Conversor HX711: Balança Digital com Sensor de Peso e Arduino Uno

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No post de hoje montaremos uma balança digital utilizando Sensor de Peso Célula de carga de 50Kg e Módulo Conversor HX711 para Sensor de Peso.

As balanças Digitais eletrônicas são utilizadas para diversas finalidades em diversas áreas como:

  • Indústria alimentícia;
  • Pesagem de caminhões;
  • Pesagem de aeronaves;
  • Contagem de peças;
  • Indústria química;
  • Metalúrgica;
  • Construção civil.

Uma balança digital é basicamente formada por célula de carga, amplificador e conversor AD (Conversor HX711).

A Célula de Carga

A Célula de carga nada mais é que um sensor de força. São capazes de medir deformações mecânicas, ou seja, à medida que o corpo sofre uma deformação a resistência fixada no corpo dessa célula é alterada.

Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Célula de Carga

Com a alteração da resistência é possível determinar a deformação causada pela força aplicada, essa resistência é um circuito ponte de Wheatstone. Veja a ponte na figura abaixo:

Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Ponte de Wheatstone

Quando R1=R2=R3=R4 a ponte estará em equilíbrio, assim o valor medido pelo voltímetro (Vm) será de 0V, mas quando variamos o potenciômetro R4 a ponte entra em desequilíbrio assim o voltímetro acusará um valor de tensão. Obviamente que na célula de carga não teremos esse potenciômetro e sim como já citado uma resistência que será variada de acordo com a deformação do corpo da célula. A célula de carga dispõe de meia ponte, e para completar uma ponte foram utilizadas duas células de carga.

Módulo Conversor HX711

O módulo conversor HX711 é um conversor analógico digital de 24 bits que também funciona como um amplificador, assim mantendo o nível de sinal dentro da faixa de operação do conversor.

Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Módulo conversor HX711

Pinagem do módulo conversor HX711:

E+: pino que alimentará a célula (+);
E-: pino que alimentará a célula (-);
A+: sinal da célula de carga;
A-: sinal da célula de carga;

VCC: alimentação positiva;
GND: alimentação negativa;
DOUT: conectada ao pino digital do Arduino;
SCK: conectada ao pino digital do Arduino.

Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Tela Osciloscópio Com Canal 1 e Canal 2

No canal 1 (amarelo) do osciloscópio temos conectado o pino DOUT e no canal 2 (azul) temos conectado o pino SCK do módulo conversor HX711. O pino SCK envia 25 pulsos sendo que o 24º pulso indica o fim da conversão e o 25º pulso indica que a próxima conversão tem que ser no canal A com ganho de 128. No pino DOUT temos a informação já convertida em digital e quando o pino SCK envia o 24º indicando que a conversão terminou o pino DOUT vai para nível lógico alto.
Quando o pino DOUT vai para nível lógico baixo, significa que o mesmo está pronto para a conversão aguardando o primeiro pulso do SCK para que esta conversão seja iniciada.

Montando o Circuito da Balança com o Arduino

Abaixo, segue o esquema elétrico da ligação das células de carga, a ligação do Arduino com o Módulo Conversor HX711 e as células de carga e a fixação das células:

Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Ligação de Duas Células de Carga
Projeto com Conversor HX711 e Sensor de Carga
Ligação do Arduino, Módulo Conversor HX711 e Células de Carga
Imagem da Células de Carga Sob a Plataforma (Projeto com Conversor HX711)
Células de Carga Sob a Plataforma
Imagem do Circuito Montado (Projeto com Conversor HX711)
Circuito Montado com Módulo Conversor HX711, Sensor de Carga e Arduino

Materiais Utilizados

É importante que a parte inferior fique suspensa para que o efeito de deformação obtenha efeito, neste caso foi utilizada fita dupla face.

Programação

Será necessário desenvolver duas programações, uma para calibrar a balança e outra para mostrar o peso.

Para calibrar a balança é necessário seguir os passos abaixo:

  • Colocar um peso conhecido sobre a plataforma;
  • Através das teclas, ajustar o valor deste peso (você verá o valor do peso pelo monitor serial);
  • Retirar o peso da plataforma e zerar o peso da balança pela tecla t ( tara);
  • Repetir os 3 primeiros passos até obter o peso correto

Quando sua balança estiver pesando corretamente, guarde o valor de fator de calibração e utilize – o no programa seguinte para mostrar o peso correto no monitor serial.

Calibração

Explicando o Código de Calibração

No trecho acima foi incluída a biblioteca do módulo Conversor HX711 através deste link.
Foram definidos quais pinos do Arduino serão ligados os pinos do HX711 DOUT e CLK. Em seguida foi criado o objeto peso HX711 peso(DOUT, CLK) para os pinos DOUT e CLK, ou seja, este objeto poderá estar dentro de funções e enviar ou guardar dados.
Temos também o valor do fator de calibração para testes iniciais float calibration_factor = 34730.

No trecho acima configuramos a porta serial do Arduino e “printamos “ no monitor serial da IDE uma mensagem inicial de calibração. A escala da balança é configurada peso.set_scale() e a rotina de zerar o peso é chamada.

Temos a rotina de zerar o peso com a função peso.tare()e em seguida é enviada para o monitor serial uma mensagem de que a balança foi zerada.

Logo a seguir se inicia o programa principal onde o fator de calibração é ajustado de acordo com a sua seleção, depois o peso é impresso no monitor serial com duas casas decimais Serial.print(peso.get_units(), 2), o valor do fator de calibração também é enviado para o monitor serial Serial.println(calibration_factor)

No trecho acima se tivermos algum dado na serial if (Serial.available() as funções abaixo serão executadas. Essas funções se referem ás teclas do computador que irão aumentar ou diminuir o valor do fator de calibração, onde:
a,s,d,f irão aumentar respectivamente o fator de calibração em : 10,100,1000 e 10000.
z,x,c,v irão diminuir respectivamente o fator de calibração em: 10,100,1000 e 10000.
A letra t irá zerar o peso da balança.

Explicando o Código: Valor do Peso no Monitor Serial

A diferença desta programação para a anterior é que não teremos a rotina de zerar a balança e nem das teclas de ajuste de fator de calibração para calibrar a balança. Agora teremos somente a tecla tara para zerar o valor do peso.

Imagem do Circuito Montado Com Peso
Imagem do Circuito Montado Com Peso
Valores no monitor serial com um peso de 500g sobre a balança
Valores no monitor serial com um peso de 500g sobre a balança
Valores no monitor serial sem a balança sem peso
Valores no monitor serial sem a balança sem peso

Que tal adicionar um display LCD nesta balança ou até implementá-la em uma aplicação industrial?
Monte uma balança com 4 células de carga (uma em cada ponta da plataforma) para aumentar a precisão da sua balança.
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