Báo cáo cân điện tử 5 kg sử dụng cảm biến loadcell và hx 711 kết quả hiển thị lên lcd 16×2

    ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  -o0o - BÁO CÁO CÂN ĐIỆN TỬ KG SỬ DỤNG CẢM BIẾN LOADCELL VÀ HX 711 KẾT QUẢ HIỂN THỊ LÊN LCD 16 × GVHD: Nguyễn Lý Thiên Trường HỌ VÀ TÊN Nguyễn Tấn Tài Lâm Hùng Vạn Nguyễn Văn Tuấn MSSV 2212991 2213913 2213760 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022   Lời cảm ơn GVHD:  LỜI CẢM ƠN    Chúng em xin cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Lý Thiên Trường trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đề tài em   Chúng em xin đồng cảm ơn đến bạn lớp L04 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu để thực đề tài   Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2022   i   Đồ án mơn học GVHD: TĨM TẮT BÁO CÁO   Bài báo cáo tìm hiểu quy trình thiết kế cân điện tử kg cách sử dụng cảm biến Loadcell hình HX 711 kết hiển thị lên LCD 16 × 2 bao gồm khái niệm cơ   bản thiết bị ( loadcell, arduino, HX 711, LCD16 × ,dây breadboard) cách sử dụng thiết bị Ngoài ra, báo cáo cịn giúp tìm hiểu thêm chương trình chạy phần mền ( Arduino IDE) giúp cho thiết bị hoạt động ii   Đồ án môn học GVHD: MỤC LỤC GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan .1 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Phân chia công việc nhóm LÝ THUYẾT THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN KẾT QUẢ THỰC HIỆN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.2 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO iii   Đồ án mơn học GVHD: DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1.1 Một số loại cân thị trường .3 Hình 3.1 Loadcell Hình 3.2 Arduino Uno R3 Hình 3.3 HX 711 Hình 3.4 LCD 16 × .3 Hình 3.5 Dây breadboard .3 Hình 3.6 Mơ hình phần cứng Hình 4.1 Mạch in - PCN Hình 4.2 Mơ nguyên lí hoạt động Loadcell Hình 5.1 Mơ hình kết .3   iv   Đồ án môn học GVHD: DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU Bảng Kết thu cân thử nghiệm cân điện tử v   Đồ án môn học GVHD: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan  -Nhu cầu cân đo cần thiết ngày.Ngày nay, ciệc cân không dừng lại cân vài kg hay vài tạ mà mở rộng vài tấn, vài chục cân cần độ xác cao cân vàng, kim loại quý  -Cân bình thường khơng thể đáp ứng u cầu Do cân điện tử đời. Cân điện tử loại thiết bị điện tử để đo khối lượng vật mẫu Mọi vật trái đất có khối lượng riêng biệt để cân chúng lí mà cân điện tử đời Một cảm  biến nhận diện trọng lượng vật mẫu sau chuyển tiếp vào mạch trung tâm lý tín hiệu hiển thị kết trả khối lượng vật  -Ngày cân điện tử sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực : cân bàn, cân sàn,cân ôtô, cân treo,cân phân tích, cân bỏ túi, cân vàng, cân đếm, cân thủy sản, cân phễu, cân đóng bao, cân đóng phuy, cân cơng nghệ dây chuyền sản xuất, cân trạm trộn bê tông từ 20kg đến 100  -Khối lượng cân được: cân phân tích có khả cân từ 52g đến 210g với mức độ xác từ 0.0001g đến 0.00001g, cân kỹ thuật từ 100g đến 20kg; cân công nghiệp từ 30kg đến 120tấn; cân xác định trọng lượng ô tô  -Một số loại cân: + Cân mũ cao su, cân mini + Cân phân tích + Cân kỹ thuật + Cân bàn điện tử + Cân sàn điện tử + Cân công nghiệp + Cân treo, cân móc cẩu + Cân siêu thị, cân tính tiền + Cân vàng, cân thử tuổi vàng   Đồ án mơn học GVHD: Hình 1.1 Một số loại cân thị trường 1.2 Nhiệm vụ đề tài * Mục tiêu: Đo cân nặng loadcell kết nối với module HX711 để chuyển tín hiệu điện áp sang tín hiệu số * Nội dung nghiên cứu: - Nội dung 1: Tìm hiểu tham khảo tài liệu, giáo trình, nghiên cứu chủ đề, nội dung liên quan đến đề tài - Nội dung 2: Dựa liệu thu thập được, lựa chọn giải pháp thiết kế thi cơng mơ hình kết nối module với KIT điều khiển - Nội dung 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển, thiết kế giao diện hình cân điện tử - Nội dung 4: Thử nghiệm điều chỉnh phần mềm phần cứng để mơ hình tối ưu, sử dụng dễ dàng Đánh giá thơng số mơ hình so với thông số thực tế - Nội dung 5: Đánh giá kết thực   * Giới hạn: - Đo trọng lượng tối đa Kg - Cần phải để trống cân trước đo khối lượng vật - Cần đặt cân vị trí phẳng tránh