Comment construire des balances Arduino : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Au Restart Project à Londres, nous organisons des événements de réparation où les membres du public sont invités à apporter toutes sortes d'articles électriques et électroniques à réparer, afin de les sauver de la mise en décharge. Il y a quelques mois (lors d'un événement auquel je n'ai pas assisté), quelqu'un a apporté des balances de cuisine défectueuses que personne ne pouvait réparer.

N'ayant jamais vu à l'intérieur de balances numériques et ne sachant pas comment elles fonctionnent, j'ai pris comme défi de les rechercher, en construisant deux versions de la mienne.

Si vous souhaitez construire vos propres balances ou intégrer une fonction de pesage dans un projet plus large, vous pouvez utiliser ce Instructable comme base, quelles que soient vos exigences, de la pesée de fractions de gramme à plusieurs kilogrammes.

Je me concentrerai donc sur l'électronique, le logiciel et les principes sous-jacents. La façon dont vous réalisez votre propre projet dépend entièrement de vous.

Je vais également vous montrer comment les calibrer, même si vous n'avez pas de poids standard.

Après avoir fait mes recherches et les avoir validées en construisant mes propres balances, j'ai écrit les principes des balances, y compris tout ce que je pouvais en déduire sur la recherche de pannes, dans le Wiki Restart Project. Allez jeter un œil !

Étape 1: Choisir vos cellules de charge

Toutes les balances numériques sont construites autour d'une cellule de pesée à 4 bornes ou de quatre cellules de pesée à 3 bornes. Lequel obtenir dépend du type d'échelles que vous voulez faire. Ils sont tous compatibles électriquement et assez bon marché, vous pouvez donc changer d'avis plus tard, ou obtenir plus d'un type à expérimenter.

Pour les balances de cuisine ou postales avec une charge maximale de l'ordre de 100g à 10kg, vous pouvez obtenir des capteurs de pesage à 4 bornes constitués d'une barre en aluminium. Celui-ci est monté horizontalement, soutenu à une extrémité et supportant la plate-forme de pesage à l'autre. Il est équipé de 4 jauges de contrainte. J'explique en détail comment cela fonctionne dans mon article wiki donc je ne le répéterai pas ici.

Ceux-ci sont moins adaptés aux charges plus lourdes telles que les pèse-personnes, où le poids total d'une personne, pas nécessairement centré sur la plate-forme, est mieux supporté par 4 capteurs de pesage supportant les 4 coins de la plate-forme.

C'est là que quatre capteurs de pesage à 3 bornes sont plus adaptés. Ceux évalués à 50 kg chacun sont largement disponibles, qui ensemble pèseront jusqu'à 200 kg.

D'autres avec des cotes encore plus élevées sont conçues pour suspendre le poids à mesurer à la manière des pèse-bagages

Étape 2: De quoi d'autre avez-vous besoin

En plus de votre ou de vos capteurs de pesage, vous aurez besoin de:

• Un Arduino. Vous pouvez utiliser pratiquement n'importe quel type, mais j'ai utilisé le Nano car il a l'interface USB intégrée et ne coûte que quelques livres.
• Un module HX711. Cela peut être fourni avec votre cellule de charge, mais est disponible à très bas prix en tant qu'article séparé auprès de nombreuses sources.
• Pour le prototypage, une maquette de 400 points, des cavaliers, des barrettes de broches et de prises.

Vous aurez également besoin de bois, de plastique, de vis, de colle ou de tout ce dont vous avez besoin pour votre version particulière du projet.

Étape 3: Préparation des pièces

Pour utiliser le module HX711 sur la maquette, soudez une barrette de 4 broches larges aux broches d'interface (GND, DT, SCK, VCC) du HX711.

Pour une connexion et une déconnexion faciles de la cellule de charge (en particulier si vous expérimentez avec plus d'un type), soudez une bande de connecteurs à 6 broches de large aux broches analogiques. (Vous n'avez besoin que des broches E+, E-, A- et A+ mais j'ai quand même installé une bande de 6 largeurs au cas où je voudrais expérimenter avec les deux autres.)

