GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI CÂN ĐIỆN TỬ
Giới thiệu sơ lược về đề tài cân điện tử
Đề tài cân điện tử được thực hiện dựa trên một số tiêu chí như sau:
- Tận dụng những linh kiện, chất liệu có sẵn để giảm thiểu chi phí
- Sản phẩm cần gọn, nhẹ, dễ kết nối và sử dụng
- Thiết kế đơn giản và bắt mắt
Sử dụng kiến thức lập trình đã học và kế thừa dữ liệu cùng đoạn lệnh từ những người đi trước, bạn có thể kết hợp và phát triển phần mềm phù hợp với phần cứng.
- Dễ hiểu và dễ nghiên cứu
- Thời gian đáp ứng nhỏ, có tín hiệu thông báo khi reset zero
- Đơn giản, bắt mắt, dễ quan sát các số liệu
Với những tiêu chí đó, cân được kết nối như hình sau:
Mô hình cân điện tử bao gồm mạch Arduino kết nối với máy tính, mạch cân loadcell, mạch hiển thị-nút nhấn và động cơ servo Mạch Arduino là trung tâm điều khiển, cho phép giao tiếp giữa các thiết bị Máy tính nhận thông tin từ Arduino và gửi tín hiệu điều khiển ngược lại Mạch cân loadcell có nhiệm vụ đọc trọng lượng và truyền dữ liệu đến Arduino, trong khi mạch hiển thị-nút nhấn hiển thị thông số và gửi trạng thái nút nhấn Động cơ servo được sử dụng để điều khiển việc đóng mở van.
Hình 1: Sơ đồ kế nối cân điện tử
Arduino xử lý tín hiệu từ máy tính, nút nhấn và loadcell, đồng thời gửi tín hiệu đến máy tính và điều khiển mạch hiển thị cũng như động cơ servo.
Giới thiệu các thiết bị phân cứng sử dụng cho cân điện tử
Máy vi tính là một thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại và cả trong nghiên cứu, nhất là trong ngành điện tử có lập trình
Trong bài viết này, tác giả sử dụng một máy vi tính với cấu hình trung bình, bao gồm chip xử lý Core 2 Duo và RAM 2GB, cùng với một số phần mềm cần thiết đã được cài sẵn.
- Phần mêm Arduino IDE dùng để rà soát lỗi và biên dịch lệnh cho arduino
- Phần mềm hỗ trợ lập trình giao diện
- Phần mềm Proteus: dùng để vẽ mạch nguyên lý và mạch in để làm mạch hiển thị-nút nhấn
Internet đóng vai trò quan trọng trong việc lập trình Arduino, cung cấp các thư viện, mã mẫu và hướng dẫn cần thiết để hỗ trợ quá trình viết chương trình.
Máy vi tính được kết nối với arduino qua cổng usb bằng cáp phụ kiện của arduino
1.2.2.1 Hình dáng và công dụng của mạch Arduino Uno R3
Arduino là một board mạch vi xử lý mở, được thiết kế để phát triển các ứng dụng tương tác với môi trường Sử dụng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit, board mạch này bao gồm 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác Ra mắt vào năm 2005, Arduino mang đến giải pháp dễ dàng và tiết kiệm cho những người yêu thích, sinh viên và chuyên gia trong việc tạo ra các thiết bị tương tác thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành.
Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện
Hình 1: Mạch Arduino Uno R3
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho Arduino cho phép người dùng viết chương trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++ trên các máy tính cá nhân thông thường.
Hình 2: Các chân kết nối của arduino R3
Hình 3: Các chân kết nối của chíp Atmega328 và các chân tương ứng trong arduino
Dòng mạch Arduino UNO, hiện đã phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3), là lựa chọn phổ biến trong lập trình Bằng cách thiết kế một bo mạch rời sử dụng chip Atmega328 đã nạp code từ Arduino, người dùng có thể tạo ra một mạch hoạt động độc lập mà không cần bo Arduino, giúp tiết kiệm chi phí Để kết nối với máy tính, cần sử dụng mạch chuyển đổi serial – USB, trong khi giao tiếp với các chip vi điều khiển khác có thể thực hiện trực tiếp qua cổng serial.
1.2.2.2 Những thông số kỹ thuật và đặc điểm của mạch Arduino Uno R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Loadcell và mạch khuếch đại tín hiệu cân Hx711
Loadcell bao gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 được kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone và được dán chắc chắn vào bề mặt của thân loadcell.
Hình 4: Sơ đồc ấu tạo loadcell
Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và
(4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc
Tại trạng thái cân bằng của cầu điện trở Wheatstone, điện áp tín hiệu ra gần bằng số không khi bốn điện trở được kết nối với giá trị phù hợp, do đó mạch này còn được gọi là mạch cầu cân bằng.
Khi tải trọng tác động lên thân loadcell, nó sẽ gây ra biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trong điện trở strain gauges Sự thay đổi này làm thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges, từ đó ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của loadcell.
Sự thay đổi điện áp rất nhỏ, vì vậy nó chỉ có thể được đo và chuyển đổi thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử.
Trong khuôn khổ đề tài, tác giả đã chọn sử dụng loại loadcell có khả năng cân nặng 5kg có những thông số như sau: Điện áp điều khiển: 5-10v
Tín hiệu đầu ra: tín hiệu điện áp
Loadcell có 4 dây có màu lần lượt là đen, đỏ, trắng
Loadcell 5Kg có cấu tạo gồm 2 dây cấp nguồn và 2 dây tín hiệu Thông thường, dây đỏ và đen được sử dụng để cấp nguồn, trong đó dây đỏ là nguồn dương và dây đen nối mass Hai dây còn lại là dây tín hiệu, và để xác định chính xác dây nào là tín hiệu dương và âm, bạn có thể thử mắc mạch; nếu tín hiệu cân ra âm, chỉ cần đảo 2 dây này lại để khắc phục hiện tượng đó.
Loadcell thực tế sử dụng có bốn dây: dây đỏ là nguồn dương, dây đen là trung tính, dây trắng là tín hiệu dương và dây xanh lục là tín hiệu âm.
1.2.3.2 Mạch khuếch đại tín hiệu cân nặng Hx711
Hx711 là một mạch đọc giá trị từ cảm biến loadcell, cung cấp độ phân giải 24 bit Mạch này chuyển đổi dữ liệu sang giao tiếp 2 dây (clock và data) để truyền tải thông tin đến vi điều khiển hoặc Arduino.
- Dòng điện tiêu thụ: