[آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

[سوران آراسته]

با سلام خدمت دوستان عزیز
مدت ها بود می خواستم آموزشی رو در باب ساخت ترازو و راه اندازی لودسل قرار بدم که متاسفانه به دلیل خدمت سربازی و کمبود وقت میسر نبود. از این پس یک سری تاپیک آموزش محور رو ایجاد می کنم تا کمکی هر چند کوچک به کسانی باشه که در این موارد مشکل دارن.

در تاپیک می خوام ابتدا مروری بر لودسل و شیوه ای راه اندازی اون داشته باشم، سپس درایور موجود در بازار رو بررسی می کنیم که در این تاپیک من در مورد ماژول HX711 (که هر روز در مورد راه اندازیش پیام هایی رو دریافت می کنم)بحث خواهم کرد و در نهایت با یک هسته پردازشی از خانواده AVR اقدام به ساخت و کالیبراسیون یک ترازوی دقیق می کنم تا همه بتونن اون رو بسازن و استفاده کنن.

در این آموزش تمامی قطعات و تضیحات لازم ارائه داده میشه و با وجود اینکه تمایلی به گاشتن کدهای اماده ندارم اما استثنائا در این تاپیک ها با توجه به دید دوستان جدید کدهای آماده رو قرار خواهم داد.

منتظر ادامه آموزش باشید...

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

قطعا برای ساخت هر وسیله ای احتیاج یه یک سری وسایل داریم تا کار رو شروع کنیم.
یک نکته رو فراموش نکنید که من نمی خوام وارد بحث های تخصصی و پیشرفته بشم. کسی خواست تا جایی که سواد داشته باشم در خدمتم.
ساخت ترازو هم از این امر مستثنا نخواهد بود و برای شروع به کار ابتدا قطعات مورد نیاز رو معرفی می کنم و سپس توضیحات مربوط به هر قطعه ارائه داده خواهد شد.
قطعات مورد نیاز:

1. لودسل
2. مبدل انالوگ به دیجیتال مناسب (که به شخصه از HX711 استفاده می کنم.)
3. پردازنده (میکروکنترلر Atmega32a)
4. نمایشگر (LCD کاراکتری 16x2)
5. پایه ترازو
6. کفی ترازو
7. اداپتور جهت تغذیه دستگاه (آداپتور 5 ولت 1 آمپر)

لودسل
اندازه گیری وزن و نیرو در در موارد متعدد نظیر سیستمهای توزین و انواع تست کشش و یا برای سنجش گشتاور کاربرد دارد .معمولا اساس سیستم توزن و اندازه گیری وزن لودسل است . لودسل با المان سنسورهای استرین گیجی که در خود دارد اندازه گیری و تبدیل دقیق مقدار وزن و نیرو به خروجی میلی ولت بر ولت متناسب را به عهده دارد . برای استفاده درست از یک لودسل کاربر بایستی درک دقیق از نحوه عملکرد انواع آن داشته باشد . استرین گیجها یا کرنش سنجها در نمونهای فویلی و نیمه هادی عرضه میگردد که معمولا استفاده از نموه فویلی رایجتر است ولی نمونه های نیمه هادی در ابعاد کوچکتر و موارد خاص استفاده میگردد .لودسل ها را بر اساس شکل ظاهری و همچنین نحوه وارد شدن نیروی فیزیکی وارد شده بر بدنه سنسور تقسیم بندی می کنند .معمولا لودسل ها را در چهار دسته اصلی لودسل کششی ، لودسل فشاری ، لودسل خمشی و همچنین لودسل تک نقطه ای میتوان تقسیم کرد .

هر لودسل چهار تا سیم داره که قرمز برای اعمال ولتاژ مثبت، سیاه اعمال ولتاژ منفی(اتصال زمین)، سبز و سفید هم دیتا خواهند بود. فراموش نکنید ساختار داخلی لودسل به صورت زیر است:

مبدل آنالوگ به دیجیتال HX711
خروجی لودسل یک خروجی کاملا آنالوگ با تغییرات بسیار جزئی می باشد که همین باعث گشته استفاده از ان در پروژه ها با مشکلات متععدی روبه رو شود.
روش های مختلفی برای تقویت خروجی وجود دارد. مثلا می توان از یک آپ امپ استفاده کرد و یا از مبدلهای انالو به دیجیتال با دقت بالا.
در استفاده از آپ امپ باید خیلی موارد در نظر گرفته بشه و عملا کار یک فرد تازه کار نخواهد بود.
مبدل های انالوگ به دیجیتال هم دارای نکات فنی زیاد و تجربه بالایی رو به طبع می خوان.
اما مبدل انالوگ به دیجیتال HX711 نه تنها اطلاعات انچنانی نمی خواد بلکه راه اندازی خیلی راحتی داره و خیلی خوب هم کار می کنه. (این رو تا تست نکنید پی نخواهید برد)
درنتیجه باید بگم با وجود اینه از سایر راه ها هم برای درایو کردن لودسل استفاده کردم اما شخصا استفاده از HX711 رو در حال حاضر به بقیه ترجیح میدم.