Si vous utilisez une cellule de pesée à 4 fils, vous devrez alors souder les 4 fils de la cellule de pesée à une bande de broches de 4 larges. Les deux premières broches seront E+ et E- et les deux autres A- et A+. J'ai collé les joints de soudure avec du ruban PVC pour les protéger. Une marque à une extrémité et une marque correspondante sur la prise de broche signifie que je sais dans quel sens le connecter, même si je ne pense pas que cela ait d'importance.

Différentes cellules de charge codent les fils différemment, mais il est facile de dire lequel est lequel. Avec un compteur de test sur une plage de résistance, mesurez la résistance entre chaque paire de fils. Il y a 6 paires possibles de 4 fils mais vous n'obtiendrez que 2 lectures différentes. Il y aura 2 paires qui liront 33% de plus que les 4 autres, disons 1 000Ω au lieu de 750Ω. L'une de ces paires est E+ et E- et l'autre est A+ et A- (mais peu importe laquelle).

Une fois que tout fonctionne, si la balance indique un poids négatif lorsque vous mettez quelque chose dessus, échangez E+ et E-. (Ou A+ et A- si c'est plus facile. Mais pas les deux !)

Étape 4: Comment utiliser les cellules de charge à 3 fils

Si vous utilisez quatre capteurs de pesage à 3 fils, vous devrez nous les câbler avec un morceau de stripboard et prendre les connexions E+, E-, A+ et A- de la combinaison.

Étant donné que les couleurs de fil de la vôtre peuvent être différentes de la mienne, appelons les 3 couleurs de fil de chaque cellule de charge A, B et C.

Avec un compteur de test sur une plage de résistance, mesurez la résistance entre chaque paire de fils. Il y a 3 paires possibles, mais vous ne mesurerez que 2 lectures différentes. Identifiez la paire qui lit deux fois l'un des deux autres. Appelez cette paire A et C. Celle que vous avez laissée de côté est B. (La résistance entre B et A ou C est la moitié de la résistance entre A et C.)

En termes simples, vous devez câbler les 4 capteurs de pesage dans un carré, avec le fil A de chacun connecté au fil A de son voisin et le fil C au fil C de son voisin de l'autre côté. Les fils B de deux cellules de charge sur les côtés opposés du carré sont E+ et E-, et les fils B de l'autre paire sont A+ et A-

Étape 5: Câblage de la planche à pain

Le câblage de la planche à pain est très simple, ne nécessitant que 4 cavaliers. La librairie Fritzing ne m'a proposé qu'une version légèrement différente du module HX711 de la mienne mais le câblage est le même. Vous pouvez suivre le schéma, ou si vous utilisez un autre Arduino, câblez-le comme dans le tableau ci-dessous:

Broche Arduino HX711 Broche 3V3 VCC GND GND A0 SCK A1 DT

Étape 6: Montage des cellules de charge

Le type de cellule de charge à barre en aluminium a deux trous filetés à chaque extrémité. Vous pouvez utiliser une paire pour le monter sur une base appropriée avec une entretoise entre les deux. L'autre paire, vous pouvez utiliser de la même manière pour monter une plate-forme de pesage, encore une fois, avec une entretoise. Juste à des fins expérimentales, vous pouvez utiliser n'importe quel morceau de bois ou de plastique que vous avez sous la main, mais pour un produit fini poli, vous voudrez faire plus attention.

Le moyen le plus simple de monter les quatre capteurs de pesage à 3 fils est entre deux morceaux d'aggloméré. J'ai utilisé un routeur pour faire 4 empreintes peu profondes dans la base afin de localiser positivement les quatre cellules. Dans mon cas, les empreintes nécessitaient un puits central légèrement plus profond afin que les deux rivets du fond ne reposent pas sur la base.

J'ai utilisé un pistolet à colle thermofusible pour maintenir les cellules de charge en place sur la base et également pour fixer le stripboard sur la base au milieu. J'ai ensuite appuyé fortement la plate-forme de pesée sur eux de sorte que les picots sur le dessus des cellules de charge fassent de légères empreintes. Je les ai approfondis avec le routeur et j'ai vérifié qu'ils étaient toujours bien alignés avec les cellules de charge. J'ai ensuite mis de la colle thermofusible sur et autour de chaque empreinte et j'ai rapidement pressé la plate-forme de pesée sur les cellules de charge avant que la colle ne durcisse.

