Самовывоз возможен только по предварительному размещению заказа и только в МАСКЕ.
(098) 067-12-26 Киевстар (098) 067-12-26   Киевстар
(066) 142-24-48 Vodafone (066) 142-24-48   Vodafone
(098) 067-12-26 Lifecell (063) 642-36-59   Lifecell
 info@arduino.ua
График работы магазина:
Пн-Пт: 9.00 - 19.00
Сб: 10.00 - 19.00
Вс: выходной
г. Киев, ул. Васильковская, 30
ст.м. "Васильковская"
Каталог

Пробный минивыжигатель на двигателях 28byj-48: часть 2

После событий первой части появилось желание сделать нормальный каркас, приобрести более мощный лазер и перейти на GRBL v.1.1. Размер рабочего поля останется прежним: 80х80мм. Будет повторно использована та же механика.

Датчику кольору TCS230 в системі сортування за кольором на Arduino

Колись на виконанні дипломного проекту мені запропонували реалізувати свою ідею на реальному прототипі, сенс даної системи в тому, що вона автоматично сортує предмети на відповідні лінії, як продукцію на підприємстві але за кольором цього предмету.

Индуктивные датчики - описания, виды, характеристики

Индуктивные концевые переключатели (датчики) цилиндрического типа служат для контроля положения металлических объектов. Область их применения невероятно широка. В нашем магазине представлена линейка индуктивных датчиков, но что значат эти буквы и цифры в

Принцип работы дисплея E-ink

Само понятие E-Ink переводится как "электронная бумага" или "электронные чернила". Дисплеи, созданные на основе технологии E-ink называют электронной бумагой - т.к. данная технология разрабатывалась именно для имитации стандартной печати на обычном листе

Працюємо за даташитом: тензометр

Тензометри застосовуються для вимірювання величини механічного навантаження. В побуті найбільш відомим пристроєм, в якому можемо знайти тензометри, є електронні ваги.
Напиши статью и получи скидку!

Працюємо за даташитом: тензометр

2020-07-17

Все статьи →

Антон Царіцинський

Тензометри застосовуються для вимірювання величини механічного навантаження. В побуті найбільш відомим пристроєм, в якому можемо знайти тензометри, є електронні ваги ( рис. 1 ):

Рис. 1A - Тензометри з підлогових ваг

Рис. 1В - Тензометри з ручних ваг

Серед датчиків для ARDUINO також є тензометри ( рис. 2 ):

Рис. 2 – Популярний тензометр для ARDUINO

Цей датчик працює за резистивним принципом. На ньому розташовані тонкі провідники, які міцно скріплені з його поверхнею, по яких тече слабкий струм. Прикладена механічна сила призводить до виникнення деформацій, в тому числі й на вказаній поверхні, через що провідник розтягується або стискається: змінюється його довжина і площа перетину. Через це змінюється електричний опір, параметри струму, які можна виміряти і, таким чином, судити про ступінь навантаження. До ARDUINO тензометр підключають через аналогово-цифровий перетворювач ( АЦП ). Популярним і дешевим АЦП є HX711 у вигляді готового модуля ( рис. 3 ).

Рис. 3 – Модуль на базі HX711

Даташит за посиланням: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf

Модуль має два канали А і В, які відрізняються коефіцієнтом посилення: 64 або 128 – для каналу А; 32 ( фіксовано ) – для каналу В. З мікроконтролером модуль спілкується через контакти DT ( лінія передача даних, вихідний ) і SCK ( лінія тактування, вхідний ). Варіант підключення показаний на ( рис. 4 ). Для чого там кнопка, стане зрозуміло згодом.

Рис. 4 – Схема підключення

Тестовий стенд можна побачити на ( рис. 5 ).