موارد 3 و 4 و 7 نیاز به توضیح خاصی نداره اما 5 و 6 رو با تصاویر واضح فردا توضیح خواهم داد.
امیدوارم تا اینجای مطالب مفید بوده باشه.

[nimdar]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

با سلام
از اینکه این مبحث جالب را شروع کرده اید از شما تشکر میکنم و یک سئوال هم دارم رنج کار ترازویی که میخواهید بسازید در چه بازه ای است چون لودسلی را که میخواهیم تهیه کنیم باید در همین بازه باشد .

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

با سلام و تشکر از شما.
فعلا برای شروع و اشنایی می خوام 0 تا 5 کیلو باشه به همین خاطر لودسل 5 کیلو رو معرفی کردم.
هر چند که ما 500 گرم کمتر یعنی 4.5 رو در نظر می گیریم.

موفق باشید

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

در این بخش به بحث در مورد پایه و کفی ترازو می پردازیم.

پایه ترازو
همانطور که در تصویر مربوط به لودسل مشاهده کردید ما باید یک طرف لودسل رو ثابت نگه داریم و به طرف دیگه نیرو وارد کنیم تا با تغییر در استریج گیج ها ولتاژ خروجی تغییر کرده و بتونیم مقدار وزن رو تشخیص بدیم.
من برای این کار اومدم دو تکه فلز رو به صورتی که در تصویر می بینید به هم وصل کردم و این رو به عنوان پایه ترازو خودم استفاده می کنم. نه هزینه ای داره نه چیزی و البته شما می تونید به سلیقه خودتون چیزای خیلی بهتر و قشنگتری بسازید.

کفی ترازو
بعد از اتمام کار پایه ترازو می رسیم به مرحله قرار دادن کفی.
خود این بخش از دو قسمت تشکیل شده.
یک اینکه شما باید به صورتی وزن رو به لودسل اعمال کنید که به طور کامل و یکنواخت به قسمت مورد نظر اعمال بشه.
این دو قطعه رو من از مغازه هایی که کار تعمیر ترازو رو می کردن خریدم به قیمت 5 تومن.
یکی یه پایه اس که در تصویر زیر می بینید. کارش اینه که وقتی ما وزنه ای رو کفه می زاریم نیرو رو از تمام نقاط به صورت یکسان به یک قسمت وارد کنه و طوری نباشه که شما مثلا اگه وزنه مورد نظر رو در گوشه راست قرار بدین وزنش از گوشه چپ بیشتر باشه.

و قسمت دوم هم در این تصویر متاسفانه به صورت جرئی می بینید.

در ارسال بعد یک شماتیک کلی رو قرار خواهم داد و بحث های مربوط به طراحی رو میگم.
به امید دیدار

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

در این قسمت قرار شد در مورد شماتیک و قطعات مورد استفاده در طراحی مدار صحبت کنیم.

شماتیک مدار به صورت زیر است.

1- این قسمت مربوط به تغذیه میشه که P1 ورودی مدار و یک ترانس 9 تا 12 ولت بهش وصل میشه. این ولتاژ AC به یک پل دیود داده میشه تا یکسوسازی بشه و بعد ازان خروجی یکسو شده را میدیم به یه رگولاتور که در اینجا من LM2596 رو انتخاب کردم. دلیل خاصی نداره در دسترس بوده و استفاده کردم. پس اگر شما 7805 هم داشته باشین مشکلی نیس.
قطعاتی که در کنار رگولاتور می بینید خازن های نویزگیر، مقاومت های فیدبک، دیود و سلف حذف نویز و اینا هستن که در دیتاشیت ذکر شده و قطعات جانبی رگولاتور محسوب میشن.
2- پردازنده Atmega32 که جهت خواندن اطلاعات مبدل و نمایش بر روی نمایشگر مورد استفاده قرار می گیره. مقاومت R5 مقاومت پول آپ ریست هست و L2 و C9 هم فیلتر تغذیه میکروکنترلر هستند.
3- پورت ISP برای پروگرام کردن میکروکنترلر روی برد به صورت استاندارد
4- پین هدر مربوط به اتصال نمایشگر که در اینجا از LCD 16*2 استفاده شده است. پتانسیومتر موجود برای تنظیم کنتراست است.
5- قسمت مربوط به اتصالات HX711 می باشد. دو خازن موجود ئر کنار مبدل جهت حذف نویز استفاده شده است.
6- چهار عدد پیچ برای قرار دادن فیبرمدارچاپی بر روی شاسی مناسب.

