TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ***** ^Q^ ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Đề tài: ĐO KHÔI LƯỢNG Lớp: CTTN - ĐTTT K64 Lớp LT & BT: 128206 Nhóm:8 Nguyễn Ngọc Khánh Dương Thành Trung Lê Văn Huy 20190032 20192119 20192912 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thúy Anh Hà Nội, /2022 UC LỤ C PHẦN Nguyên lý hoạt động Loadcell 1.1 Khái niệm 1.2 Các thông số loadcell 1.3 Cấu tạo vào nguyên lý hoạt động 10 HX711 10 2.1 Khái niệm 2.2 Thông số kỹ thuật Aduno UNO R3 .10 3.1 Khái niệm 3.2 Thông số kỹ thuật PHẦN Lắp mạch hiệu chỉnh 10 PHẦN Đo đạc xử lý sai số .12 3.1 Kết đo 12 3.2 Xử lý sai số đo theo tính tốn 12 3.3 Nguyên nhân sai số .13 3.3.1 Sai số hệ thống 13 3.3.2 Sai số ngẫu nhiên 13 3.4 Hướng hạn chế sai số 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 KẾT LUẬN 15 LỜI NÓI ĐẦU Báo cáo tập lớn Cơ sở kỹ thuật đo lường đề tài: ĐO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN LOADCELL XỬ LÝ SAI SỐ mà nhóm chúng em làm cịn nhiều sai sót, mong thầy góp ý thêm Chúng em xin cảm ơn! Phần 1: Nguyên lí hoạt động Load cell 1.1 Khái niệm: • Cảm biến cân nặng loadcell cảm biến chuyển đổi lực, trọng lượng thành tín hiệu điện, Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực - trở kháng Khi tải trọng, lực tác động lên cảm biến làm trở kháng thay đổi Sự thay đổi trở kháng dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu điện áp đầu vào cấp 1.2 Các thơng số load cell 5kg: • Điện áp điều khiển: 5-10V • Tín hiệu đầu ra: tín hiệu điện áp • Khối lượng đo lớn nhất: 5Kg • Nhiệt độ hoạt động: -20 - 65 °C 1.3 Cấu tạo ngun lí hoạt động: • Loadcell cấu tạo hai thành phần là: Strain gage Load Một loadcell thường bao gồm strain gage dán vào bề mặt thân loadcell Thân loadcell khối kim loại đàn hồi tùy theo loại loadcell mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế tạo nhiều vật liệu khác (nhôm hợp kim, thép không gỉ ) Strain gage điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi bị nén hay kéo dãn nuôi nguồn ổn định • Load kim loại có tính đàn hồi • R= PL R = Điện trở strain gauge (Ohm) L = Chiều dài sợi kim loại strain gauge (m) A = Tiết diện sợi kim loại strain gauge (m2) p = Điện trở suất vật liệu sợi kim loại strain gauge Khi dây kim loại bị lực tác động thay đổi điện trở Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở giảm xuống Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở tăng lên Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động Cơng thức tính Vo: Loadcell có bốn dây đen, đỏ, trắng, xanh, có hai dây cấp nguồn hai dây tín hiệu Hx711 2.1 Khái niệm: Hx711 module chuyển đổi ADC (Analog to digital converter) với độ phân giải 24bit HX711 sử dụng để đọc giá trị điện trở thay đổi từ cảm biến Loadcell Hx711 đóng vai trị chuyển đổi tín hiệu tương tự từ loadcell sang tín hiệu số đọc vi xử lí 2.2 Thơng số kĩ thuật: • Điện áp hoạt động: 2.7-5.5V • Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ +85C • Dịng tiêu thụ : < 1.5 mA • Kích thước : 38 * 21 * 10 mm • Độ phân giải : 24 bit ADC Sơ đồ kết nối hx711 với loadcell: Arduino UNO R3: 3.1 Khái niệm: Là vi xử lí thơng dụng có tác dụng đọc xử lí liệu từ Hx711 đưa kết hình Lcd 3.2 Thơng số kĩ thuật: • Số chân Digital I/O: 14 (trong chân có khả xuất xung PWM) • Số chân PWM Digital I/O: • Số chân Analog Input: • Dòng điện DC Current chân I/O: 20 mA • Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA • Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC Phần 2: Lắp hiệu chỉnh Như trình bày trên, mạch gồm loadcell, hx711, chip arduino, hình lcd lắp theo sơ đồ : Khi có áp lực đè lên loadcell làm thay đổi điện áp Hx711 đọc điện áp gửi vi xử lí cuối kết Lcd Mạch sau lắp: Tuy nhiên muốn có kết xác trước hết cần hiệu chỉnh cân: B1: Đọc giá trị đầu Hx711 cân không chịu áp lực: A0 B2: đặt vật biết trước khối lượng m (càng xác tốt) lên cân đọc giá trị đầu hx711: A1, gọi k hệ số hiệu chỉnh K=(A1-A0)/m B3: sau tính hệ số hiệu chỉnh, khối lượng vật đặt lên