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• Jose Gonzalez Fernandez

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Laboratorio de Mediciones

Practica No. 5 Báscula digital González Fernández José de Jesús, Juárez Martínez Esteban Ismael E-mail: [email protected], [email protected] Resumen Los sistemas de pesaje son muy importante en la automatización industrial debido a que es indispensable la correcta medición de la cantidad de materiales en un proceso industrial, lo que requiere confiabilidad, buena precisión y rapidez. En este artículo se presenta como instrumentar una báscula mecánica de uso común de 500 kilogramos por medio de una celda de carga tipo S; además el acondicionamiento de la señal, visualización del peso y el diseño de las diferentes partes mecánicas.

INTRODUCCIÓN

Las celdas de carga convencionales consisten en una pieza de metal a la que se adhieren galgas extenso-métricas. Estas galgas cambian su resistencia eléctrica al comprimirse cuando se deforma la pieza metálica que soporta el peso del objeto. Por tanto, miden peso. El metal se calcula para que trabaje en su zona elástica; esto es lo que define la operatividad de una celda.

Fig. 1 Celda de carga

La celda de carga digital produce esta deformación dentro de un puente de Wheatstone, la deformación produce una descompensación en el puente de Wheatstone, lo que genera una variación en el voltaje dependiendo de la variación en los resistores dentro del puente

Fig. 2 Puente de Wheatstone

Para determinar el valor de una resistencia eléctrica bastaría con colocar entre sus extremos una diferencia de potencial (V) y medir la intensidad que pasa por ella (I), pues de acuerdo con la ley de Ohm, R=V/I. Sin embargo, a menudo la resistencia de un conductor no se mantiene constante variando, por ejemplo, con la temperatura y su medida precisa no es tan fácil. Evidentemente, la sensibilidad del puente de Wheatstone depende de los elementos que lo componen, pero es fácil que permita apreciar valores de resistencias con décimas de ohmio. El módulo HX711 es un circuito integrado, que realiza la conversión analógico-digital (ADC) con una precisión de 24 bits, éste CI está diseñado para traducir escalas de peso análogas, en digitales. El módulo HX711 interactúa directamente con el puente de Wheatstone, lo que elimina la necesidad de agregar amplificadores

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operacionales y por tal se vuelve una opción efectiva y versátil. Dicho módulo puede ser utilizado en procesos industriales así como también en aplicaciones personalizadas como la que se presenta a continuación. Fig. 4 Orientación de pines HX711

Fig. 3 HX711

DESARROLLO Se procedió a armar el circuito contenido en la hoja de datos contenida en el CI HX711, tomando en cuenta las consideraciones anexas en su hoja de datos así como también en su diagrama a bloques de aplicación. Dentro del circuito armado para la báscula digital, únicamente se ocuparon 11 pines del integrado. Los pines ocupados fueron los siguientes: # Pin 1 2

Nombre VSUP BASE

Función Alimentación Salida analógica 3 AVDD Alimentación 4 VFB Entrada analógica 5 AGND Tierra 6 VBG Salida analógica 7 INAEntrada analógica 8 INA+ Entrada analógica 11 PD_SCK Entrada digital 12 DOUT Salida digital 16 DVDD Alimentación Tabla 1. Pines ocupados del HX711

Para el circuito ocupado dentro de la báscula se ocupó el canal A del módulo HX711, dicho canal puede ser programado con una ganancia de 128 o 64, la ganancia configurada para el circuito fue de 128. El canal A del HX711 está diseñado para interactuar directamente con la salida de un puente de Wheatstone, la alta ganancia tiene la finalidad de leer con mayor precisión las pequeñas variaciones de voltaje dentro del puente de Wheatstone, contenido en la celda de carga. El canal B contiene una ganancia ajustada de 32, sin embargo para ésta aplicación no requerimos de este canal. El pin DVDD (16) debe ser alimentado con el mismo voltaje que se alimenta el microcontrolador con el que tendrá comunicación, el voltaje que se ingresó al módulo HX711 fue de 5 v. El diagrama de conexión para el HX711 fue el contenido en su hoja de datos.

