uso de un convertidor analógico a digital (ADC) de mayor resolución o uno con un rendimiento de ruido superior, como el HX711, puede ser útil.El HX711 también se puede organizar para operar a una configuración de ganancia más alta, aumentando aún más la sensibilidad de la celda de carga.

3. ¿Cuál es la tasa de muestreo máxima para HX711?

El módulo HX711 puede generar velocidades de datos típicamente de hasta 80 muestras por segundo en su modo predeterminado.Al ajustar el pin de selección de velocidad (PIN de velocidad), puede cambiar su modo para aumentar la velocidad a 10 Hz para mediciones de mayor resolución, sacrificando cierta velocidad para más precisión.

4. ¿Puede sobrecargar una celda de carga?

Sí, puede sobrecargar una celda de carga, lo que puede provocar daños permanentes o degradación de su precisión.Las células de carga generalmente se clasifican con una capacidad máxima y un margen de sobrecarga, generalmente alrededor del 150% de su capacidad nominal.Exceder este límite arriesga la deformación mecánica y la falla de los medidores de tensión dentro de la célula.

5. ¿Cómo equilibra las celdas de carga?

Equilibrar múltiples celdas de carga en un sistema de pesaje es focal para lograr mediciones precisas.Para equilibrar efectivamente las celdas de carga, es importante garantizar primero que todas las celdas de carga sean de la misma capacidad y tipo.Deben instalarse por igual, y la plataforma o estructura debe ser rígida para soportar uniformemente cada celda.Se puede usar una caja de unión para combinar y equilibrar eléctricamente las señales de cada celda de carga.Si está disponible, ajuste la salida a través de potenciómetros para garantizar una distribución uniforme de la carga entre todas las celdas.Después de la instalación, se requiere calibrar todo el sistema para tener en cuenta cualquier modificación en las salidas de celdas individuales.