وزن

کاربردهای سنسور وزن بسیار گسترده هستند. همه روزه با سنسورهای وزن به روش‌های مختلف سر و کار داریم. در این متن سعی کرده‌ایم به تمامی سوالات شما در خصوص سنسور وزن و راه اندازی آن پاسخ دهیم، تیترها را دنبال کنید.

سنسور وزن و لودسل

سنسور وزن از دسته سنسورهای فیزیکی است که برای اندازه گیری وزن اشیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای این سنسورها بسیار گسترده است و در صنایع مختلف مانند تولید، پزشکی، غذا و نوشیدنی، خودروسازی، قطعات الکترونیکی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، در برخی ماشین‌آلات صنعتی، از سنسورهای وزن برای کنترل کیفیت و تعیین مقدار مواد اولیه مصرفی در تولید استفاده می‌شود. در آزمایشگاه‌های پزشکی، سنسور وزن برای اندازه گیری وزن اشیاء و مواد مختلف استفاده می‌شود. در بسته‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی، سنسور وزن به منظور بررسی وزن بسته بندی شده و تعیین میزان مواد مصرفی استفاده می‌شود. همچنین، در ماشین‌های روزمره مانند ترازوهای خانگی و وزن‌های تجاری، از سنسورهای وزن استفاده می‌شود.

سنسور وزن یا لودلس نوعی حسگر جهت تشخیص وزن است. سنسور وزن یا لودسل انواع مختلفی دارد. از جمله سنسور وزن کششی، سنسور وزن فشاری، سنسور وزن خمشی و پیچشی است. علاوه بر این‌ها بر اساس توان سنجش وزنی و فشاری این سنسورها دسته بندی می‌شوند. مثلا سنسور وزن 100 کیلوگرم حداکثر تا این مقدار را میتواند سنجش کند. بجز این مورد دقت سنسور لودسل هم بسیار اهمیت دارد. معمولا خروجی سنسور وزن LoadCell به صورت آنالوگ است. برای راه اندازی سنسور لودسل میتوان از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال مانند hx711 استفاده کرد. در این حالت خروجی سنسور لودسل به ماژول مبدل آنالوگ داده میشود سپس از آن به صورت دیجیتال خروجی برای برد میکروکنترلر دریافت می‌شود. بنابراین برای خرید سنسور وزن دقت به انتخاب مبدل آنالوگ به دیجیتال هم بسیار اهمیت دارد.

 کاربردهای سنسور وزن

•  ترازوهای دیجیتال
• سیستم های اعلام سرقت
• دستگاه های پرکن مایعات و سایر مواد 

نقش hx711 در سنسور وزن چیست؟

سنسورهای وزن معمولا با استفاده از یک سیستم بارسل به کار می‌روند. این سیستم شامل بارسل یا بارسل‌ها، سنسورهای ترانزیستوری، ترمینال‌ها و تقویت کننده میکروفونی است. بارسل یک دستگاه حساس به فشار است که وزن مورد نظر را به شکل تغییر فشار به سنسور ترانزیستوری منتقل می‌کند. این ترانزیستورها با تغییر مقاومت، سیگنال الکتریکی مربوط به وزن را تولید می‌کنند. با توجه به اینکه سیگنال الکتریکی تولید شده بسیار ضعیف است، به یک تقویت کننده آنالوگ مانند HX711 نیاز داریم تا این سیگنال را تقویت کنیم و به آردوینو یا سایر میکروکنترلرها ارسال کنیم.

بنابراین، HX711 یک تقویت کننده تفاضلی دو کاناله است که برای تقویت سیگنال الکتریکی تولید شده توسط سنسور وزن استفاده می‌شود. این تقویت کننده به صورت دیجیتال با آردوینو یا سایر میکروکنترلرها ارتباط برقرار می‌کند و سیگنال تقویت شده را در قالب دیجیتالی برای پردازش ارسال می‌کند.

