Hoje em dia, a medição precisa de peso e força É fundamental tanto em aplicações industriais quanto em projetos domésticos e de pesquisa. Se você já se perguntou O que é um sensor de extensômetro? e como ele complementa o Módulo HX711 Se você está procurando uma maneira de criar balanças digitais de alta precisão, veio ao lugar certo. Aqui, detalharemos todos os aspectos, da teoria à prática, para que você entenda cada detalhe e aprenda a implementar seu próprio sistema de pesagem.
Nos últimos tempos, o uso de tornou-se popular medidores de tensão juntamente com módulos como o HX711 na criação de balanças artesanais, produtos de automação residencial e até mesmo experimentos escolares. O melhor de tudo é que esses componentes são acessíveis, compatíveis com plataformas como Arduino e permitem medições confiáveis em nível profissional Se estiverem calibrados corretamente, vamos dar uma olhada passo a passo em tudo, desde a operação básica até a integração e programação.
O que é um extensômetro e como ele funciona?
La extensômetro é um sensor piezoresistivo que transforma uma deformação (seja por pressão, tração ou compressão) em uma variação de resistência elétrica, o que nos permite medir indiretamente forças ou peso aplicados a uma superfície. Esta propriedade é fundamental para a detecção de carga em células de carga modernas..
Em seu design mais básico, um calibrador de folga consiste em um filamento metálico muito fino colocado dentro de uma película adesiva. Quando a estrutura à qual está colado é deformada, o filamento se estica ou se comprime, alterando sua resistência. Essa mudança, embora pequena, é proporcional à força exercida. e pode ser analisado eletricamente.
O efeito piezoresistivo A resistência do medidor aumenta quando esticado e diminui quando comprimido. Isso permite que o esforço físico seja transformado em um sinal elétrico mensurável com precisão.
Esses medidores geralmente possuem valores de resistência padrão como 120Ω, 350Ω ou 1000Ω, e as alterações causadas por deformações são mínimas: por exemplo, uma variação de apenas 0.12 Ω em 120 Ω para cargas significativas. No entanto, sem um sistema de amplificação e medição adequado, essas pequenas variações seriam difíceis de detectar.
Célula de carga: a aplicação de extensômetros
Uma célula de carga É um transdutor que utiliza extensômetros para converter forças mecânicas em sinais elétricosO princípio de funcionamento é simples: um ou mais medidores são fixados a uma estrutura metálica projetada para se deformar previsivelmente sob carga. Quando o peso é aplicado, a estrutura se deforma, assim como os medidores, e um sinal elétrico proporcional à tensão é gerado.
Existem diferentes tipos de células de carga (hidráulico, pneumático, extensômetro, etc.), embora em eletrônica e sistemas embarcados o mais comum seja o extensômetro. Seu design consistente permite uma alta precisão e estabilidade.
As células variam em tamanho, formato, capacidade e arranjo mecânico, desde pequenas que pesam gramas até versões industriais que pesam toneladas.
Internamente, a maioria das células de carga monta 1, 2 ou 4 extensômetros formando uma ponte de Wheatstone., um circuito elétrico sensível a pequenas variações de resistência.
Ponte de Wheatstone: O Segredo da Sensibilidade
El Ponte de Wheatstone é um circuito de quatro resistores dispostos em um quadrado, no qual um ou mais podem ser extensômetros. Quando não há carga, o circuito está em equilíbrio e não há diferença de potencial entre suas saídas. Quando os extensômetros são deformados, esse equilíbrio é rompido. e diferenças de voltagem detectáveis aparecem que refletem a carga aplicada.
Esta configuração multiplica a sensibilidade às mudanças na resistência e permite a detecção de pequenas variações, que seriam impossíveis de capturar de outra forma.
Em balanças domésticas ou de laboratório, é comum usar quatro medidores formando uma ponte de Wheatstone completa, como é o caso de muitas balanças de banheiro e plataformas de pesagem. Isso ajuda a reduzir erros de temperatura e melhora a linearidade e a precisão.
Por que precisamos do módulo HX711?
Embora a ponte de Wheatstone amplifique as variações de tensão, as mudanças são extremamente pequenas (na ordem de microvolts). Microcontroladores como o Arduino mal conseguem detectá-los, quanto mais fazer medições precisas.
El Módulo HX711 É um chip projetado especificamente para sistemas de pesagem com células de carga de extensômetro, facilitando leituras precisas.
El HX711 funciona como amplificador de instrumentação y Conversor analógico-digital (ADC) de 24 bitsSua principal função é:
- Receba o sinal diferencial da ponte de Wheatstone.
- Amplifique isso para facilitar a leitura.
- Transforme-o em um sinal digital de alta resolução para que o microcontrolador possa processá-lo.
Além disso, o HX711 possui uma interface digital simples com apenas 2 pinos (Clock e Data), semelhante ao barramento I2C, o que simplifica a conexão e a comunicação com o software.
Características do módulo HX711
El HX711 Destaca-se pela alta sensibilidade e baixo custo. Algumas de suas principais características são:
- Precisão de 24 bits para detectar mudanças mínimas de peso.
- Amplificação de sinal integrada e programável (geralmente x128 ou x64).