فایل های شماتیک و استثنائا PCB رو به صورت کامل در این فایل می تونید دانلود کنید.

سوالی تا اینجا بود در خدمتم...
مرحله بعد توضیحات مربوط به کد راه اندازی HX711 رو خدمت دوستان عرض می کنم.

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

مبدل انالوگ به دیجیتال 24 بیت HX711

همانطور ک قبلا گفته شد راه اندازی لودسل به دلیل تغییرات بسیار جزئی خروجی نیازمند یک A/D دقیق و حساس می باشد. راه اندازی A/D خود نیازمند صرف وقت و هزینه خواهد بود و برای دستیابی به دقت های بالا حسابی به دیتاشیت مسلط باشید.
HX711 یک مبدل که هم از دقت خوبی برخورداره و هم راه اندازی اون به نسبت سایر A/D ها بسیار راحت تره و مهمتر از همه مخصوص خواندن دیتای لودسل طراحی شده و به سادگی می تونید از اون استفاده کنید.
پروتکل ارتباطی HX711 یک ارتباط دو سیمه غیر استاندارده. یعنی با استفاده از توابع استاندارد I2C قادر به خواندن اطلاعات نخواهید بود بلکه باید طبق دیتاشیت پالس هایی رو بدین و خروجی رو به صورت پالس دریافت کنید.

مشخصات تراشه HX711

• Two selectable differential input channels
• On-chip active low noise PGA with selectable gain
of 32, 64 and 128
• On-chip power supply regulator for load-cell and
ADC analog power supply
• On-chip oscillator requiring no external
component with optional external crystal
• On-chip power-on-reset
• Simple digital control and serial interface:
pin-driven controls, no programming needed
• Selectable 10SPS or 80SPS output data rate
• Simultaneous 50 and 60Hz supply rejection
• Current consumption including on-chip analog
power supply regulator:
normal operation < 1.5mA, power down < 1uA
• Operation supply voltage range: 2.6 ~ 5.5V
• Operation temperature range: -40 ~ +85℃
• 16 pin SOP-16 package

خب در صورتی که مدار و بسته باشین فقط کافیه این سورس رو دانلود کنید و با استفاده از فایل hex موجود میکروکنترلر را پروگرام کنید.

در نهایت توضیحات سورس برنامه و نحوه کالیبره کردن آموزش داده خواهد شد.

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

تابع long HX711_Read
کار این تابع انتخاب گین و کانال انتخاب شده جهت خواندن دیتا می باشد.

unsigned long HX711_Read(void)
{
    unsigned long count;
    unsigned char i;

      HX711_DOUT=1;
      HX711_SCK=0;
      count=0;
      while(HX711_DOUT);
      for(i=0;i<24;i++)  //gain --> 128
        {
            HX711_SCK=1;
            count=count<<1;
            HX711_SCK=0;
            if(HX711_DOUT)
                count++;
        }
       HX711_SCK=1;
      count=count ^ HX_COMPLEMENT;//2,s Complement
      HX711_SCK=0;
      return(count);
}//HX711_Read

تابع get_offset
ما باید مبنایی رو در نظر بگیریم تا تغییراتی که به واسطه قرار دادن وزنه روی لودسل در خروجی ایجاد می شود رو با اون مبنا مقایسه کنیم. این تابع کارش ثبت ولتاژی به عنوان رفرنس هستش.

void get_offset(void)
{
    int i=0;

    HX711_Buffer = 0;

       for( i = 0 ; i < 10 ; i++)
    {
        HX711_Buffer = HX711_Buffer + HX711_Read();
        delay_us(500);
    }
    HX711_Buffer = HX711_Buffer /10;
    Weight_Maopi = HX711_Buffer/100;
}//get_offset

تابع get_scale
این تابع هر بار که فراخوانی میشه اطلاعات رو از HX711 می خونه و با رفرنس مطابقت میده که اگر این مقدار از مقدار رفرنس بیشتر یا مساوی بود با استفاده از فرمول های نوشته شده وزن رو محاسبه می کنه.