روش راه اندازی سنسور LoadCell

سنسور وزن یک وزنه‌ی مقاومتی است با تنش بوجود آمده در اثر اعمال وزن به آن مقاومت خروجی‌اش تغییر می‌کند. از اینرو برای راه اندازی سنسور لودسل توسط میکروکنترلر نیازمند یک برد مبدل هستیم. سنسورهای وزن به مبدلی به اسم HX711 نیاز دارند. توسط این مبدل، سطح ولتاژ آنالوگ به مقادیر قابل فهم برای میکروکنترلر تبدیل می‌شوند. برای راه اندازی سنسورهای وزن توسط برد میکروکنترلر آردوینو پس از اتصال به ماژول مبدل HX711 آنرا به برد متصل کرده و توسط کتابخانه مربوطه اقدام به کدنویسی می‌کنید. توسط این کتابخانه میتوانید به سادگی با چند خط کد در محیط آردوینو، اقدام به راه اندازی ترازو یا سیستم تشخیص وزن بکنید. 

زبان برنامه نویسی سنسورهای وزن لودسل چیست؟

سنسورهای وزن Load Cell معمولاً از طریق واسط آنالوگ به میکروکنترلرها متصل می‌شوند و از زبان برنامه نویسی C++ استفاده می‌شود. برای برنامه‌نویسی سنسور وزن با زبان C++، می‌توان از کتابخانه‌هایی مانند HX711 Arduino Library استفاده کرد. همچنین، برای پردازش داده‌های سنسور وزن در میکروکنترلر، معمولاً از محیط برنامه‌نویسی آردوینو (Arduino IDE) استفاده می‌شود.

انواع سنسور وزن لودسل

سنسور وزن براساس توانمندی که دارد دسته بندی می‌شود. در عنوان تمامی کالاها میزان وزنی که سنسور Loadcell می‌تواند سنجش کند نوشته شده است. شکل سنسورهای وزن در حالت‌های مختلفی هستند. سنسورهای وزن بر اساس اصل عملکردشان به دو دسته تقسیم می‌شوند:

سنسورهای بارسلی (Strain Gauge Load Cells): این سنسورها بر اساس اصل بارسلی کار می‌کنند و وزن شیء را بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی تولید شده در پل بالانس بارسلی اندازه‌گیری می‌کنند. این سنسورها برای اندازه‌گیری وزن‌های کوچک تا بسیار بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسورهای ترازویی (Weighing Scale Load Cells): این سنسورها شامل یک میله استوانه‌ای با چهار تا شش پیچ فشرده شده (Compressed Column) هستند که بر روی آن یک بار سنجی (Load Cell) قرار داده شده است. برای اندازه‌گیری وزن، بار سنجی از طریق پیچ فشرده شده بر روی میله استوانه‌ای فشرده می‌شود و از تغییرات ناشی از این فشار اندازه‌گیری وزن انجام می‌گیرد.

سایر انواع سنسورهای وزن عبارتند از: سنسورهای وزن لرزشی، سنسورهای وزن هیدرولیکی، سنسورهای وزن بلند کننده، سنسورهای وزن هوشمند، سنسورهای وزن دیجیتالی و...

روش اتصال سنسور وزن لودسل

سنسور وزن عمومی حالت مکعب مستطیل توپر دارد. از یک سمت دو پیچ M4 و از سمت دیگر دو پیچ M5 آنرا به دو بخش مختلف دو سطح محکم می‌کنند. براساس سنجش وزن مورد نیاز سنسور مثلا یک کیلو تا 50 کیلوگرم در فروشگاه دانشجو کیت قابل دسترس هستند. براساس میزان وزن مورد نیاز میتوانید اقدام به ساخت ترازو کنید. ترازو بایستی دقیقا در یک سطح کاملا تراز قرار گرفته باشد. یک صفحه در پایین و یک صفحه در بالای سنسور قرار می‌گیرد. زمانی که مقداری وزن مشخص روی سطح بالایی قرار بگیرد، مقاومت خروجی سنسور تغییر کرده و وزن جسم را میتواند سنجش کند. برای این منظور کیت ترازو دیجیتال در دانشجو کیت طراحی شده و می‌توانید تمامی اقلام به همراه سورس برنامه نویسی را یکجا تهیه کنید. 