dốc để đảm bảo việc đo xác 1.3 Phân chia cơng việc nhóm   Đồ án môn học GVHD: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG *Khái niệm: - Loadcell: thiết bị đo trọng lượng cần thiết cho cân điện tử hiển thị trọng lượng chữ số Loadcell hay Cảm biến lực thiết bị đo cảm biến lực Khi trọng lực tác dụng lên loadcell, đo thiết bị chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện Các load cell cịn biết đến đầu dò tải (load transducer) chuyển đổi tải trọng (lực tác dụng) thành tín hiệu điện - Arduino Uno R3: Arduino UNO R3 kit Arduino UNO hệ thứ 3, với khả lập trình cho ứng dụng điều khiển phức tạp trang bị cấu hình mạnh cho loại nhớ ROM, RAM Flash, ngõ vào digital I/O có nhiều ngõ có khả xuất tín hiệu PWM, ngõ đọc tín hiệu analog chuẩn giao tiếp đa dạng UART, SPI, TWI (I2C) Đặc tính:               - Vi điều khiển: ATmega328P(8bits) Điện áp hoạt động: 5V Tần số hoạt động: 16 MHz Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7VDC - 12VDC Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader  SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) Clock Speed : 16 MHz HX 711: thiết kế để chuyển đối tín hiệu ứng dụng điều khiển công nghiệp để giao tiếp trực tiếp với cảm biến cầu HX711 khơng có vài chức  bản, có tích hợp cao, phản ứng nhanh, khả chống nhiễu, độ tin cậy cao Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động : 2.7 - 5V - LCD 16 × sử dụng để hiển thị trạng thái thông số LCD 16x2 có 16 2: chân chân liệu (D0 - D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân   Đồ án mơn học GVHD: cịn lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16x2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu - Dây breadboard: dây dùng để nối breadboard với mạch khác   Hình 3.1:Loadcell Hình 3.2: Arduino Uno R3   Hình 3.3: HX 711 Hình 3.4: LCD16 × Hình 3.5: Dây breadboard *Sơ đồ hệ thống:   Đồ án môn học GVHD: - Khối nguồn: Cung cấp lượng cho khối khác hoạt động - Khối cảm biến trọng lượng (trọng lực) hay gọi Loadcell: thiết bị biến đối từ đại lượng vật lý (khối lượng, lực…) thành đại lượng điện - Khối khuếch đại: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ Loadcell khuếch đại tín hiệu lên để đưa vào phận xử lý - Khối xử lý: Bộ phận xử lý trung tâm nhận tín hiệu xử lý đưa phận hiển thị - Khối hiển thị: Hiển thị khối lượng đo *Thiết kế phần cứng:  Hình 3.6: Mơ hình phần cứng   Đồ án môn học GVHD: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM *Mạch in thiết kế dựa sơ đồ nguyên lý: Hình 4.1: Mạch in – PCN *Nguyên lí hoạt động: Khi bạn đặt vật để cân lên, khối lượng vật tác động lên mặt cân tạo thành lực uốn cong Loadcell Khi đó, điện trở dán thành nãy, sinh thay đổi điện trở Vật nặng độ biến dạng Loadcell lớn, dẫn tới điện trở thay đổi nhiều Bộ phận xử lý tín hiệu điện tử cân điện tử có nhiệm vụ quy đổi tín hiệu nhận thành kết quả, báo khối lượng vật cụ thể *Lưu đồ giải thuật:   Đồ án môn học GVHD: Hình 4.2: Mơ ngun lí hoạt động Loadcell   Đồ án môn học GVHD: KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 5.1: Mơ hình kết Bảng 1: Kết thu cân thử nghiệm cân điện tử  Lần đo m (g) Δm (g) 102.96 0.144  2 103.2 0.096 103.2 0.096 102.96 0.144 103.2 0.096 Sai số tuyệt đối phép đo:0.1152 Kết phép đo là: 103.104±0.1152 (g) KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận   TB 103.104 - Ưu điểm: 0.1152 + Độ xác cân mức cao, kết hiển thị trực quan + Cân có độ chia nhỏ nhỏ, sai số không đáng kể   Đồ án môn học GVHD: - Nhược điểm: + Cần nguồn điện nạp, nguồn điện khơng hoạt động + Thiết bị dính nước dẫn đến tình trạng chập hỏng ảnh hưởng đến kết đo 6.2 Hướng phát triển   Dưới phát triển khoa học kỹ thuật đặc biệt mạch thiết kế điện tử dùng mạch Arduino, mạch thiết kế: - Dùng Arduino cho tối ưu, mạch trở nên thông dụng Arduino tiện dụng giao tiếp với LCD 16×02 nên mạch phổ biến - Mạch Arduino kết hợp với module cảm biến để tạo mạch cảm biến TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tống Văn On, “Thiết k ế mạch số với VHDL & Verilog”, Nhà xuất Lao động Xã Hội, 2007 - Altera Corp., “SDRAM Controller for Altera’s DE2/ DE1 boards”, www.altera.com