Fig. 5 Esquemático contenido en hoja de datos

Para la aplicación del diseño se utilizaron los siguientes componentes: Cantidad Componente 4 Resistor 100Ω 2 Capacitor 10µF 2 Capacitor .1 µF 1 Transistor S8550 1 HX711 Tabla 2 Componentes del circuito

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Los pines 11 y 12, PD_SCK y DOUT son utilizados dentro del módulo HX711 para la recuperación de datos, selección de entrada así como también para la selección de ganancia, mismos pines se conectan a las entradas analógicas del microcontrolador ATmega328P, dichas entradas se encuentran en el Pin 12 y 13, consecutivamente. Los pines 12 y 13 corresponden a los puertos PD6 y PD7 del microcontrolador y son utilizados para establecer comunicación con el módulo del HX711, en ellos se encuentran contenidas la entradas analógicas AIN0 y AIN1.

CONEXIÓN CON CELDA DE CARGA Para la conexión con la celda de carga se requirió tener el módulo del HX711 conectado a la celda de carga, teniendo en consideración el orden de cada cable proveniente de la celda de carga. La celda de carga cuenta con 4 cables de distinto color, donde cada cable tiene una función específica dentro del circuito.

Fig. 6 Conexión con celda de carga

El módulo cuenta con las 2 salidas que se conectan a los pines 12 y 13 del ATmega328P, los pines 11 y 12 del HX711 se conectan con el microcontrolador, con el

fin de establecer la comunicación con el microcontrolador. La programación del microcontrolador se realizó con la librería del HX711, utilizando los ejemplos de código de la hoja de especificaciones. Dentro del programa se eliminó el offset para poder ajustar el inicio de la báscula en 0 Kg Para desplegar los resultados dados por la celda de carga y convertidos por el HX711, se utilizó una LCD de 16X2, conectada al ATmega328P. ANÁLISIS DE RESULTADOS Utilizando distintos pesos, con incrementos de 100 gr. se procedió a verificar que las medidas desplegadas en el LCD eran las correctas o lo más aproximado posible a el peso real. TABLA 3. Valores obtenidos.

Kg 0 0.102 0.201 0.304 0.403 0.502 0.6 0.7 0.8 0.901 1.102 1.201 1.2 1.303 1.402 1.501 1.601 1.702 1.802 1.902 2.1 2.111 2.211 2.308 2.409 2.509

Báscula 0.005 0.107 0.203 0.307 0.405 0.500 0.597 0.703 0.802 0.904 1.05 1.205 1.198 1.305 1.400 1.502 1.605 1.700 1.804 1.907 2.098 2.113 2.216 2.3 2.4 2.504

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2.608 2.71 2.793 2.912 3.01 3.111 3.211 3.31 3.41 3.51 3.61 3.71 3.81 3.91 4.01 4.11 4.21 4.31 4.41 4.51 4.61 4.71 4.81 4.91 5.01

CONCLUSIONES.

2.602 2.72 2.798 2.916 3.02 3.109 3.215 3.309 3.415 3.514 3.615 3.712 3.815 3.92 4.015 4.118 4.22 4.3 4.42 4.515 4.62 4.715 4.819 4.92 5.02

4 2

Báscula Gráfica 1 Peso real contra peso medido

4.81

4.41

4.01

3.61

3.211

2.793

2.409

2.1

1.601

0

1.2

Las variaciones de los pesos resultaron ser de mínimo error



Si el peso no estaba bien centrado en la celda de carga, el error tendía a aumentar mucho

Fig. 2 http://2.bp.blogspot.com/yaU20vUO0RE/U7L6ZCq1TjI/AAAAAAAAB PQ/KFOsSAtGq1c/s1600/puente+de+wheat stone+deducion+de+ecuacion.png Fig. 3 HX711 Fig. 4 Orientación de pines HX711

Fig. 5 http://www.utilcell.es/img/soporte/connexio_ 4_fils_taula.gif

6

0.8



Fig. 1 http://www.didacticaselectronicas.com/imag es/stories/virtuemart/product/Celda_de_carg a_7_54e3452ce3952.jpg

Báscula

0.401

Celdas de carga del mismo modelo pero diferentes tienen una variación mínima así que no todas son iguales.

REFERENCIAS.

Las variaciones en el peso resultaron ser de ±5 gramos, por lo cual las mediciones fueron muy aproximadas a las reales. Graficando lo obtenido se obtuvo lo siguiente.

0



Fig. 6 http://www.sunrom.com/media/content/195/ hx711-schematic.gif Tabla 2 Componentes del circuito TABLA 3. Valores obtenidos. Gráfica 1 Peso real contra peso medido