راه اندازی سنسور وزن با آردوینو 

راه اندازی سنسور وزن با استفاده از آردوینو، نیازمند تعامل با ماژول HX711 است. برای راه اندازی سنسور وزن با آردوینو، مراحل زیر را دنبال کنید.

اتصال سنسور وزن به ماژول HX711: اتصال سنسور وزن به ماژول HX711 بر اساس دیتاشیت سنسور وزن و ماژول HX711 انجام می شود. معمولا دو پین مربوط به نیروی وارده و خارجه سنسور وزن به پین های E+ و E- ماژول متصل می شوند.

اتصال ماژول HX711 به آردوینو: پین های VCC و GND ماژول HX711 به پاور و زمین آردوینو متصل شوند. پین های DT و SCK ماژول به پین های دلخواهی از آردوینو متصل شوند.

نصب کتابخانه HX711: کتابخانه HX711 برای خواندن اطلاعات وزن از ماژول HX711 استفاده می شود. برای نصب کتابخانه HX711 در نرم افزار آردوینو، به قسمت Sketch > Include Library > Manage Libraries بروید. در باکس جستجو، HX711 را جستجو کنید. کتابخانه HX711 را پیدا کرده و آن را نصب کنید.

نوشتن کد: در این کد، calibration_factor بر اساس وزن معروف مورد استفاده می‌شود.

#include "HX711.h"

#define calibration_factor -7050.0

HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  scale.begin(7, 6); //DT, SCK
  scale.set_scale(calibration_factor);
  scale.tare();
}

void loop() {
  float weight = scale.get_units();
  Serial.print("Weight: ");
  Serial.print(weight);
  Serial.println(" g");
  delay(1000);
}

پس از نصب کتابخانه HX711، کد زیر را در برنامه آردوینو خود وارد کنید. این کد وزن سنسور را اندازه گیری می کند و آن را در Serial Monitor نمایش می دهد.

روش ساخت ترازو با آردوینو چیست؟

برای ساخت یک ترازو با آردوینو می‌توانید به صورت کلی از مراحل زیر پیروی کنید.

ساخت بدنه ترازو: برای ساخت بدنه ترازو می‌توانید از قطعاتی مانند صفحه‌ی چوبی، پلاستیک یا فلزی استفاده کنید. در این مرحله شما باید یک محفظه‌ی مناسب برای جایگذاری باتری، ماژول وزن، کابل‌ها و سایر قطعات ضروری ترازو طراحی کنید.

نصب ماژول وزن: برای نصب ماژول وزن به بدنه ترازو می‌توانید از پایه‌های چسبی استفاده کنید و آن را به دقت در محل مورد نظر قرار دهید.

نصب سنسور وزن: سنسور وزن را روی ماژول قرار دهید و با کابل به ماژول متصل کنید.

نصب HX711: ماژول HX711 را نیز به ماژول وزن وصل کنید.

نصب باتری: باتری را در محفظه‌ی تعبیه شده در بدنه‌ی ترازو قرار دهید.

برنامه‌نویسی: در این مرحله شما باید برنامه‌ای برای خواندن داده‌هایی که از سنسور وزن به دست می‌آیند، بنویسید. برای این کار می‌توانید از زبان برنامه‌نویسی C++ و کتابخانه‌ی HX711 استفاده کنید.

تست و کالیبره کردن: پس از نصب برنامه، ترازو را تست و کالیبره کنید تا به دقت و وسواسی مطلوب برسید.

نکته: با توجه به اینکه ساخت ترازو با آردوینو ممکن است مراحل پیچیده‌ای داشته باشد، بهتر است از کیت ترازو دیجیتال با شیت مخصوص سنسور وزن و برد آردوینو استفاده کنید.