- Dois canais de entrada analógicos independentes.
- Interface digital com 2 pinos (Dados Serial e Relógio Serial).
- Alimentação de 2,6 V a 5,5 V, compatível com Arduino e outros microcontroladores.
- Baixo consumo de energia.
O módulo geralmente vem com duas fileiras de pinos: uma para conectar à célula de carga e outra para o microcontrolador.
Esses pinos geralmente são rotulados como: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCKOs cabos típicos de células de carga são:
- Vermelho: Excitação positiva (E+ / VCC)
- Preto: Excitação negativa (E- / GND)
- Branco: Saída negativa (A-)
- Verde: Saída positiva (A+)
Tipos de conexão e variantes de células de carga
A fiação padrão das células de carga é de quatro fios, embora as cores possam variar dependendo do fabricante. Algumas versões mais baratas ou recicladas têm três fios, enquanto as mais avançadas incluem um quinto fio amarelo ou azul para blindagem ou aterramento.
Em projetos residenciais, as células de carga mais comuns são 5 kg ou 20 kg, embora existam versões de até 50 kg ou mais para aplicações industriais.
Para conectar várias células, como em balanças de banheiro, um módulo combinador ou conexão manual, que requer conhecimento elétrico. É importante observar a direção da seta na célula para uma medição correta, garantindo que a parte central esteja livre e a deformação ideal.
Montagem de uma balança digital: materiais e conexões
Para construir um balança digital Com extensômetros e HX711, você precisará de:
- Um microcontrolador (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266, etc.).
- Pelo menos uma célula de carga (1 kg, 5 kg, 20 kg… conforme necessário).
- Um módulo HX711.
- Uma superfície rígida para a plataforma.
- Cabos, conectores e parafusos.
Opcionalmente, você pode adicionar:
- Tela LCD ou display para mostrar o peso.
- Botões para tara e modo.
- Suportes ou placas para a estrutura.
- Componentes de conectividade como WiFi ou Bluetooth com ESP8266/ESP32.
As conexões são simples:
- Conecte os fios da célula aos pinos HX711: Vermelho para E+, Preto para E-, Branco para A-, Verde para A+.
- VCC e GND do HX711 para 5V e GND do microcontrolador.
- DT e SCK do HX711 para pinos digitais (exemplo 3 e 2).
- Monte a célula na estrutura, certificando-se de que somente a área central permaneça livre para a medição correta.
Programação com Arduino e calibração da balança
Para ler os dados, o Livraria HX711 de Bogde, disponível no Gerenciador de Bibliotecas do Arduino IDE. Alguns recursos principais incluem:
- begin(pinData, pinClock): iniciar o módulo.
- tarefas): define peso zero na função tara.
- set_scale(escala): define o fator que converte leituras em unidades de peso.
- ler() / leitura_média(n): obter leituras brutas ou médias.
- obter_valor(n): retorna a leitura sem tara.
- obter_unidades(n): oferece o peso ajustado com a balança e tara.
A calibração consiste em colocar um peso conhecido, fazer a leitura e calcular o fator de escala: balança = leitura / peso real. Ele é então introduzido no código para ajuste para leituras futuras.
É recomendável fazer várias medições e ajustar o fator de escala no monitor serial para obter resultados precisos e estáveis.
Programas de exemplo para balança digital com HX711 e Arduino
Um exemplo simples mostrando o peso no monitor serial seria:
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // Substitua pelo seu próprio valor byte pinData = 3; byte pinClk = 2; HX711 balance; void setup() { Serial.begin(9600); balance.begin(pinData, pinClk); balance.set_scale(CALIBRAÇÃO); balance.tare(); } void loop() { Serial.print("Peso atual: "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); delay(500); }
O sistema pode ser aprimorado adicionando um visor LCD, botões ou armazenando a balança em EEPROM para calibrações rápidas e precisas, proporcionando uma experiência mais profissional.
Possíveis problemas e conselhos práticos
1. Variações nas cores dos fios: Verifique as conexões usando a folha de dados ou medindo resistências. Geralmente, o par com a maior resistência corresponde à excitação (+/-).
2. Leituras incoerentes: Troque os fios de saída A+ e A- se as medições parecerem invertidas ou irregulares.
3. Estabilidade mecânica: Certifique-se de fixar a célula corretamente e que somente a parte central da estrutura suporte o peso para evitar erros.
4. Ruído e interferência: Use cabos curtos e blindados, se possível, e afaste o sistema de fontes de ruído elétrico.
5. Variações de temperatura: Os medidores são sensíveis a mudanças térmicas; se possível, realize calibrações em condições estáveis ou use células com 4 medidores.
Expansão e possíveis aplicações do sistema
Com seu sistema operacional, você pode adicionar recursos:
- Exibir o peso em uma tela LCD.
- Defina alertas para limites de peso.
- Conecte-o à nuvem via ESP8266/ESP32 para monitoramento remoto.
- Use-o em experimentos, medição de ingredientes, automação, automação residencial, etc.
A integração do HX711 facilita projetos educacionais, controle de estoque, balanças comerciais, controle de cilindros de gás e muitas outras ideias criativas.