void get_scale(void)
{

    HX711_Buffer = 0;

    HX711_Buffer = HX711_Read();
    HX711_Buffer = HX711_Buffer/100;
    if(HX711_Buffer >= Weight_Maopi)
    {
        Weight_Shiwu = HX711_Buffer;
        Weight_Shiwu = Weight_Shiwu - Weight_Maopi;

        Weight_Shiwu = ((float)Weight_Shiwu/HX_REF);

        scale = (float)Weight_Shiwu / 1000; //geram to kilo geram
    }
}//get_scale

در اینجا یک ثابت به اسم HX_REF وجود داره که از طریق این ثابت عددی باید ترازو رو کالیبره کنید.
کالیبره کردن دستگاه به این شکل خواهد بود که شما ابتدا باید در حلقه اصلی خط مربوط به دستور sprint رو به این صورت تغییر بدین:

sprintf(buffer," %ld ",Weight_Shiw);

نکته: توجه کنید باید از قسمت تنظیمات کامپایلر هم تغییر حالت float به long مربوط به دستور sprint اعمال شود.
بعد از ایجاد تغییر برنامه را کامپایل کرده و میکروکنترلر را پروگرام کنید.
بدون اینکه وزنه ای روی کفه ترازو باشه دستگاه رو خاموش و روشن کنید. الان باید عدد صفر روی نمایشگر ظاهر بشه.
حالا یک وزنه دقیق 1 تا 4 کیلو را بر روی کفه ترازو قرار بدین. عدد به دست اومده رو تقسیم بر وزنه ای که بر روی کفه گذاشتین بکنید. حالا اون عدد رو در قسمت HX_REF بنویسید و خط مربوط به دستور sprintf رو به حالت اول برگردانده و تنیمات را در حالت قبل قرار دهید.
ترازوی شما آماده استفاده است.
موفق باشید

نمونه ساخته شده دستگاه

[میثم سعیدی]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

با سلا م به مهندس سوان:
یه سوال در مورد توابع HX711 داشتم.برای راه اندازی این ماژول از I2c میکرو استفاده کرده؟یا از GPIO میکرو؟
من توابع رو برر سی کردم اثری از راه اندازی I2C میکرو ندیدم.با تشکر.

[vahid0412]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

سلام و عرض ادب
خیلی ممنون
مطلب مفیدی بود. فقط یه سوالی داشتم در مورد کیستال.
این کریستال تویه مدار مدلش چیه و فرکانسش چنده ؟؟

[erdem00101]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

سلام و عرض ادب
ببخشید می خواستم بدونم کریستال استفاده شده تویه این مدار فرکانسش چقدره ؟؟
تشکر از مظالب مفیدتون.

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

با سلا م به مهندس سوان:
یه سوال در مورد توابع HX711 داشتم.برای راه اندازی این ماژول از I2c میکرو استفاده کرده؟یا از GPIO میکرو؟
من توابع رو برر سی کردم اثری از راه اندازی I2C میکرو ندیدم.با تشکر.

درسته که ارتباط گفته شده دو سیمه اما منظور ارتباط I2C استاندارد نیست و از GPIO ها استفاده شده.

دلیل: ادغام دو پست برای جلوگیری از اسپم

سلام و عرض ادب
ببخشید می خواستم بدونم کریستال استفاده شده تویه این مدار فرکانسش چقدره ؟؟
تشکر از مظالب مفیدتون.

اون کریستال برای ارتباط سریال قرار داده شده بود که فرکانس آن 11.0592 مگاهرتز می باشد. در این مدار نیازی نیست چراکه ارتباط سریال حذف شده است.

[Arm ali]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

سلام. من هم یک ترازوی دیجتال با. Lpc 1768 با توضیحات شما درست خواهم کرد اگر موفق شدم اطلاع خواهم داد

[Eng.Ramezani]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

منم در حال طراحی یه نمونه هستم
خروجی حساس و خوبی داره . فقط پیشنهادی واسه پایداریش دارید ؟

[سوران آراسته]

پاسخ : [آموزش]چگونه یک ترازوی دیجیتالی دقیق بسازیم؟

منم در حال طراحی یه نمونه هستم
خروجی حساس و خوبی داره . فقط پیشنهادی واسه پایداریش دارید ؟

تبریک میگم بهتون. بله می تونید با یه فیلتر نرم افزاری اون رو پایدارتر بکنید. به اتصالات و محکم بودن اون ها در سر جای خودشون حتما دقت کنید. منظور اتصال لودسل تا ماژول هست.

موفق باشید