Рис. 5 – Тестовий стенд

 

Спілкування з HX711

Розберемося з протоколом передачі даних, бо тут немає рідних SPI або I2C. На сторінці 4 даташиту дізнаємось, що результатом вимірювання є 24-бітне число. Спосіб його отримання наступний:

1) заводимо 32-бітну змінну для зберігання 24-бітного результату (на сторінці 8 даташиту можна знайти приклад коду на мові C, в якому використовують беззнаковий unsigned long; я ж надав перевагу знаковому long, оскільки при подальшому калібруванні результати обчислень можуть бути від’ємними, а примусово приводити типи мені лінь);

2) аналізуємо стан сигналу на DT: високий рівень свідчить про те, що дані ще не готові, тож нам залишається чекати, поки рівень не зміниться на низький;

3) починаємо читати результат вимірювання окремими бітами. Загальна схема процесу показана на ( рис. 6 ) ( сторінка 5 даташиту ).

Рис. 6 – Протокол взаємодії з HX711

За один такт по SCK читаємо один біт, починаючи зі старшого ( MSB ). Для цього:

  • переводимо SCK у високий рівень;
  • зсуваємо змінну результату на одиницю вліво;
  • читаємо поточний біт в молодший біт змінної результату;
  • переводимо SCK в низький рівень.

Повторюємо цю послідовність 24 рази;

3) Число отримали, але це ще не все. Треба додати ще 1…3 такти для визначення каналу і коефіцієнта посилення для наступного зчитування (табл. 1 ).

Кількість тактів Канал Коефіцієнт посилення
25 A 128
26 B 32
27 A 64

Табл. 1 – Вибір каналу і коефіцієнта посилення

Таким чином, загалом кожний цикл спілкування з HX711 складається з 25…27 тактів по лінії SCK;

4) Тут треба повернутися на сторінку 4 даташиту. Наше 24-бітне число видається в доповненому коді ( англ. two’s complement ) в діапазоні від 0х800000 ( або 8388608 в десятковій системі ) до 0x7FFFFF ( або 8388607 ). Для вірної інтерпретації над результатом необхідно здійснити операцію XOR, яка фактично підлаштовує старший біт. Виглядатиме це так:

результат ^= 0x800000

Те ж саме можна побачити в прикладі з даташиту ( сторінка 8 ). Насамкінець, звертаємо увагу на допустимий час виконання операцій ( табл. 2 зі сторінки 5 даташиту; також дивись рис. 6 ).

Позначення Мін Типове Макс Одиниця
T1 0.1     мкс
T2     0.1 мкс
T3 0.2 1 50 мкс
T4 0.2 1   мкс

Табл. 2 – Допустимі часові проміжки

Найбільш важливим для нас є обмеження часу T3 ( перебування лінії SCK у високому рівні ) – 50 мікросекунд. Якщо перетримати, HX711 увійде в режим зниженого енергоспоживання ( при 60 мкс, див. сторінку 5 даташиту ), при поверненні до низького логічного рівня по SCK модуль перезавантажиться і повернеться до нормальної роботи. Оскільки функції digitalWrite() і digitalRead() виконуються кілька мікросекунд, то можемо використати їх при програмуванні протоколу, хоча для збільшення продуктивності доцільно працювати напряму через порти. В скетчі, що додається, це реалізовано у вигляді класу TENZO ( файли tenzo.h і tenzo.cpp ). Основну роботу виконує функція TENZO::readRaw().

 

Калібрування

Перед «бойовим» застосування тензометра потрібно встановити відповідність його показань реальному навантаженню. Для цього можуть застосовуватися вантажі, маса яких відома, наприклад, еталонні гирі (рис.7).

Рис. 7 – Еталонні гирі

Між навантаженням F і показаннями тензометра P можна ввести лінійну залежність (рис. 8)

P = calib*F + offset

де calib, offset – шукані коефіцієнти.