cân tính biểu thức M=(An-A0)/k với An giá trị đọc từ Hx711 đặt vật lên Muốn đọc giá trị đầu hx711, ta dùng thư viện HX711.h Code: #define DOUT #define CLK HX711 scale; void setup() { scale.begin(DOUT,CLK); Serial.begin(9600); Serial.println("HX711 Calibration"); Serial.println("Remove all weight from scale"); scale.set_scale(); scale.tare(); long zero_factor = scale.read_average();///đọc đầu hx711 Serial.print("Zero factor: "); Serial println(zero_factor); Sau đặt vật nặng 0.077kg lên ideíine DOUT ídeíine CLK HX711 scale; © COM3 - □ íloat calibration_factor = 386125; void Setup { scale.begin(DOUT,CLK); Sezial.begin(9600); Serial.println("HX711 Calibration"); Serial.println("Remove all weight from scale"); scale.set_scale(); scale.tare 0; HX711 Calibration Remove all weight from scale Zero íactor: 198376 long zero_factor = scale.read_average0;///đọc đầu Serial.print("Zero íactor: "); Serial.println(zero_factor); void loop() { Q Autoscroll timestamp I show Từ cơng thức ta tính hệ số hiệu chỉnh: k=369428 Code đưa cân nặng LCD: #include "HX711.h" #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); #define DOUT #define CLK HX711 scale; float weight; float calibration_factor = 369428; // giá trị lấy từ code hiệu chỉnh void setup() { scale.begin(DOUT,CLK); Serial.begin(9600); scale.set_scale(); scale.tare(); //Reset giá trị long zero_factor = scale.read_average(); //đọc thông tin } void loop() { scale.set_scale(calibration_factor); //điều chỉnh theo hệ số hiệu chỉnh weight = scale.get_units(5); if(weight 1r'k Phần 3: Đo đạc xử lí sai sồ Đo cân nặng điện thoại 3.1 Kết đo Đo khồi lượng điện thoại, kết đo 20 lần Lần đo Khồi 151 151 150 150 151 lượng (g) Lần đo 11 Khồi 150 lượng (g) 12 150 13 151 14 151 15 150 151 151 150 9 151 10 151 16 151 17 150 18 151 19 151 20 150 3.2 Xử lý sai số đo theo tính tốn Số lần đo: n = 20 Nhiệt độ lần đo mi với i = R20 n Khối lượng trung bình : m = E mi 150.975 (kg) - Sai số dư : £i = mi - m Bảng 3.2 Bảng sai số dư Lần đo Sai số dư (g) Lần đo Sai số dư (g) 10 -0.025 -0.125 0.175 0.075 -0.125 -0.025 -0.025 0.075 -0.025 -0.125 11 0.17 12 0.07 13 14 -0.025 0.025 15 0.07 16 17 0.17 -0.025 y i| - Sai số trung bình : d= i=i - 0.0923 7n(n — 1) - Ta thấy: |ei vó < 6*d => khơng có phép đo sai Sai số trung bình bình phương trị số trung bình cộng: n tb ^( ) = 0.0250 1\ £i I n (n— 1) 18 19 -0.125 0.225 20 0.07 Suy kết khối lượng: m = m± txơịb = 150.975 ± 3.1x0.025 - 150.975± 0.0775 (chọn t theo bảng số liệu chuẩn 2.2) Băng 2-2 biếu diỀn biến đói t phụ thuộc theo stí lán 11 tĩn đa cho P=0;&Ọ7 Báĩĩễ2-2\ Khi P=0;9í?7 t 5.2 4^ 4,2 10 ÙJ 'ơi n 13 20 □c 3.2 3.1 Hình Bảng số liệu chuẩn 2.2 theo sách *) Nhận xét: 3.3 Nguyên nhân sai số: 3.3.1 Sai số hệ thống Các sai số hệ thống cảm biến loadcell có sai số từ - 5% 3.3.2 Sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên ảnh hưởng môi trường bên tác động lần đo khác dẫn đến sai khác Sai số điện áp cung cấp không ổn định Mặt phẳng dặt cân không nằm ngang 3.4 Hướng dẫn hạn chế sai số - Đo nhiều lần, tìm mặt phẳng thích hợp để đặt cân - Hàn mối nối cẩn thận Kết luận: Sau hồn thành tập lớn mơn sở kĩ thuật đo lường đề tài “Đo khối lượng” nhóm em có thêm nhiều kiến thức arduino nguyên lí hoạt động loadcell cách xử lí sai số tốn đo lường Qua giúp chúng em hồn thiện kĩ giúp ích cho công việc sau ... chế sai số 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 KẾT LUẬN 15 LỜI NÓI ĐẦU Báo cáo tập lớn Cơ sở kỹ thuật đo lường đề tài: ĐO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN LOADCELL XỬ LÝ SAI SỐ mà nhóm chúng em làm cịn... luận: Sau hoàn thành tập lớn môn sở kĩ thuật đo lường đề tài ? ?Đo khối lượng? ?? nhóm em có thêm nhiều kiến thức arduino nguyên lí hoạt động loadcell cách xử lí sai số tốn đo lường Qua giúp chúng... A •> 1r'k Phần 3: Đo đạc xử lí sai sồ Đo cân nặng điện thoại 3.1 Kết đo Đo khồi lượng điện thoại, kết đo 20 lần Lần đo Khồi 151 151 150 150 151 lượng (g) Lần đo 11 Khồi 150 lượng (g) 12 150 13