Étape 7: Programmation de l'Arduino

Je suppose que vous avez installé l'IDE Arduino sur votre ordinateur et que vous savez comment l'utiliser. Sinon, consultez l'un des nombreux tutoriels Arduino - ce n'est pas mon but ici.

Dans les menus déroulants IDE, sélectionnez Sketch - Inclure la bibliothèque - Gérer les bibliothèques…

Tapez hx711 dans la zone de recherche. Il devrait trouver HX711-master. Cliquez sur Installer.

Téléchargez le fichier joint HX711.ino exemple de croquis. Dans le menu déroulant Fichier IDE, ouvrez le fichier que vous venez de télécharger. L'IDE dira qu'il doit être dans un dossier - permettez-lui de le mettre dans un.

Compilez et téléchargez le croquis, puis cliquez sur le moniteur série dans l'IDE.

Vous trouverez ci-dessous un exemple de sortie. Dans la phase d'initialisation, il affiche une moyenne de 20 lectures brutes du HX711, puis règle la tare (c'est-à-dire le point zéro). Après cela, il donne une seule lecture brute, une moyenne de 20 et une moyenne de 5 moins la tare. Enfin, une moyenne de 5 moins la tare et divisée par le facteur d'échelle pour donner une lecture calibrée en grammes.

Pour chaque lecture, il donne la moyenne calibrée de 20 et l'écart type. L'écart type est la gamme de valeurs dans laquelle 68 % de toutes les mesures devraient se situer. 95 % se situeront dans deux fois cette plage et 99,7 % dans trois fois la plage. C'est donc utile comme mesure de la plage d'erreurs aléatoires dans le résultat.

Dans cet exemple, après la première lecture, j'ai placé une nouvelle pièce d'une livre sur la plate-forme, qui devrait peser 8,75 g.

HX711 DemoInitialisation de la balance Raw ave(20): 1400260 Après avoir configuré la balance: Raw: 1400215 Raw ave(20): 1400230 Raw ave(5) - tare: 27.00 Calibrated ave(5): 0.0 Lectures: Mean, Std Dev of 20 lectures: -0,001 0,027 Temps pris: 1,850 s Moyenne, Std Dev de 20 lectures: 5,794 7,862 Temps pris: 1,848 s Moyenne, Std Dev de 20 lectures: 8,766 0,022 Temps pris: 1,848 s Moyenne, Std Dev de 20 lectures: 8,751 0,034 Temps pris: 1,849 s Moyenne, Dev Std de 20 lectures: 8,746 0,026 Temps pris: 1,848 s

Étape 8: Étalonnage

L'esquisse Arduino de l'étape précédente contient deux valeurs d'étalonnage (ou facteurs d'échelle) relatives à mon 1 kg et mon ensemble de quatre capteurs de pesage à 3 fils de 50 kg. Celles-ci se trouvent sur les lignes 19 et 20. Vous devrez effectuer votre propre étalonnage, en commençant par n'importe quelle valeur d'étalonnage arbitraire telle que 1 (sur la ligne 21).

Je n'avais pas de poids standard, donc pour la cellule de charge de 1 kg, j'ai utilisé une nouvelle pièce de 1 £, qui pèse 8,75 g. Idéalement, vous devriez utiliser quelque chose pesant au moins un dixième du maximum de la balance.

Trouvez quelque chose - n'importe quoi - d'un poids à peu près convenable. Apportez-le à votre bureau de poste local, prétendez que vous devez l'afficher, placez-le sur la balance et notez soigneusement le poids. Ou vous pouvez l'apporter à un commerçant tel qu'un sympathique marchand de légumes local. Tout trader réputé devrait faire calibrer sa balance régulièrement pour se conformer aux normes de trading.

Vous avez maintenant un objet de poids connu. Placez-le sur votre balance et notez la lecture. Multipliez votre facteur d'échelle actuel par la lecture que vous avez obtenue et divisez le résultat par ce que la lecture aurait dû être, que ce soit en grammes, en kilogrammes, en livres, en micro-éléphants ou dans l'unité de votre choix. Le résultat est votre nouveau facteur d'échelle. Essayez à nouveau votre poids connu et, si nécessaire, répétez le processus.