 

Рис. 8 – Залежність між навантаженням і показаннями тензометра

Коефіцієнт offset можна знайти з умови відсутності навантаження, тобто коли F=0. В цьому випадку тензометр видаватиме деяке умовно-стале ( шум, дрифт ніхто не відміняв ) число P0. Таким чином

offset = P0 (1)

Коефіцієнт calib знайдемо за допомогою еталонного навантаження Fе і відповідно еталонного показання Pе

calib = (Pе – offset) / Fе (2)

Навантаження будемо розраховувати за формулою

F = (P – offset) / calib (3)

Калібрування також реалізовано в класі TENZO за допомогою функцій:

  • TENZO::tare() – запам’ятовує коефіцієнт offset за формулою (1). Через дрифт нуля тензометра перед вимірюванням слід натиснути кнопку, після чого буде викликано цей метод;
  • float TENZO::setCalib(float Fe) – розраховує і повертає коефіцієнт calib за формулою (2) на основі величини еталонного навантаження Fe, яке в скетчі задається користувачем через монітор порта. Цей коефіцієнт можна записати в константу CALIB у файлі tenzo.h. Остаточне вимірювання довільного навантаження виконується функцією float TENZO::read(), в якій використовується формула (3).

 

Фільтрування

HX711, як і багатьом іншим АЦП, притаманний шум, який можна зменшити шляхом фільтрування. Я не є спеціалістом з теорії обробки сингалів, тож зазвичай використовую просте експоненційне згладжування: "Wiki: Експоненційне_згладжування" , є й інші назви.

Yn = Xn + α*(Xn – Yn-1) (4)

Де n – поточна ітерація; X – сигнал, отриманий на поточній ітерації; Y – відфільтрований сигнал; α – коефіцієнт посилення, обирається з інтервалу [0; 1]; чим менше значення, тим сильніше згладжування, і навпаки. Зазвичай α = 0,05…0,1.

На кожній ітерації алгоритм потребує дві величини: за поточну і попередню ітерації, тож на першій ітерації приймаємо:

Y1 = X1 (5)

Робота алгоритму показана на рис. 9.

Рис. 9 – Експоненційне згладжування: синя лінія – нефільтровані дані; червона лінія – фільтровані дані

Видно, як фільтровані дані відстають від нефільтрованих через мале значення коефіцієнта посилення ( рис. 10; на тензометр послідовно встановлюються і знімаються гирі 100г і 50г. ).

Рис. 10 – Запізнення експоненційного згладжування: синя лінія – нефільтровані дані; червона лінія – фільтровані дані

Зважаючи на наявність різких перепадів вимірюваного навантаження ( становили або зняли гирю ), можна внести корективу щодо коефіцієнта посилення: якщо дані міняються незначно ( наприклад, до 1 грама ), то α = 0,05; якщо ж змінення значне ( більше 1 грама ), то α = 0,95. Таким чином, на різкі стрибки алгоритм буде реагувати швидко. Така модифікація експоненційного фільтра підглянута в AlexGyver "адаптивний коеффіцієнт"

Роботу нового алгоритму в тих же умовах показано на рис. 11.

Рис. 11 – Експоненційне згладжування з адаптивним коефіцієнтом: синя лінія – нефільтровані дані; червона лінія – фільтровані дані

В скетчі фільтр реалізовано у вигляді класу EFILTER ( файли efilter.h і efilter.cpp ). Основні функції:

  • EFILTER::begin(float x0) – початок роботи за формулою (5);
  • float EFILTER::get(float x) – для кожної наступної ітерації за формулою (4).

 

Додатково…

В скетчі також є класи кнопки ( BUTTON, для ручного тарування ) і таймера ( TIMER, для забезпечення рівних проміжків часу між зчитуваннями показань тензометра, виведення результату через Serial ). Основні методи:

  • boolean BUTTON::pressed() – повертає true, якщо кнопку натиснули;
  • boolean TIMER::isExpired() – повертає true, якщо час таймера вичерпаний;
  • TIMER::reset() – перезапускає таймер.

Інтервал таймера ( в мілісекундах ) встановлюється при виклику його конструктора.

Посилання:

Ваша оценка статьи:

Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Плохо
Очень плохо

Благодарим Вас за обращение! Ваш отзыв появится после модерации администратором.
Пока нет отзывов на эту статью.
оплата картами Visa и MasterCard