قياس الوزن بخلية الحمل: 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

سيغطي هذا المنشور كيفية إعداد دائرة لقياس الأوزان التي تقل عن 1 كجم واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وإعادة ترتيبها.

تبلغ تكلفة ARD2-2151 9.50 يورو ويمكن شراؤها من:

www.wiltronics.com.au/product/9279/load-ce…

ما تم استخدامه:

-خلية تحميل 1 كجم (ARD2-2151)

- اثنان من مكبرات الصوت

- اردوينو

الخطوة 1: حول خلية التحميل

لديه ناتج صغير جدًا وبالتالي يحتاج إلى تضخيمه باستخدام مضخم صوتي (تم استخدام مكاسب إجمالية قدرها 500 لهذا النظام)

يستخدم مصدر تيار مستمر بجهد 12 فولت لتشغيل خلية التحميل.

تعمل في درجات حرارة تتراوح من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية ، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام بالنسبة للمشروع الذي كنا نخطط له.

الخطوة الثانية: بناء الدائرة

تحتوي خلية الحمل على إدخال بجهد 12 فولت ، وسيتم توصيل الإخراج بمضخم أجهزة لزيادة الإنتاج.

تحتوي خلية الحمل على ناتجين ، ناتج ناقص ومخرج موجب ، سيكون الفرق بينهما متناسبًا مع الوزن.

تتطلب مكبرات الصوت اتصال +15 فولت و -15 فولت.

يتم توصيل خرج مكبر الصوت بـ Arduino الذي يحتاج إلى اتصال 5V ، حيث سيتم قراءة القيم التناظرية وإعادة تحجيمها إلى إخراج الوزن.

الخطوة 3: Op-amp التفاضلية

يستخدم فرق أمبير لتضخيم الفرق بين خرج الجهد الموجب والناقص من خلية الحمل.

يتم تحديد الكسب بواسطة R2 / R

يجب أن يكون R على الأقل 50 كيلو أوم حيث أن مقاومة الإخراج لخلية التحميل هي 1 كيلو والمقاومتان 50 كيلو بايت سيعطيان خطأ بنسبة 1٪ وهو أمر غير مقبول

نطاقات الإخراج من 0 إلى 120 مللي فولت ، وهذا صغير جدًا ويحتاج إلى زيادة أكبر ، ويمكن استخدام مكاسب أكبر على مضخم الفرق أو يمكن إضافة مضخم غير محوّل

الخطوة 4: اكتساب أمبير

يتم استخدام مضخم صوت غير مقلوب لأن مضخم الفرق لا يخرج إلا 120mV

يتراوح المدخلات التناظرية إلى اردوينو من 0 إلى 5 فولت ، لذا سيكون مكاسبنا حوالي 40 للاقتراب قدر الإمكان من هذا النطاق لأن ذلك سيزيد من حساسية نظامنا.

يتم تحديد الكسب بواسطة R2 / R1

الخطوة 5: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

يجب أن يكون لتزويد 15V لـ op-amp و 10 V لخلية التحميل و 5 V إلى Arduino أرضية مشتركة.

(يجب توصيل جميع قيم 0 فولت معًا.)

يمكن استخدام الفولتميتر للتأكد من أن الجهد ينخفض بعد كل مقاوم للمساعدة في ضمان عدم وجود دوائر قصيرة.

إذا كانت النتائج متفاوتة وغير متسقة ، يمكن اختبار الأسلاك المستخدمة باستخدام الفولتميتر لقياس مقاومة السلك ، إذا كانت المقاومة تقول "غير متصل" فهذا يعني أن هناك مقاومة غير محدودة والسلك به دائرة مفتوحة ولا يمكن استخدامه. يجب أن تكون الأسلاك أقل من 10 أوم.

المقاومات لها تفاوت ، مما يعني أنه يمكن أن يكون لها خطأ ، يمكن التحقق من قيم المقاومة باستخدام مقياس الفولتميتر إذا تمت إزالة المقاوم من الدائرة.

يمكن إضافة مقاومات أصغر في سلسلة أو موازية للحصول على قيم مقاومة مثالية.

Rseries = r1 + r2

1 / الموازي = 1 / r1 + 1 / r2

الخطوة 6: النتائج من كل خطوة

الناتج من خلية الحمل صغير جدًا ويحتاج إلى تضخيم.

يعني الإخراج الصغير أن النظام عرضة للتدخل.

تم تصميم نظامنا حول الأوزان المتوفرة لدينا والتي كانت 500 جرام ،

تتناسب مقاومة كسب أمبير الكسب عكسياً مع نطاق نظامنا

الخطوة 7: نتائج اردوينو

العلاقة في هذه النتائج خطية وتعطينا صيغة للعثور على قيمة y (DU من Arduino) لقيمة x معينة (وزن الإدخال).

سيتم إعطاء هذه الصيغة والإخراج إلى اردوينو لحساب ناتج الوزن لخلية التحميل.

يحتوي مكبر الصوت على إزاحة 300DU ، ويمكن إزالته عن طريق إدخال جسر حجر القمح المتوازن قبل تضخيم جهد خلية التحميل. مما سيزود الدائرة بمزيد من الحساسية.

الخطوة 8: الكود

تم إرفاق الكود المستخدم في هذه التجربة أعلاه.

لتحديد الدبوس الذي يجب استخدامه لقراءة الوزن:

pinMode (A0، INPUT) ؛

يتم الإعلان عن الحساسية (معامل x في Excel) والإزاحة (الثابت في excel eqn):

في كل مرة يتم فيها إعداد النظام ، يجب تحديث الإزاحة إلى DU الحالي عند 0g

تعويض التعويم = 309.71 ؛ حساسية التعويم = 1.5262 ؛

ثم يتم تطبيق صيغة excel على المدخلات التناظرية

وطباعتها على الشاشة التسلسلية

الخطوة 9: مقارنة الإخراج النهائي بالإدخال

الناتج النهائي المعطى من Arduino يحسب بدقة الوزن الناتج.

متوسط خطأ 1٪

يحدث هذا الخطأ بسبب قراءة DU مختلفة بنفس الوزن عند تكرار الاختبار.

هذا النظام غير مناسب للاستخدام في مشروعنا بسبب قيود نطاق درجة الحرارة.

ستعمل هذه الدائرة مع أوزان تصل إلى 500 جرام ، حيث أن 5 فولت هي القيمة القصوى في الأردوينو ، إذا انخفضت مقاومة الكسب إلى النصف ، فسيعمل النظام حتى 1 كجم.

يحتوي النظام على إزاحة كبيرة ولكنه لا يزال دقيقًا ويلاحظ تغييرات بمقدار 0.4 جرام.